Programa Artemisa de la NASA: un segundo alunizaje en 2027 y la base lunar de 2031

Por Daniel Marín, el 3 noviembre, 2022. Categoría(s): Artemisa • Astronáutica • Luna • NASA ✎ 150

Aunque seguimos esperando a que despegue la misión Artemisa I de la NASA, el programa sigue evolucionando poco a poco. La primera misión tripulada, Artemisa II, continúa prevista para 2024, mientras que la primera misión de alunizaje, Artemisa III, no ha cambiado su fecha oficial, 2025 (spoiler: lo hará). Así que por este lado no hay cambios significativos. Pero sí que los hay con respecto a la segunda fase del programa, que debe comenzar en 2027 con Artemisa IV. Recordemos que, a partir de esta misión, se lanzará una misión Artemisa al año en la que se empleará la versión Block 1B del cohete SLS —así como la multimillonaria torre de lanzamiento asociada ML-2— y, además, la nave Orión también se acoplará con la estación lunar Gateway en cada misión. Precisamente, tal y como vimos el pasado abril, Artemisa IV tenía como objetivo principal acoplarse con la estación Gateway para acoplar el módulo I-Hab de la estación.

La misión Artemisa V también irá a la superficie lunar en 2027 (NASA).

Ese objetivo sigue adelante, pero la NASA ha decidido que esta misión también aterrizará en la Luna, al igual que el resto de misiones Artemisa (por el momento, hasta Artemisa VIII en 2031). Esto significa que el segundo alunizaje del programa se adelanta un año. El módulo lunar HLS (Human Landing System) de Artemisa III será la versión lunar de la Starship de SpaceX denominada ‘Opción A’, mientras que para Artemisa IV se usará la Opción B de la Moonship, una variante mejorada del HLS de Artemisa III. Según el nuevo esquema, cuatro astronautas viajarán en la nave Orión de Artemisa IV y, una vez en la órbita NRHO alrededor de la Luna, acoplarán el módulo I-Hab a los módulos PPE y HALO de la estación Gateway, que deben ser lanzados conjuntamente a finales de 2024 mediante un Falcon Heavy. Luego, dos de los astronautas se montarán en el HLS de SpaceX y descenderán a la Luna para pasar una semana en la superficie.

Nuevo calendario de Artemisa (NASA/Jeff Foust).
Nuevo esquema de misión de Artemisa IV, que incluye un alunizaje (NASA/Jeff Foust).
Estación Gateway (NASA).
Una nave Orión se acopla al módulo I-Hab de la estación Gateway (ESA).
Diferentes contratos para los módulos lunares HLS de Artemisa: Opción A y Opción B son de SpaceX, mientras que Apéndice N se dará a otro contratista por decidir (NASA).
Calendario de la puesta en servicio de los diferentes HLS (no hay que fijarse mucho en las fechas) (NASA).
Plan temporal de contratos de la NASA para los módulos lunares HLS de Artemisa. La ‘opción B’ del HLS de SpaceX estará disponible antes que el HLS de otra empresa (‘Apendice N’), por lo que es casi seguro que será el HLS de Artemisa IV (NASA).

Para Artemisa V, en principio planeada para agosto de 2028, se utilizará, como estaba previsto, otro módulo lunar no construido por SpaceX (obviamente, la elección de cada HLS dependerá de su disponibilidad final). Varias empresas quieren hacerse con el contrato de este segundo tipo de HLS, como Dynetics o Blue Origin, aunque esta última compañía ya no planea presentar una única propuesta con Lockheed Martin y Northrop Grumman, que bien podrían hacerse con el contrato de forma independiente. Artemisa V empleará además un rover no presurizado en la superficie lunar, el LTV (Lunar Terrain Vehicle), un vehículo que se desarrollará a través de un próximo contrato público. Este rover, con capacidad para dos personas, será enviado a la superficie lunar mediante el HLS o una sonda independiente. A partir del mismo podría desarrollarse una versión no tripulada para mover carga por la superficie o explorar la Luna. La misión Artemisa VII de 2030 hará uso de un rover presurizado que permitirá la exploración de lugares muy alejados de la zona de alunizaje en el polo sur de nuestro satélite. Debido a su tamaño, este rover presurizado será enviado a la Luna en otra sonda independiente.

