Orión, una nave espacial mayor de edad

Por Daniel Marín, el 1 septiembre, 2022. Categoría(s): Artemisa • Astronáutica • NASA ✎ 139

Mientras esperamos el primer lanzamiento de un cohete SLS y una nave Orión completa, conviene recordar que, aunque el programa Artemisa apareció hace solo tres años, el lanzador SLS tiene más de una década de desarrollo a sus espaldas. ¿Te parecen muchos años? Pues piensa que la nave Orión tiene casi 18. O sea, ya es toda una nave ‘mayor de edad’. Y es que Orión nació como la cápsula CEV (Crew Exploration Vehicle) que debía sustituir al transbordador espacial según el plan bosquejado en la iniciativa VSE (Vision for Space Exploration) de 2004. VSE fue presentada por el entonces administrador de la NASA, Mike Griffin, como respuesta a la tragedia del Columbia en 2003. El transbordador había resultado ser una máquina peligrosa y extremadamente cara, así que había que sustituirla. Aunque el concepto de CEV es anterior a 2004, es en la VSE donde se confirmó que la nueva nave tripulada estadounidense sería una cápsula tipo Apolo, pero más grande. La iniciativa VSE se transformaría en 2005 en el Programa Constelación, creado con el objetivo de poner un astronauta de la NASA en la superficie lunar en 2020.

La nave Orión en un diseño de 2006 cuando era parte del programa Constelación (NASA).

Para ello se usaría el CEV, puesto en órbita por el lanzador CLV (Crew Launch Vehicle), derivado a partir de los cohetes de combustible sólido (SRB) del transbordador, y el módulo lunar LSAM (Lunar Surface Access Module), que sería lanzado por el cohete gigante CaLV (Cargo Launch Vehicle). En julio de 2006 el CLV y el CaLV fueron bautizados como Ares I y Ares V, respectivamente, y ese mismo año el CEV pasó a ser conocido como Orión (al año siguiente el LSAM pasaría a denominarse Altair). Además de misiones lunares, el CEV Orión fue diseñado para realizar vuelos a la Estación Espacial Internacional (ISS), permitiendo la rotación de tripulaciones del segmento estadounidense, por lo que llevaría un sistema de acoplamiento andrógino en la parte frontal. Se construiría una versión de Orión para vuelos lunares —Block 2— y otra para la ISS, denominada Block 1A (a su vez, se concibió una versión de carga o Block 1B para vuelos a la ISS). La variante Orión Block 1A sería capaz de llevar entre tres y seis astronautas a bordo.

Características del CEV Orión de 2005 (NASA).
Diseños estudiados de la cápsula CM del CEV de 2005. El diseño final tendría 5,5 m de diámetro, pero luego se redujo a 5 m (NASA).
Configuración de 2005 del conjunto Orión/Altair (NASA).
Configuración de 2005 del conjunto Orión/Altair (NASA).
Elementos del programa Constelación (NASA).

Orión tendría un sistema de aborto durante el despegue de tipo torre de escape tractora tradicional, como las Apolo o las Soyuz, que sería bautizado LAS (Launch Abort System). El módulo de servicio o SM emplearía dos paneles solares circulares de tipo flexible UltraFlex de 5,5 metros de diámetro (capaces de generar entre 9 y 12 kilovatios). Lo más llamativo del SM es que los motores de control de posición (RCS) usarían metano y oxígeno líquido, una mezcla de propelentes inusual que se eligió porque sería la usada para el módulo lunar Altair. La cápsula o CM (Crew Module) tendría un diámetro de 5 metros, ampliado en 2005 5,5 metros, antes de volver a ser reducido a 5 metros (finalmente tendría 5,2 metros; el CM del Apolo era de 3,9 metros). Como novedad, la cápsula usaría un sistema de propulsión durante la reentrada a base de oxígeno y etanol y aterrizaría en tierra firme usando un sistema de airbags (además de tres paracaídas principales). En agosto de 2006 la NASA eligió como contratista principal del CEV Orión a Lockheed Martin, dejando a un lado la propuesta de Boeing (más adelante, esta empresa utilizaría la experiencia en el CEV para desarrollar la nave Starliner, que sí aterriza usando airbags como el concepto original del CEV).

Diseño de la Orión de 2006 (NASA).
La cápsula Orión en 2006 (NASA).
Características de la nave Orión de 2006 (NASA).
Arquitectura lunar del Programa Constelación (NASA).

Desde el principio, Orión tuvo problemas de sobrepeso. La cápsula o CM era, con un diámetro de 5 metros, la más grande jamás construida. Sin embargo, el Ares I apenas podía poner poco más de 25 toneladas en órbita baja. Eso significaba que, a pesar de disponer de una cápsula enorme, Orión tendría una masa total significativamente inferior al CSM del Apolo, que rondaba las 29 toneladas. Aunque originalmente la versión de la Orión para órbita baja, Block 1, debía pesar unas 23 toneladas, pronto se disparó por encima de las 25 toneladas, mientras que la variante lunar Block 2 alcanzó las 29 toneladas. Se intentó poner a dieta a la Orión reduciendo la tripulación a un máximo de cuatro personas y prohibiendo la elección de astronautas de 100 kg o más de peso. También se limitó la cantidad de objetos personales que la tripulación podía llevar a 5 kg, pero estas medidas parciales solo fueron un parche y hasta el fin del programa las limitaciones del Ares I serían un quebradero de cabeza para la NASA.

