Visitando asteroides con la Orión

Por Daniel Marín, el 6 septiembre, 2010. Categoría(s): Astronáutica • Constellation Program • NASA • sondasesp ✎ 24

Mandar una misión tripulada a un asteroide cercano es una de las posibilidades que estudia la NASA desde que en 2003 el presidente Bush propusiera la VSE (Vision for Space Exploration), iniciativa que desembocaría en el Programa Constellation. Pese a que Constellation tenía por objetivo volver a la Luna, los lanzadores y naves de este programa podían ser usados a largo plazo para la exploración de otros cuerpos del Sistema Solar. Por un lado, la nave que debía sustituir al transbordador espacial, la cápsula Orión, tenía capacidad para realizar viajes interplanetarios. Igualmente, el cohete gigante Ares V hubiese permitido el lanzamiento de importantes cantidades de carga útil que posibilitarían la construcción de grandes naves interplanetarias.

No obstante, el Programa Constellation pronto se enfrentó a enormes problemas en forma de sobrecostes y retrasos que lastraron su desarrollo. Ante una cancelación inminente, la Comisión Augustine se creó el año pasado con el fin de buscar alternativas viables para el Constellation o, al menos, para la exploración tripulada del espacio. Pero los resultados de la Comisión fueron demoledores: simplemente la NASA no tiene dinero para llevar a cabo ningún programa de exploración a medio plazo. En cualquier caso, el estudio de asteroides cercanos se perfiló como uno de los objetivos más asequibles más allá de la órbita terrestre (BEO, Beyond Earth Orbit), siempre y cuando se aumentase el presupuesto de la agencia espacial estadounidense.

Sin embargo, en febrero de este año la NASA sufrió una convulsión sin precedentes: la administración Obama decidió cancelar el programa Constellation por completo, incluyendo los lanzadores Ares I y Ares V, así como la nave Orión. La iniciativa privada sería la encargada a partir de ahora de asegurar el acceso tripulado al espacio en los Estados Unidos. Como era previsible, esta decisión -que prácticamente supone el desmantelamiento del programa espacial tripulado de los EEUU- ha encontrado gran resistencia en el seno de la misma NASA y entre los políticos representantes de estados con fuerte presencia de la industria aeroespacial. Tras arduos debates, los opositores a la nueva política espacial han logrado imponer la resurrección parcial de la nave Orión como vehículo de emergencia para la ISS y que se abra el debate -una vez más- sobre la conveniencia de desarrollar un lanzador pesado basado en el transbordador (SD HLV, Shuttle-Derived Heavy Launch Vehicle). La Casa Blanca y el administrador Bolden han hablado en repetidas ocasiones sobre la posibilidad de realizar una misión tripulada a un asteroide, entre otros proyectos BEO, aunque sin lanzador pesado y un aumento del presupuesto esto no es más que retórica vacía.

El caso es que visitar un asteroide cercano con la cápsula Orión resulta técnica y económicamente posible, ¿pero cómo se realizaría una misión de este tipo? En un principio se pensó utilizar la fuerza bruta del Ares V para lanzar en una trayectoria de escape una Orión con un hábitat orbital basado en el módulo lunar Altair. Pero con el Altair cancelado, la realización de una misión de estas características es más compleja, ya que la Orión no puede llevarla a cabo en solitario. En este sentido, uno de los proyectos más interesantes es el realizado por Lockheed-Martin -contratista principal de la Orión- donde se estudia la posibilidad de explorar un asteroide cercano. La misión, denominada Plymouth Rock, utilizaría dos naves Orión sin necesidad de hábitats externos. Se trata de un concepto que ya fue sugerido en 2007, pero Lockheed-Martin sigue insistiendo en él de cara a una posible resurrección de los planes de exploración BEO por parte de Estados Unidos.


Plymouth Rock: explorando un asteroide cercano con dos naves Orión (Lockheed-Martin).