Arquitectura del HLS ‘Moonship’ de SpaceX. Artemisa III. Artemisa IV probablemente también usará un módulo lunar de SpaceX (NASA).
La misión Artemisa V usará un rover no presurizado LTV para moverse por el polo sur (NASA).
Propuesta de rover no presurizado LTV de Northrop Grumman (Northrop Grumman).

Por último, el primer elemento de la base lunar permanente del polo sur, el LSH (Lunar Surface Habitat) sigue previsto para la misión Artemisa VIII de 2031. Este módulo, de 12 toneladas, será capaz de mantener de dos o cuatro astronautas de 30 a 60 días y deberá contar con sistemas de soporte vital avanzados capaces de reciclar más del 98% de la orina y agua no potable, así como disponer de reservas de oxígeno para los paseos espaciales. El hábitat deberá disponer de una esclusa y un módulo hinchable para maximizar el volumen habitable, que alcanzará los 175 metros cúbicos. Durante el día lunar será capaz de generar 15 kilovatios de potencia eléctrica, mientras que por la noche generará unos 2 kilovatios. Además de estos elementos, no olvidemos que la NASA planea enviar a la Luna toda una flotilla de rovers, aterrizadores fijos e instrumentos a través del programa CLPS (Commercial Lunar Payload Services).

Hábitat lunar del polo sur con capacidad para 2-4 astronautas. Será usado por la misión Artemisa VIII en 2031 (NASA).
El LSH se usará conjuntamente con el rover presurizado (NASA).

 

Vista del LSH. Se aprecia el módulo hinchable, la esclusa y el panel solar vertical (los elementos horizontales son los radiadores) (NASA).

Para alimentar de energía a esta base lunar, la NASA sopesa desplegar grandes paneles solares e instalar un reactor de fisión nuclear de tipo Kilopower entre 2028 y 2029. También está previsto el despliegue de sistemas de utilización de recursos locales, ISRU (aprovechar el hielo del polo sur o extraer oxígeno o minerales del regolito). Más adelante, la NASA no ha especificado todavía qué quiere hacer con el programa Artemisa. En cualquier caso, si solemos criticar —con razón— a SpaceX por tener un calendario demasiado optimista, lo cierto es que el de la NASA con el programa Artemisa no se queda atrás en este aspecto.

Lugares de alunizaje de las sondas del programa CLPS (NASA).
Diferencia de iluminación entre el verano y el invierno en el polo sur lunar, donde estará situada la base lunar de Artemisa (NASA).
Rovers tripulados y de carga para la base lunar (Northrop Grumman).


150 Comentarios

  1. Esto es importante (eh…seguidme la corriente)

    Vamos a intentar responder de una vez por todas a una de las Grandes Preguntas de la existencia coheteril:
    ¿Qué propelente es más eficiente, Hidrolox o Methalox?

    La respuesta del novato: el Hidrógeno, porque tiene un ISP más elevado. Por ejemplo, el RS-25 hidrolox tiene un ISP de 452 segundos frente a los 380 a los que aspira el Raptor methalox.

    Pero el ISP no nos da una medida real del rendimiento comparativo de esos motores. También influye la densidad de energía del propelente, y ahí el methalox lleva ventaja. Además, el motor de metano es más ligero y compacto (las turbobombas de hidrógeno son un mamotreto).
    Para saber qué combustible es mejor, hay que comparar el Delta-V que ofrece. El Delta-V nos da la mejor comparativa posible.

    Mi teoría era que, dado el volumen de un cohete -por ejemplo una Starship- se obtendría más Delta-V llenándolo de methalox en vez de hidrolox (en sus proporciones correctas en cada caso).
    Pues bien, he encontrado un post en NSF que me ha ahorrado el trabajo:

    «I started with getting Starship as is and replacing 1230t of methalox with an equal volume of hydrolox. Note: 1230t includes header tank. This value comes to ~530t.

