La NASA lanza Capstone, el satélite cúbico de 55 libras en la Luna

26 de junio de 2022: El domingo, la NASA anunció al menos un día de retraso en el lanzamiento de CAPSTONE para permitir más tiempo para las verificaciones finales de los sistemas. El artículo ha sido actualizado.

En los próximos años, la NASA estará ocupada en la luna.

Un cohete gigante encabeza una cápsula sin astronautas alrededor de la luna y de regreso, posiblemente antes de que finalice el verano. Un desfile de módulos de aterrizaje robóticos lanzará experimentos en la luna para recopilar una gran cantidad de datos científicos, en particular sobre el hielo de agua atrapado en las regiones polares. Dentro de unos años, los astronautas volverán allí, más de medio siglo después del último alunizaje del Apolo.

Todos estos son parte del Programa Lunar del Siglo XXI de la NASA que lleva el nombre de Artemisa, quien en la mitología griega era la hermana gemela de Apolo.

Una vez esta semana, se lanzará una nave espacial llamada CAPSTONE como la primera pieza de Artemisa que se dirige a la luna. En comparación con lo que sigue, es modesto en tamaño y alcance.

No habrá astronautas a bordo de CAPSTONE. La nave espacial es muy pequeña, aproximadamente del tamaño de un horno de microondas. Esta sonda robótica no aterrizará en la luna.

Pero difiere en muchos aspectos de cualquier misión lunar anterior. Podría servir como modelo para las asociaciones público-privadas que la NASA pueda emprender en el futuro para tener un mejor impacto en sus vuelos interplanetarios.

“La NASA ha estado en la luna antes, pero no estoy seguro de que haya sido así”, dijo Bradley Cheetham, director ejecutivo y presidente de Advanced Space, la compañía que dirige la misión de la NASA.

El lanzamiento estaba programado para el lunes, pero el domingo, el lanzamiento se retrasó al menos un día para dar a Rocket Lab, Empresa estadounidense y neozelandesa Eso ahorra el vuelo de CAPSTONE a la órbita y más tiempo para las verificaciones finales del sistema.

“Los equipos están evaluando el clima y otros factores para determinar cuándo será el próximo intento de lanzamiento”, dijo la NASA. en una entrada de blog. “La próxima oportunidad de lanzamiento durante el período actual es el 28 de junio”.

El nombre completo de la misión es Cislunar Autonomous GPS Technology Operations and Navigation Experience. Servirá como un explorador de la órbita lunar donde eventualmente se construirá una estación espacial tripulada como parte de Artemis. Este puesto de avanzada, llamado Gateway, servirá como una estación de carretera donde las futuras tripulaciones se detendrán antes de continuar hacia la superficie lunar.

CAPSTONE es inusual para la NASA en muchos sentidos. Por ejemplo, está ubicado en una plataforma de lanzamiento no en Florida sino en Nueva Zelanda. En segundo lugar, la NASA no diseñó ni construyó CAPSTONE, ni lo operará. La agencia ni siquiera es propietaria. CAPSTONE pertenece a Advanced Space, una empresa con 45 empleados en los suburbios de Denver.

La nave espacial está tomando un camino lento pero eficiente hacia la luna. Hay oportunidades de lanzamiento diarias hasta el 27 de julio. Si la nave espacial ha despegado de la Tierra para entonces, no importa qué día despegue, alcanzará la órbita alrededor de la Luna el mismo día: 13 de noviembre.

La misión CAPSTONE continúa los esfuerzos de la NASA para colaborar de nuevas formas con empresas privadas con la esperanza de obtener más rápidamente capacidades adicionales a un costo menor.

“Es otra forma de que la NASA descubra lo que necesita y reduzca el costo”, dijo Bill Nelson, administrador de la NASA.

El costo del contrato de Advance Space con la NASA para CAPSTONE, firmado en 2019, es de $20 millones. El viaje de CAPSTONE al espacio también es pequeño y económico: poco menos de $10 millones para lanzar Rocket Lab.

“Serán menos de 30 millones de dólares en menos de tres años”, dijo Christopher Baker, director ejecutivo del Programa de Tecnología de Naves Espaciales Pequeñas de la NASA. “Relativamente rápido y relativamente bajo costo”.