La característica más llamativa de Plymouth Rock comparada con otras propuestas similares es que tendría una tripulación de sólo dos astronautas para aprovechar al máximo la masa útil de la misión. La duración máxima del viaje sería de siete meses, ya que éste es el tiempo que la Orión puede permanecer en órbita sin cambios drásticos en su diseño. Además, de este modo se limitarían los peligros de la exposición a la radiación interplanetaria y los impactos de micrometeoritos.

Evidentemente, lo más importante en una misión de este tipo es el objetivo. Los asteroides elegidos deberían ser NEOs (Near-Earth Objects) con órbitas muy similares a la terrestre con el fin de minimizar la energía (Delta-V) necesaria para realizar maniobras orbitales, lo que se traduce en una menor cantidad de combustible. También deberían poseer un tamaño muy pequeño (5-50 metros) para eliminar los efectos de la pequeña gravedad del asteroide (menos de una millonésima de g) en el diseño de la misión y reducir el gasto de combustible en el acercamiento. Al fin y al cabo, más que un aterrizaje, una misión a un asteroide sería un acoplamiento.


Órbita de un asteroide candidato comparada con la de la Tierra (Lockheed-Martin).

Con estas limitaciones en mente, podemos hacer una lista con los requisitos orbitales para la elección del asteroide a visitar:

  • El semieje mayor de su órbita debe medir entre 0,9 y 1,1 UA.
  • La excentricidad de la órbita debe tener un valor máximo de 0,125.
  • La posición del asteroide en su órbita respecto a la Tierra en el momento de la misión debe ser tal que favorezca un tiempo mínimo de vuelo y poca Delta-V.
  • Inclinación del plano orbital de menos de 5º con respecto a la eclíptica. Este es el factor más importante, ya que las maniobras de cambio de plano son las más exigentes en Delta-V. De hecho, el estudio considera que el límite para misiones tripuladas probablemente debería estar en 2º.

En concreto, todo asteroide que se acerque a la Tierra a menos de 20 millones de km con una velocidad relativa inferior a 2,5 km/s sería un candidato potencialmente interesante. Debemos tener en cuenta que a la hora de diseñar una misión de este tipo, reducir la velocidad relativa es más importante que la distancia mínima. Si elaboramos una gráfica con posibles candidatos, obtendremos algo así:


Asteroides cercanos que podrían ser visitados por una nave Orión antes de 2030 (Lockheed-Martin).

Como vemos, existen 15 asteroides que podrían ser visitados por una misión tripulada entre 2015 y 2030. El número de candidatos idóneos es relativamente limitado, aunque hay que tener en cuenta que continuamente se están descubriendo nuevos NEOs, algunos de los cuales podrían ser visitados por misiones tripuladas. Según algunas estimaciones, el número de NEOs de unos 10 metros de diámetro candidatos para misiones tripuladas sería de varios centenares. Otro problema es que los parámetros orbitales de estos pequeños cuerpos no son en absoluto estables y varían enormemente con el tiempo debido a las perturbaciones gravitatorias, especialmente aquellas generadas por la proximidad con nuestro planeta. En todo caso, los ocho candidatos más prometedores son:


Lista de ocho asteroides cercanos accesibles (Lockheed-Martin).

2000 SG344, un asteroide de 30-45 metros, es el objetivo más prometedor para este tipo de misión. 1999 AO10, un cuerpo de 60-70 m que se ha propuesto en repetidas ocasiones como objetivo para misiones tripuladas BEO, quedaría fuera de las posibilidades de Plymouth Rock, aunque podría ser explorado por otros proyectos. 2003 YN107 es otro candidato ideal, pero lamentablemente el encuentro más favorable sólo podría tener lugar en 2064. Por tanto, las misiones más favorables serían:

  • 2008 HU4 (7-10 metros de diámetro) en 2016. Demasiado pronto.
  • 1991 VG (6-9 m) en 2017. Muy favorable, pero desgraciadamente, aún persisten dudas sobre la naturaleza de este asteroide. Podría tratarse la etapa superior de un antiguo cohete.
  • 2008 EA9 (8-12 m) en 2019, probablemente la más atrayente desde el punto de vista político y técnico a corto plazo.
  • 2007 UN12 (5-8 m) en 2020.
  • 2008 JL24 (4-5 m) en 2026.
  • 2006 RH120 (4-5 m) en 2028.
  • 2000 SG344 (35-40 m) en 2029. Sería una de las misiones más fáciles de llevar a cabo y con gran interés científico, pero habría que esperar casi 20 años.