    Starship hidrolox: 460 * 9.81 * ln(1 + 530/(120+100)) ~= 5535 m/s.

    That compares badly with Starship methalox: 369 * 9.81 * ln(1 + 1230/(120+100)) ~= 6825 m/s»

    https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=57489.msg2425466#msg2425466

    – Aquí se compara una Centaur llena de hidrolox con la misma etapa llena de methalox (también se compara la Centaur con la segunda etapa del Falcon 9):

    «Take Centaur, keep its dry mass and replace hydrolox with an equal volume of methalox and set a realistic ISP for the engine:

    Centaurs propellant volume is 58.245 m^3. Replace it with 3.6:1 methalox, and you now have 48594kg of propellant rather than 20830.

    Let’s Tsiolkovsky it with 370s ISP:

    Centaur methalox: 370 * 9.81 * ln(1 + 48594/2247) = ~11321 [m/s]

    Centaur hidrolox: 449.7 * 9.81 * ln(1 + 20830/2247) = ~10276 [m/s]

    Yup, dV has grown from 10.3 to 11.3 km/s»

    Nota: SpX utiliza methalox subrefrigerado para aumentar su densidad. Los cálculos citados se han realizado con methalox sin densificar, por lo que la diferencia sería aún mayor a favor del methalox.

    forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=57489.msg2424183#msg2424183

    Por tanto, queda demostrado: el hidrógeno no ofrece ventajas significativas en rendimiento respecto al metano en etapas superiores, aunque su ISP sea más alto.
    Además, el methalox es plenamente adecuado para un booster, lo que permite usar los mismos motores en las dos etapas, un único propelente en el GSE (equipos de tierra) y un único tooling para construir el cohete. Y es más barato y sencillo de manejar.
    «H2 is hell» -Elon Musk.

    Entonces, ¿por qué hay tantas etapas superiores de hidrógeno? Porque, al ser más ligero, se necesita un booster más pequeño para impulsar la etapa superior (…y porque «siempre se ha hecho así»):

    «Hydrolox tiene sólo una ventaja importante: es ligero, por lo que obtiene una etapa superior más ligera que necesita un booster más pequeño. Más pequeño podría significar más barato.»

    Confío en haber contribuido a poner fin al error habitual de comparar el rendimiento de los motores según el ISP del propelente utilizado. Según esa métrica errónea, cualquier motor de hidrógeno, por cutre que fuera, tendría mayor rendimiento que uno de metano, aunque éste fuera tan sofisticado como el Raptor.
    No es así. La combinación que ofrece el Raptor de ISP, densidad energética y T/W (relación potencia/peso) lo equiparan en rendimiento (Delta-V) a los mejores motores de hidrógeno.

    – Para terminar, unas perlas de sabiduría de nuestro profeta bienamado acerca del methalox:

    «Nota técnica importante: debido a una mayor relación O/F de CH4 frente al Keroseno (el oxígeno es denso) y al aumento significativo de la densidad del CH4 criodensificado (además no se necesita aislamiento del domo común), más el aumento de resistencia del acero debida al CH4 criogénico, la masa del tanque de la etapa de CH4/O2 es casi lo mismo que Keroseno/O2.»

    «[Un ISP de 380s] combinado con la criodensificación profunda de los propelentes hasta casi la temperatura de licuefacción del N2, el uso de un domo común (CH4 y O2 son líquidos a temperaturas similares) y motores con un T/W elevado, permite de facto un delta-V más alto que una etapa de H2/O2» -Elon Musk

    *****

    ¿Qué propelente proporciona más Delta-V, Hidrolox o Methalox?
    Para un volumen de propelente dado, methalox.
    Para una masa de propelente dada, hidrolox.