Evolución del Ares I (apodado the stick, ‘el palo’), encargado de lanzar la nave Orión (NASA).
Partes del Ares I/Orión (NASA).

Las prestaciones del Ares I eran claramente insuficientes para lanzar la versión lunar de la Orión y apenas podían cargar la versión de órbita baja, pero, a pesar de todo, dentro de la arquitectura lunar del Programa Constelación esta limitación no era un problema muy grave porque el módulo lunar Altair sería el encargado de efectuar el encendido de frenado en órbita lunar antes de separarse de la Orión. Por este motivo, Orión fue diseñada con un módulo de servicio relativamente pequeño en proporción al tamaño de la cápsula. Además, con el fin de ahorrar costes y tiempo de desarrollo, se prescindió del uso de metano en el módulo de servicio para optar por propergoles hipergólicos tradicionales y se decidió que el motor principal del módulo de servicio fuese un propulsor del sistema de maniobra orbital (OMS) del transbordador. Este motor era poco potente —2,7 toneladas de empuje en vez de las 3,4 toneladas previstas al inicio del programa—, pero suficiente para sacar a la Orión de la órbita lunar y regresar a la Tierra. Es decir, la Delta-V del sistema de propulsión de Orión era solamente de 1,5 km/s (como comparación, la capacidad total de Delta-V del CSM del Apolo era de unos 2,8 km/s), pero, en principio, esto no suponía un gran inconveniente, a pesar de que la versión Block 2 se concibió en un principio con una Delta-V de 1,9 km/s.

La Orión de 2008 se acopla con el Altair en órbita lunar (NASA).
Diseño final de la nave Orión de 2008 (NASA).

Como sabemos, no pudo ser. La administración Obama canceló el Programa Constelación en febrero de 2010 y, con él, los cohetes Ares I y Ares V, así como la nave CEV Orión. Pero en un giro imprevisto de los acontecimientos, en enero de 2011 el Congreso obligó a la Casa Blanca a resucitar la nave Orión pocos meses después. Eso sí, ahora ya no se llamaría CEV, sino MPCV (Multi-Purpose Crew Vehicle). En un principio no estaba claro hasta qué punto el MPCV sería similar a la Orión, pero al final emplearía el mismo diseño y pudo retener el nombre con el que había sido bautizado en 2006. El CEV Orión ha muerto, ¡larga vida al MPCV Orión! No obstante, ya no se construiría una versión para la órbita baja y otra lunar, sino que Orión sería ahora un vehículo exclusivamente dedicado al espacio profundo. El único cambio importante de diseño tuvo lugar en 2012, cuando se decidió que la Agencia Espacial Europea contribuyese con el Módulo de Servicio Europeo (ESM), derivado de la nave de carga ATV. Aunque el nuevo módulo incorpora cuatro llamativos paneles solares como los del ATV en vez de los dos paneles flexibles tipo ‘Micky Mouse’, el resto de prestaciones son casi similares al módulo de servicio diseñado por Lockheed Martin e incluso utiliza los mismos ocho motores auxiliares y el mismo motor principal OME, todos ellos fabricados en EE.UU.

Orión en 2009 (NASA).
Paneles solares Ultra Flex de Orión (NASA).
Módulo de servicio de la nave Orión de 2008, sustituido parcialmente en 2012 por el módulo de servicio europeo (NASA).
Diseño final de la nave CEV Orión (NASA).

El Congreso también obligó a la NASA a desarrollar un nuevo lanzador pesado que incorporase algunas tecnologías desarrolladas para los cohetes Ares —como los SRB de cinco segmentos— y otras derivadas directamente del transbordador espacial (motores SSME/RS-25, etapa central criogénica, etc.). El SLS (Space Launch System), como se conocería a este lanzador, era menos potente que el Ares V y solo podía enviar en una trayectoria hacia la Luna a la MPCV/Orión, sin módulo lunar. Pero la MPCV/Orión había heredado de su progenitora CEV Orión las limitaciones del sistema de propulsión. Sin un módulo lunar como el Altair, ahora la MPCV/Orión sería incapaz de colocarse en una órbita lunar baja y salir de la misma por su cuenta, de ahí que una de las prioridades del programa SLS/Orión haya sido buscar órbitas lunares más elevadas compatibles con las limitadas prestaciones del sistema de propulsión. Y, como resultado, ahí tenemos órbitas como las DRO (Distant Retrograde Orbit) que se usará en Artemisa I o la NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit) de la estación lunar Gateway. Eso sí, una ventaja del SLS frente al Ares I fue que Orión pudo olvidarse de su exceso de peso y engordó hasta las 26 toneladas sin problemas.

Diseño definitivo de la Orión de 2009 (NASA).
Diseño definitivo de la Orión de 2009 antes de ser cancelada (NASA).
La MPCV Orión actual (NASA).
Nave Orión MPCV de Artemisa I (NASA).


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