Lista de posibles misiones tripuladas a un asteroide (Lockheed-Martin).

Teniendo en cuenta que la mayoría de candidatos son más bien rocas que apenas superan los cinco metros de diámetro, las misiones más interesantes serían la visita de 2008 EA9 (8-12 metros), con una duración de 195 días, y 2000 SG344 (35-40 metros), de 145 días. La misión de 2008 EA9 debería llevarse a cabo en 2019, quizás demasiado pronto para que esté listo un lanzador pesado. Por contra, la misión de 2000 SG344 tendría lugar en 2029, dentro de casi dos décadas.



Esquema de misión al asteroide 2008 EA9 (Lockheed-Martin).



Esquema de misión al asteroide 2000 SG344 (Lockheed-Martin).

Sea cual sea el objetivo elegido, para poder llegar a uno de estos asteroides es preciso alcanzar antes la velocidad de escape terrestre (unos 11 km/s), lo que implicaría el uso de alguna etapa superior similar a la EDS del Programa Constellation. Una vez en el espacio profundo, la nave debería ser capaz de realizar maniobras con una Delta-V total de 1,5 km/s. Un solo vehículo Orión no posee esta capacidad, motivo por el cual Lockheed-Martin ha incluido una segunda nave en la arquitectura Plymouth Rock. Los dos vehículos se denominarían Primary Orion y Supplemental Orion, respectivamente. Esta segunda nave duplicaría el volumen habitable hasta los 20 m3 y aumentaría la redundancia de sistemas críticos durante la misión.


Nave Orión con el sistema de escape LAS (Lockheed-Martin).

El viaje hasta el objetivo tendría una duración aproximada de tres meses, dependiendo del asteroide elegido. Una vez «acoplados» al asteroide, la tripulación exploraría el pequeño mundo durante cinco días. El número de EVAs estaría limitado a dos (como mucho cuatro) debido a la necesidad de transportar las reservas de aire para represurizar la cápsula después de cada paseo espacial. Durante las EVAs, realizadas desde la Supplemental Orion, la nave permanecería a una distancia mínima de 50-100 m. La Supplemental Orion sería descartada después de haber agotado sus reservas de combustible. Entonces se iniciaría el viaje de retorno, de otros tres meses de duración, en la Primary Orion, la cual regresaría a la Tierra con unos 100 kg de muestras -mucho más que cualquier misión no tripulada-, reentrando a 11,1-11,7 km/s. Algunos detalles de la misión pueden cambiar según el objetivo y varios parámetros técnicos, como por ejemplo la capacidad propulsiva de la Orión, que puede variar entre 990 m/s y 1,12 km/s según sea lanzada con los tanques parcialmente llenos (en el caso de despegar a bordo del difunto Ares I) o no.


Esquema de misión «Plymouth Rock» (Lockheed-Martin).



Requisitos del sistema de soporte vital (Lockheed-Martin).

También se estudia la posibilidad de sustituir la cápsula redundante de la Supplemental Orion por un módulo de misión basado en los empleados en la ISS. Naturalmente, esto aumentaría el presupuesto del proyecto, pero es una idea muy sugerente. Este módulo duplicaría el espacio habitable y facilitaría las EVAs en el asteroide. Para misiones a algunos cuerpos especialmente cercanos, se podría incluso aumentar a tres el número de tripulantes gracias a este módulo.



Variante de la Orión para vuelos interplanetarios con un módulo de misión (Lockheed-Martin).