    1. Pero entonces, no deberías comparar mismo volumen de una segunda etapa de hidrolox con respecto a una de metalox. Tienes que hacer la cuenta al revés: para un mismo delta V, tanto de hidrolox como de metalox, ¿qué masa tendría mi segunda etapa? Esa es la pregunta que se ha respondido tradicionalmente, creo yo. Y siempre te saldrá una segunda etapa más pequeña y por tanto todo el resto del cohete más pequeño y en pensamiento Old Space, más barato y eficiente, no? En realidad te has respondido tú mismo en tu propio mensaje. Lo que ocurre es que SpaceX ha cambiado el paradigma de los objetivos de diseño de los cohetes, buscando más la practicidad y el ahorro económico que de ahí se deriva, que la eficiencia en el tablero de diseño, no?

      1. «Y siempre te saldrá una segunda etapa más pequeña»

        Al revés. Para un mismo Delta-V una etapa hidrolox sería más grande y pesada en vacío.

        Comparo iguales volúmenes para saber si una Starship hidrolox con su tamaño actual daría más Delta-V o menos que una de metano. La respuesta es que daría menos Delta-V, por lo que habría que ampliar la Starship hidrolox y hacerla más grande y pesada en seco.

        Para que una etapa hidrolox proporcione el mismo Delta-V que una methalox, la segunda etapa será más voluminosa y pesada en vacío.

        El resultado está claro: para obtener el mismo Delta-V una Starship de hidrógeno debería tener ~80 metros de alto en vez de 50 metros para la Starship de metano. Sería una Starship mucho más grande y pesada en vacío.

        Pero si cogemos esa Starship de 80 metros y la llenamos de methalox, aún proporcionará más Delta-V que la misma Starship llena de hidrolox (con el mismo tamaño), aunque sería más pesada en mojado.

        Si llenas un cohete dado con methalox, obtienes más Delta-V que llenándolo de hidrolox.
        Para obtener el mismo Delta-V con hidrolox, habría que ampliar los tanques. Pero si llenamos esos tanques ampliados con methalox, volvemos a estar en lo mismo: proporciona más Delta-V que la versión hidrolox.
        Eso sí, la etapa en mojado sería más ligera (pero más grande y pesada en seco).

      2. Fíjate que la Centaur methalox proporciona más Delta-V que la misma etapa llena de hidrolox. Para obtener el mismo Delta-V con hidrolox habría que ampliar los tanques. Es decir, para el mismo Delta-V una etapa hidrolox sería más grande y pesada en vacío.

          1. Los boosters potentes siempre han sido caros. La industria espacial tradicional intenta reducir costes reduciendo la masa del cohete. Una etapa superior de hidrógeno es más ligera en mojado y puede lanzarse con un booster más pequeño y barato.

    2. Tengo una pregunta:
      ¿y con respecto al queroseno de la segunda etapa del Falcon?
      Si SpaceX hiciera una segunda etapa de metalox para el Falcon Heavy, por ejemplo? (para evitar comentarios chorras, imaginemos que es un encargo directo de la NASA y que SpaceX simplemente tendría que implementar la tarea).
      Cómo quedaría el Heavy?
      Recordad que la rampa de la 39A supuestamente es bipropelente para poder cargar el NovaC de metano (aunque no sé si habrá puesto lo justito para rellenar el novaC de Intuitive Machines mientras está en la rampa o han dimensionado con otras miras…

      1. Digamos un tanque de la etapa superior extendido con un Raptor2? Hehe pues supongo que entre el SLS Block1 y el 2, con que la NASA hubiera puesto el FH como backup del SLS cuando volò, podríamos tener algo así en los planes.
        Ahora queda como algo que pudo ser.

    3. El ISP puede servir para comparar motores con el mismo combustible; en ese caso, un mayor ISP equivale a un mayor rendimiento químico. Además del ISP también habría que comparar el T/W y ponderar los dos factores.