Hasta que Bereshit, un esfuerzo mínimo de una organización israelí sin fines de lucro para aterrizar en la luna En 2019, a un costo de $100 millones.

“Veo esto como una guía sobre cómo podemos ayudar a facilitar las misiones comerciales más allá de la Tierra”, dijo el Sr. Baker.

El Dr. Cheetham dijo que la misión principal de CAPSTONE es durar seis meses, con la posibilidad de un año adicional.

Los datos recopilados ayudarán a los planificadores del puesto lunar conocido como Gateway.

Cuando el presidente Donald J.

Esto llevó a la NASA a hacer de una estación espacial alrededor de la luna una parte esencial de cómo los astronautas llegan a la superficie lunar. Una ubicación tan gradual les facilitaría llegar a diferentes partes de la luna.

Gateway no utilizará la primera misión de aterrizaje de Artemis, que actualmente está programada para 2025, pero probablemente se retrasará. Pero las misiones posteriores lo harán.

La NASA ha determinado que el mejor lugar para colocar este puesto de avanzada sería en lo que se conoce como la órbita semi-recta de Halo.

Las órbitas de la corona son aquellas que se ven afectadas por la gravedad de dos objetos, en este caso, la Tierra y la Luna. El impacto de los dos cuerpos ayuda a que la órbita sea muy estable, reduciendo la cantidad de combustible necesaria para mantener la nave espacial en órbita alrededor de la luna.

Las interacciones gravitacionales también mantienen la órbita en un ángulo de aproximadamente 90 grados cuando se observa la línea de visión desde la Tierra. (Esta es la parte semirrecta del nombre). Por lo tanto, una nave espacial en esta órbita nunca pasa detrás de la Luna, donde se cortarán las comunicaciones.

La órbita que recorrerá la puerta se encuentra a unas 2.200 millas del polo norte de la luna y orbita 44.000 millas a medida que pasa sobre el polo sur. Un viaje alrededor de la luna tomaría alrededor de una semana.

En términos de matemáticas básicas, las trayectorias exóticas, como la órbita de un halo cerca de la línea recta, son bien conocidas. Pero esta es también una órbita que ninguna nave espacial ha recorrido antes.

Por lo tanto, CAPSTONE.

“Creemos que tenemos características muy distintas”, dijo Dan Hartmann, director del programa en Gateway. “Pero con el conjunto de carga útil de CAPSTONE, podemos ayudar a validar nuestros modelos”.

En la práctica, sin satélites GPS alrededor de la luna para un posicionamiento preciso, puede ser necesario un poco de prueba y error para descubrir la mejor manera de mantener la nave espacial en la órbita deseada.

“La mayor incertidumbre es saber dónde estás realmente”, dijo el Dr. Cheetham. “Nunca sabes realmente dónde estás en el espacio. Por lo tanto, siempre tienes una apreciación de dónde está con cierta incertidumbre a su alrededor”.

Al igual que otras misiones de la NASA, CAPSTONE triangulará su estimación de posición utilizando Señales de la Red de Espacio Profundo de la NASA de las antenas parabólicas de radio y luego, si es necesario, se impulsa hacia la órbita deseada después de pasar el punto más alejado de la Luna.

CAPSTONE también probará una forma alternativa de encontrar su ubicación. Es poco probable que alguien dedique tiempo y dinero a construir una red GPS alrededor de la Luna. Pero hay otras naves espaciales, incluyendo Orbitador de reconocimiento lunar de la NASA, orbitando la Luna, y con más probabilidades de llegar en los próximos años. Al comunicarse entre sí, una flota de naves espaciales en órbitas dispares puede, en esencia, crear un sistema de posicionamiento global (GPS) personalizado.

Advanced Space ha estado desarrollando esta tecnología durante más de siete años, y ahora probará el concepto con CAPSTONE para enviar señales de ida y vuelta utilizando el Lunar Reconnaissance Orbiter. “Podremos localizar ambas naves espaciales con el tiempo”, dijo el Dr. Cheetham.

Cuando comencé a desarrollar CAPSTONE, Advanced Space también decidió agregar un reloj atómico a escala de chip de computadora a la nave espacial y comparar ese tiempo con el que se transmite desde la Tierra. Estos datos también pueden ayudar a determinar la ubicación de la nave espacial.

