Rocket Lab primera empresa privada en orbitar la Luna con CAPSTONE

El cohete lunar Artemis de la NASA dentro del edificio de ensamblaje de vehículos del Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral, Florida, en noviembre. Créditos: .Joe Skipper/Reuters

2022 está lleno de primeros pasos hacia el espacio Cislunar. La mayoría de esas misiones giran en torno a Artemis, el esfuerzo multimillonario de la NASA para llevar a los astronautas a la Luna más adelante en la década y llevar a cabo misiones científicas de rutina en su superficie en preparación para futuros viajes a Marte (un esfuerzo mucho más ambicioso que probablemente no sucederá en este década). Pero antes de que los astronautas hagan el viaje a la luna, será necesario completar una serie de pruebas de cohetes y misiones científicas sin humanos.

Prueba de una órbita lunar compleja

Impresión de un artista de la misión CAPSTONE. Crédito…NASA/Laboratorio de cohetes/Espacio avanzado/Sistemas de nanosatélites Tyvak

Tan solo un pequeño puñado de organizaciones han llegado a la Luna a día de hoy, y todas son gubernamentales: Estados Unidos, Rusia, Japón, China, Europa e incluso la India han enviado aparatos a nuestro satélite natural. Pero hasta ahora, ninguna empresa privada lo ha hecho, ni siquiera SpaceX.

Rocket Lab, que construye cohetes para lanzamientos pequeños, está listo para enviar un satélite del tamaño de un microondas, o CubeSat, para la NASA llamado CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) desde el sitio de lanzamiento de la compañía en Nueva Zelanda durante el mes de mayo.

El satélite estudiará una órbita alrededor de la luna en la que residirá una futura estación espacial llamada Gateway, que está siendo desarrollada por la NASA y otras agencias espaciales, en algún momento de la próxima década.

CAPSTONE también probará una nueva tecnología de navegación diseñada para calcular la posición de una nave espacial en relación con otras naves espaciales. Tradicionalmente, los satélites utilizan cámaras a bordo para determinar su paradero en relación con las formaciones estelares o la posición aparente del sol. En cambio, CAPSTONE intentará determinar su posición en el espacio comunicándose con el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, un satélite de imágenes lanzado en 2009.

Rocket Lab: Misión a la Luna

En mayo de 2022, Rocket Lab lanzará un CubeSat a la Luna. Esta histórica misión pionera apoya el programa Artemis de la NASA, que llevará a la primera mujer y la primera persona de color a la Luna.

Usando el cohete Electron y la nueva etapa superior Lunar Photon, Rocket Lab inyectará el CubeSat del CAPSTONE a una órbita de transferencia altamente eficiente a la Luna. CAPSTONE es propiedad y está operado por Advanced Space de Colorado (empresa adquirida por Rocket Lab en 2021), para la NASA.

El objetivo principal de CAPSTONE es probar y verificar la estabilidad orbital calculada de una órbita de halo casi rectilínea alrededor de la Luna, la misma órbita planificada para Gateway. Gateway de la NASA es una pequeña estación espacial que orbitará alrededor de la Luna para proporcionar a los astronautas acceso a la superficie lunar. Contará con viviendas para los astronautas, un laboratorio de ciencia e investigación y puertos para las naves espaciales visitantes. CAPSTONE también probará un sistema de navegación desarrollado por Advanced Space que medirá su posición absoluta en el espacio cislunar mediante la interacción con el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA sin depender de estaciones terrestres para el soporte de navegación.

CAPSTONE es uno de los primeros pasos para aprender cómo operar misiones más robustas en esta órbita única, sentando así las bases para la futura exploración de nuestro sistema solar.

Cómo estamos llegando allí

El cohete Electron

As The Crow Flies. Photo Credit Sam Toms and Simon Moffatt

En mayo de 2022 en un Rocket Lab Electron, se espera que CAPSTONE sea la primera nave espacial pequeña cislunar. Después de varios días de colocarse en posición en la órbita terrestre baja (LEO), la nave espacial CAPSTONE se separará de la etapa superior del vehículo de lanzamiento y comenzará su viaje a la Luna. Esta será la primera misión de Electron más allá de LEO y la nave espacial CAPSTONE será la única carga útil lanzada en este vuelo.  La precisión de la inyección es un comienzo fundamental para la siguiente fase de la misión.