      Para motores con distinto combustible, el ISP por sí solo no sirve para comparar el rendimiento. Creo que lo mejor es comparar el Delta-V que ofrecería una etapa de masa y volumen conocidos con ese motor y ese propelente. EEl Delta-V es la métrica que mejor pondera la mayoría de factores implicados (ISP, densidad, T/W…)

    4. Deberías poner todo el debate de casi 100 comentarios no uno en particular…y NO el Hidrogeno con nuevos materiales y para CisLunar es mejor que el Methalox…

      1. En cualquier caso el aporte es interesante. Como mínimo con la eficiencia del Raptor2 tienes un empate técnico. Son buenas noticias, más oportunidades y competición. El espacio profundo no solo se conquista con hidrógeno.

  2. Dos nuevos hitos para SpX:

    – 200 segundas etapas para los Falcon y 200 motores Merlin Vac producidos:

    «Congratulations to the Falcon team which completed the 200th second stage vehicle and Merlin Vacuum engine this past week!»

    twitter.com/SpaceX/status/1588221646166380544?s=20&t=kmjF2O8EHxX50XPY9JCgiw

    – 200 motores Raptor 2 producidos:

    «If 200 Falcon second stage vehicles and Merlin Vacuum engines weren’t enough for you, the Raptor team recently completed the 200th Raptor 2 engine!»

    https://twitter.com/SpaceX/status/1588569951228801024?s=20&t=kmjF2O8EHxX50XPY9JCgiw

    Hace casi un año… La crisis de los Raptor. Hoy día no es más que una nota a pie de página:

    danielmarin.naukas.com/2021/12/13/starship-el-cielo-debe-esperar-a-los-raptor-2/

    – El HangarX, las nuevas instalaciones de SpX en Florida, progresa con rapidez. Se está construyendo una segunda torre (no se sabe dónde irá):

    forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=45813.msg2424190#msg2424190

    – Starbase production diagram, 2 de noviembre:

    twitter.com/_brendan_lewis/status/1587941037070516224?s=20&t=ma9_106qDcxJ37KGZaGM-w

    En los últimos días se han realizado pruebas de llenado de los depósitos del B7/S24, con oxígeno y metano por separado.
    El plan sigue siendo lanzar el B7/S24 si no peta antes:

    «Ese es el plan, a menos que se dañe en las pruebas. Lo que realmente importa es que la línea de producción en serie de ships y boosters está funcionando. Además, cada nueva Starship y booster tiene mejoras de diseño incrementales.» -Elon

    1. Es posible que estén produciendo una segunda etapa por semana, al ritmo que van de lanzamiento.
      Entiendo que eso debe estar haciendo caer los costes de producción de las segundas etapas de modo importante.
      El Falcon 9 cada vez es más eficiente y económico. La Starship va a tener que sudar mucho para poder competir económicamente con este cohete. Ya llegamos el otro día a la conclusión de que a SpaceX parece que le resulta más económico y gestionables lanzar 3 Falcon 9 que incluso un futuro Falcon Heavy con la cofia ampliada y cargado hasta arriba de Starlink.
      ***
      Con respecto a los 200 Raptor… ninguno realmente ha volado (como dios manda).
      ***
      No me creo que vayan a lanzar con el B7. En mi opinión, es sólo para pruebas en tierra.

      1. SpX ha construido 200 segundas etapas, pero la numeración de los boosters aún no ha llegado a 80. Maravillas de la reutilización.

        El primer booster Block 5 fue el B1046. Desde entonces los Falcon sólo han usado unos 26 boosters, 16 de los cuales siguen activos, para unos 130 lanzamientos.

        Después del lanzamiento del Falcon Heavy en que se desechó el core central, el total de etapas Block 5 desechadas o perdidas asciende a 10.

        https://twitter.com/SpaceNosey/status/1588093778442739714?s=20&t=yoacTRhNyvaHclwjd78EBg

      1. Erick fue a por lana y salió trasquilado.

        Quiso demostrar que SpX necesita una etapa superior hidolox por su superior rendimiento y se demostró lo contrario: la decisión de SpX es la correcta.