Dado que Advanced Space es propietaria de CAPSTONE, tenía la flexibilidad de realizar este cambio sin permiso de la NASA. Y aunque la agencia aún colabora estrechamente en tales proyectos, esta flexibilidad podría ser de gran ayuda tanto para las empresas privadas como Advanced Space y la NASA.

“Debido a que teníamos un contrato comercial con nuestros proveedores, cuando necesitábamos cambiar algo, no era necesario pasar por una auditoría importante de los funcionarios de contratación del gobierno”, dijo el Dr. Cheetham. “Ayudó desde una perspectiva de velocidad”.

La otra cara de la moneda es que debido a que Advanced Space había negociado una tarifa fija para la misión, la empresa no pudo acudir a la NASA para solicitar fondos adicionales (a pesar de que recibió pagos adicionales debido a retrasos en la cadena de suministro debido a la pandemia de Covid-19). Los contratos más tradicionales de la NASA conocidos como “recargo de costos” pagan a las empresas por lo que gastan y luego agregan tarifas, recibidas como ganancias, además de eso, lo que les brinda pocos incentivos para mantener los costos bajo control.

“Tal como resultaron las cosas, tuvimos que descubrir cómo manejarlo de manera muy eficiente”, dijo el Dr. Cheetham.

Esto es similar a la exitosa estrategia de la NASA de usar contratos de precio fijo con la compañía SpaceX de Elon Musk, que ahora transporta carga y astronautas hacia y desde la Estación Espacial Internacional a un costo mucho más bajo que los transbordadores espaciales anteriores de la agencia. Para SpaceX, las inversiones de la NASA le han permitido atraer a clientes que no pertenecen a la NASA interesados ​​en lanzar cargas útiles y astronautas privados en órbita.

Hasta CAPSTONE, el trabajo de Advanced Space era principalmente teórico, analizando órbitas y escribiendo programas para GPS personalizados, en lugar de construir y operar naves espaciales.

La compañía aún no está en el negocio de construir naves espaciales. “Compramos la nave espacial”, dijo el Dr. Cheatham. “Le digo a la gente que las únicas máquinas que construimos aquí en Advanced son Legos. Tenemos una enorme colección de Legos”.

En las últimas dos décadas, Los pequeños satélites conocidos como CubeSats han proliferado, permitiendo que más empresas construyan rápidamente naves espaciales basadas en un diseño estandarizado con cada cubo midiendo 10 centímetros o cuatro pulgadas. CAPSTONE se encuentra entre los más grandes, con un volumen de 12 cubos, pero Advanced Space pudo comprarlo, en términos generales, de Tyvak Nano-Satellite Systems en Irvine, California.

Esto todavía requiere mucha resolución de problemas. por ejemplo, La mayoría de CubeSats En órbita terrestre baja, a unos cientos de millas sobre la superficie. La luna está a casi un cuarto de millón de millas de distancia.

“Nadie ha volado nunca con cupsat en la luna”, dijo el Dr. Cheetham. “Así que tiene sentido que nadie haya construido radios para volar CubeSats a la luna. Y tuvimos que sumergirnos realmente en muchos de estos detalles e involucrarnos con un grupo de personas diferentes para obtener los sistemas que podrían funcionar”.

El Sr. Hartmann, director del Programa Gateway, está entusiasmado con CAPSTONE pero dice que no es necesario seguir adelante con la avanzada lunar. La NASA ya ha otorgado contratos para construir las dos primeras unidades Gateway. ESA también contribuye a dos unidades.

“¿Podemos volar sin él?” El Sr. Hartmann dijo sobre CAPSTONE. “Sí. ¿Es obligatorio? No”.

Pero agregó: “Cada vez que puede reducir las barras de error en sus modelos siempre es algo bueno”.

El Dr. Cheetham está considerando lo que podría venir a continuación, tal vez más misiones a la Luna, ya sea para la NASA u otros socios comerciales. También piensa más allá de eso.

“Estoy muy fascinado por la idea de cómo podemos hacer algo similar a Marte”, dijo. “Personalmente, también estoy muy interesado en Venus. Creo que no está recibiendo suficiente atención”.