El punto débil de Plymouth Rock es más que obvio: tras la cancelación del Ares V, es imposible realizar esta misión con los lanzadores actualmente en servicio. Por supuesto, un hipotético SD HLV podría ocupar el lugar del Ares V para lanzar la etapa EDS y la Supplemental Orion. Por otro lado, una misión tripulada a un asteroide es uno de los pocos proyectos que actualmente permiten justificar el desarrollo de un SD HLV, por lo que el futuro de cualquier misión BEO pasa por la construcción de un lanzador pesado y viceversa.

Una misión a un asteroide serviría para profundizar nuestro conocimiento sobre estas reliquias de la formación del Sistema Solar y permitiría evaluar más detalladamente el peligro potencial que presentan para nuestra civilización. No en vano, el riesgo de colisión de un NEO con la Tierra es muy bajo, pero en absoluto despreciable. Otra cuestión sería si es posible realizar este estudio de forma más económica y rápida usando misiones no tripuladas.

Desde el punto de vista de la exploración tripulada del espacio, estudiar un asteroide supondría realizar el primer viaje más allá de la órbita terrestre desde 1972. Una misión de este tipo permitiría refinar además las tecnologías relacionadas con la protección de radiación o el soporte vital, esenciales para planificar un viaje a Marte.

Pero, por encima de todo, el estudio de asteroides cercanos parece ser la última esperanza de la exploración tripulada del espacio. Un objetivo muy modesto cuando lo comparamos con viajes a Marte o a otros planetas, sin duda, pero al menos se trata de un objetivo realista. ¿Veremos un ser humano visitando un nuevo mundo sesenta años después del Apolo 11?


Explorando asteroides en las próximas décadas (Lockheed-Martin).



24 Comentarios

  1. Ojalá!

    Aunque no sé cuál será la opinión pública ante un costoso proyecto de exploración tripulada si el objeto a visitar es más pequeño que la propia nave. Las películas no han preparado en absoluto para esto 😛

    En todo caso, la moraleja sigue siendo la misma: hace falta el lanzador pesado. Viene repitiéndose desde hace mucho ya :-/

    Saludos!

  2. Me parece una idea un tanto absurda. Con solo la Orion y teniendo que construir y/o desarrollar el SD HLV, suamdo al hecho del escaso tamaño de los cuerpos a visitar; seria más conveniente desarrollar un remolcador espacial para traer el NEO dentro de BEO y luego mandas todas las misiones que quieras con lanzadores y naves convencionales (no va a faltar la idea de minarlo y/o establecer una estacion espacial en el).

    Salu2

  3. Hola,
    ¿Por qué los EEUU se plantearon en su momento la construcción de un cohete pesado sin basarse en la arquitectura SaturnoV? ¿Tan caro/dificil resultaría resucitar (con o sin actualización ese vector? A diferencia de Rusia, toda su tecnología espacial anterior sigue estando bajo su control directo.

    ¿Por que demoran los planes sobre sistemas basados en el shuttle? Lo pregunto porque no parece que compita contra ninguna alternativa viable, ya que la iniciativa privada todavía tardará en alcanzar ese nivel tecnológico (lanzador pesado)

  4. Todo esto me parece vaporware para seguir destinando fondos para estudiar este tipo de misiones. Coincido con todos en que hace falta un lanzador pesado. Misiones a los asteroides se podrían incluir en el desarrollo de misiones a Marte, como un paso previo para probar la tecnología.
    Luis RJ

  5. Pues a me gusta mucho la posibilidad tal y como está descrita en el artículo.
    Además cualquier escusa me parece buena para desarrollar un lanzador pesado del tipo y si se aprovechase hardware del lanzador del Shuttle mejor.
    Creo que no se valora lo suficiente los beneficios a nivel de prestigio que proporciona ser el país puntero en una materia como los viajes espaciales (cara al gran público sobretodo si son tripulados).

  6. @DarkSapiens: «Aunque no sé cuál será la opinión pública ante un costoso proyecto de exploración tripulada si el objeto a visitar es más pequeño que la propia nave. Las películas no han preparado en absoluto para esto :P» <— ¡Eso mismo pensé yo!