        El sueño de Erick es demostrar que Jeff/Blue tiene razón en algo y que Elon/SpX está equivocado en ese mismo algo (sea lo que sea ese algo). ☺

        – Respecto al B8, todo se explica en este hilo tan realista:

        https://foro.sondasespaciales.com/index.php?topic=10467.0

        1. Ayyyy Martínez, como se nota que estas que ardes últimamente, ahora un hilo para generar debate es salir trasquilado…

          Trasquilado han salido los de la banderita en cierta zona norte de la peninsula…, y el Barca de Europa…

          Y Trasquilado esta Musk, que NADIE salvo niños pequeños se creen sus mentiras…

          https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2022-11-04/elon-musk-hyperloop_3517866/

          En fin sigue soñando con Optimus en Marte y cuevas de Boring Co para Marcianicos, que antes se vuelve selva el Sahara…

          1. Otra «hit piece» prefabricada contra Elon, una de esas que tanto gustan a Erick.

            1- Elon no es perfecto o infalible.

            2- Resulta cómico culpar a Elon de los fracasos de empresas ajenas como Virgin Hyperloop o una empresa de Dubai. ¿En serio?

            3- El autor padece el mismo Síndrome de Odio Insuperable hacia Elon Musk que tú. Incluso parece molestarle que Boring Co intente innovar con su propio dinero.

            El subtítulo ya lo dice todo. Deja clara la intención manipuladora del artículo:

            «En vez de plantear fantasías con poco fundamento técnico o financiero, Musk quizás debería haberse saltado el Hyperloop para sólo dedicarse a construir aparcamientos, lanzar cohetes y escribir tuits»

            O sea, el autor no puede negar todos los logros de Elon (aunque se nota que le gustaría 😂), así que sólo menciona los cohetes y de pasada, y lo pone entre «aparcamientos y escribir tuits», para desmerecer ese logro (Elon ha revolucionado la cohetería. Hace mucho más que «lanzar cohetes», sólo hay que mirar en Starbase).
            Tampoco menciona que ha revolucionado el sector de la automoción las baterías con sus coches eléctricos, ni otros logros de Elon como la mayor red satelital del planeta.
            Tampoco menciona los nuevos camiones eléctricos de Tesla: https://www.tesla.com/semi

            ¿Y por qué no los menciona?
            No los menciona porque podría parecer que Elon cumple sus promesas, y eso es lo contrario de lo que el autor pretende demostrar 😜.

            En resumen, una auténtica basura que sólo un hater de Elon como Erick puede leer con la cara seria.

            *****

            Ha ha, fijaos en este mensaje de error 404 de la web de Tesla:

            tesla.com/es_ES/semi

          2. Curiosamente, hoy es el día en que Boring Co anuncia nuevos tests.

            «Full-scale Hyperloop Testing has begun»

            https://twitter.com/boringcompany/status/1588685426088628225?s=20&t=Qjy_zxnJvAa4yrGjg6eOlQ

            Por cierto, Erick, me he dado cuenta de un detalle:
            – The Boring Company tiene 936.000 seguidores en Twitter.
            – Blue Origin tiene 585.000.

            The Boring Company, una compañía cuyo nombre significa La Compañía Aburrida (un juego de palabras del chistoso Elon: boring significa «Perforadora» como nombre y «Aburrido» como adjetivo) tiene muchos más seguidores que Blue Origin.
            ¿Por qué? Porque Boring Co es menos aburrida que Blue Origin. 😴

            Además, el lema de Boring Co en Twitter es «Beat the snail» (Vence al caracol). El caracol sería una metáfora de la tortuga de Blue: «Beat the turtle».

            – Incluso NeuraLink tiene 741.000 seguidores.

          3. DISCLAIMER: No soy seguidor en Twitter de Boring Co, NeuraLink o Tesla.

            [Aunque me estoy planteando darles el «Sí, quiero»]

          4. Lo del caracol es literal, quieren conseguir velocidades de caracol, que en el mundo de las tuneladoras es como un orden de magnitud más rápido.
            Usan un caracol de bob esponja de referencia.

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