    @damian: totalmente de acuerdo, pero creo que eso se sale de las expectativas -optimistas- de presupuesto para los próximos años que maneja la NASA actualmente.

    @pequeño saltamontes: resucitar el Saturno V sería casi imposible. En cuanto al SD HLV, el problema es que no existe ningún programa actualmente que justifique su desarrollo.

    @Luis: sí, tienes razón, pero tal y como están las cosas, un viaje a Marte ahora mismo es imposible.

    Un saludo.

  7. Hombre, la verdad es que cuando se anunció la posibilidad de visitar asteroides cercanos no me imaginaba pedruscos casi más pequeños que la propia Orion… Quedaría muy poco fotogénico, ergo yo diría que el plan se desvanecerá entre las brumas de la burocracia.

  8. No creo que una misión tan poco atractiva para el público, consiga obtener fondos del Gobierno USA.

    Tan caro es regresar a la Luna? o mo es mejor invertir un poco más e ir a Marte, antes que a visitar un asterioide? En los museos de la Tierra ya tenemos unos cuantos asteroides que han llegado ellos solitos…

  9. Uff, pero… no existen programas porque no hay lanzador pesado que justifique desarrollarlos…! :S

    Hay aquí una pescadilla que se muerde la cola, y que creo que es uno de los motivos por los que se está retrasando todo tanto. No hay payload para el lanzador pesado porque no hay lanzador pesado que permita ese tipo de cargas…

    A ver si se deciden pronto, porque todo esto se está alargando demasiado. En mi opinión, en cuanto haya un lanzador pesado saldrán propuestas y proyectos de debajo de las piedras, incluyendo energía solar en el espacio, sondas y telescopios grandes, etc…

    Un saludo!

  10. El tamaño no importa…

    Cualquier geólogo se apuntaría una mision a un asteroide, aunque el tamaño del asteroide fuera el de un coche, porque nunca se a estudiado un asteroide en el espacio casi virgen despues de millones de años de viajar por el espacio

    Obama y los senadores están de acuerdo en desarrollar un cohete pesado, la única diferencia es cuando.

  11. Totalmente de acuerdo en que el tamaño no importa. Incluso las pocas partículas microscópicas que trajo la Hayabusa son útiles. Pero la preocupación está en la opinión del votante medio de EE.UU., que lo que querrá ver son imágenes y vídeos, esperándose algo como lo que se ve en Armaggedon…

  12. Yo lo veo muy claro. Para los Estados Unidos siempre será más importante todo lo relacionado con la guerra que la exploración espacial.
    Recuerdo cuando una vez dijeron que un nuevo telescopio era muy caro. La gracia es que un submarino nuclear tiene el mismo precio.
    Lo tengo claro desde hace años. La próxima bandera en la Luna será la China. Y los Estados Unidos, que se encuentran en franca decadencia, no podrán hacer nada.

  13. Esto no es más que un sueño húmedo de algunos aficionados o de algunas personas relacionadas con Constellation. Evidentemente, no se va a llevar a la práctica. Ni siquiera es suficientemente atractivo desde el punto de vista mediático (el primer comentario de la gente sería «¿y tanto dinero para visitar una piedra?»).
    Las dos únicas opciones desde mi punto de vista son:
    -Seguir con la filosofía prevista de confiar en companías privadas como SpaceX.
    -Modificar algún lanzador existente (los cohetes del Shuttle o bien el Atlas o el Delta) para incorporar la Orión o similar, si es que es viable.

    Cualquier otra cosa es querer resucitar a un muerto por no querer aceptar que nunca debió haber existido.

  14. Tal vez sea más vendible al público construir en etapas un telescopio gigante que visitar un asteroride… Seria además una evolución gradual del concepto de construccion de la ISS, sólo que llevado de la órbita baja al espacio profundo

  15. @Monsieur: estoy de acuerdo en que se trata de una propuesta prácticamente inviable desde el punto de vista de la opinión pública, aunque es posible que en los próximos años se descubran nuevos NEOs un poco más grandes. Desde el punto de vista de Lockheed-Martin, obviamente esta misión es una forma de mantener los puestos de trabajo de la Orión. A LM le importan un pimiento los asteroides.

    Por otro lado, no debemos perder de vista que Plymouth Rock es una misión de mínimos, es decir, podría visitarse un asteroide mucho más grande (y lejano) si se emplean dos lanzamientos de un lanzador pesado. Si la NASA decide en el futuro visitar un asteroide como misión BEO, seguramente preferiría aumentar la complejidad de la misión incluyendo dos lanzamientos antes que visitar un triste «pedrusco» espacial.

    @anónimo: la construcción de un telescopio sería algo muy interesante, pero creo que resulta difícil justificar el uso de naves tripuladas en esta tarea. Eso sí, sería una magnífica misión para un SD HLV.

    Un saludo.

  16. Me parece muy bonito pero es un cuento de hadas por que la politica de obama no es la correcta y si esperamos a las empresas privadas para que desarrollen el hardware de la mision ya podemos quedarnos tiesos,por que antes las ranas tendran pelo y volaran a que ellos tengan un cohete pesado y capsulas para el espacio profundo.
    Pero quiero ser optimistas por dos cuestiones: 1-la retirada de las tropas de irak, esto supondra menos gasto y 2-el congreso y senado ha dicho que quiere un cohete pesado ya y no cuando diga obama.

    Respecto a lo de obama con el famoso viaje a una asteroide para el 2025 no se lo cree ni él, por que por no haber no hay ni nave ni cohete que haga ese viaje. Y para hacer ese viaje se necesita una decada de desarrollo.

    saludos jorge m.g.

  17. Yo siempre pienso (cuando se proponen estas ideas de ir a una roca flotando), si el problema mas grande de todos es abandonar la tierra, y volver a entrar a casa, porque no ponen adentro del Atlantis (en vez de otro telescopio u otro baño para la casa flotante), una lata para alunizar como el LEM (si no entra la orion, que sea para dos personas, o una solita, si ahora es todo automático, el diametro del Hubble es de 2,4 mts, la geminis tenía 3 mts), lo agarran a la casa flotante y le dan una buena habitación al astronauta que va a ir y esperan a que suba la siguiente semana si quieren, el Discovery con un cohete y un tanque nafta suficiente como para que los atrape la luna y su famosa caída libre, retrocohetes, nafta para despegar y volver a acoplarse, etc), después de juntar un par de rocas y filmar en HD, se vuelven a la casa flotante, se pegan una ducha, descansan dos horitas, dejan estacionado lo que queda del LEM por si otro quiere ir en la ISS (les faltaría la nafta nomas), y después de un chequeo por si se salió algún ladrillo del piso del transbordador espacial y bajan a casa con las rocas. Beneficio: a la gente no le importa si van en el ARES, Altantis o en un colectivo de larga distancia, tampoco les interesa que vayan 12 personas, que vaya un piloto científico con un poco de onda, la audiencia espacial quiere la Luna de cualquier modo. La audiencia sería %100 y la NASA cumple con su vuelta a la Luna
    Se puede hacer una nave que entre dentro del Shuttle?
    Digo para aprovechar el error mas grande de la NASA antes que lo suban a una tarima.
    En dos viajes se podría subir a la ISS lo necesario para ir a la Luna al menos un astronauta?
    Es una pavada lo que digo?

    Saludos, excelente Blogs!!
    Gaston

  18. Visitar un pequño asteroide con una nave tripulada parece un despilfarro de dinero, se deberian emplear los fondos para estudiar otro tipo de propulsión mucho mas eficaz que la quimica.. llevamos mas de 100 años com motor de explosión y 70 con motores cohete y de ahí no salimos…

  19. El dibujante de Lockheed-Martin podría haberse dado cuenta de que los cráteres son concavos y no convexos. Yo no he visto fotos de asteroides
    con «huevos».

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Por Daniel Marín, publicado el 6 septiembre, 2010
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