La nave espacial: Luna Photon

Una vez que Electron alcanza la órbita terrestre baja, nuestra etapa superior Lunar Photon toma las riendas para llevar la nave espacial CAPSTONE a su órbita de transferencia balística altamente eficiente a la Luna. 

Lunar Photon, con CAPSTONE de Advanced Space adjunto, orbitará la Tierra en órbitas de fase elíptica durante nueve días para aumentar la velocidad de una Inyección Trans Lunar (TLI) para desplegar CAPSTONE en el espacio profundo, órbita de transferencia de baja energía a la vecindad de la Luna.

La carga útil (the Paypload)

CAPSTONE será el primer satélite en operar en una órbita de halo casi rectilínea alrededor de la Luna. CAPSTONE tiene como objetivo reducir el riesgo y validar conceptos operativos para futuras misiones que utilicen la misma órbita lunar. 

En esta órbita, CAPSTONE orbitará junto con la Luna mientras orbita la Tierra y pasará tan cerca como 1600 km y tan lejos como 70 000 km de la superficie lunar.

Aproximadamente del tamaño de un horno de microondas, este satélite de 25 kg tiene un sistema de comunicaciones a bordo capaz de determinar qué tan lejos está CAPSTONE del Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA y qué tan rápido está cambiando la distancia entre las dos naves espaciales.

Esta información entre naves espaciales se utilizará para demostrar el software para navegación autónoma, CAPS, que, cuando se demuestre por completo, permitirá que futuras misiones determinen su ubicación sin tener que depender exclusivamente del seguimiento desde la Tierra.

Transferencia lunar

Tal como explican desde Advanced Space/Rocket Lab la transferencia comienza con 72 horas críticas en las que la nave espacial se encenderá, arrancará, obtendrá una solución de navegación y ejecutará su primera maniobra. Este comienzo de la transferencia es muy importante, desde este comienzo clave, la transferencia a la Luna aprovechará una trayectoria altamente eficiente que utiliza la gravedad solar para llegar a la Luna y requiere muy poco combustible. La transferencia se llama Transferencia Balística Lunar, desde la inyección por el vehículo de lanzamiento viajará a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Durante la transferencia, la nave espacial tomará imágenes usando la cámara a bordo y ejecutará varias maniobras para corregir errores y apuntar a una inserción orbital precisa en la Luna. Este enfoque ha sido utilizado por naves espaciales en el pasado y es probable que lo utilicen muchas misiones en el futuro. Rocket Lab se especializa en estos diseños y operaciones de órbitas altamente dinámicas que han permitido a CAPSTONE y también respaldarán programas futuros.

NRHO o Near-rectilinear halo orbit

La órbita objetivo en la Luna para CAPSTONE es una órbita de halo casi rectilínea (NRHO). Entrar en esta órbita requerirá una maniobra crítica de la nave espacial. Una maniobra crítica significa que debe ejecutarse para alcanzar la órbita lunar y hay muy poco margen de error. El mismo NRHO es el destino planificado para el futuro puesto de avanzada en órbita lunar de la NASA conocido como Gateway. Esta órbita única tiene muchos atributos beneficiosos para respaldar arquitecturas sostenibles para explorar, desarrollar y asentarse en la Luna. Los NRHO son solo marginalmente estables, por lo que CAPSTONE realizará una pequeña maniobra de mantenimiento de la estación aproximadamente una vez por semana. Mientras se encontraba en esta órbita, la nave espacial CAPSTONE y el equipo de Rocket Lab demostrará el rendimiento operativo y confirmará las simulaciones para respaldar la planificación de futuras misiones de la NASA.

Software de vuelo para facilitar el espacio cislunar

Demostrar tecnologías habilitadoras para la futura exploración y desarrollo cislunar es un objetivo principal para la misión CAPSTONE. A lo largo de la misión, la nave espacial demostrará capacidades fundamentales para nuevas tecnologías. Específicamente, la misión madurará el software de vuelo para el Sistema de Posicionamiento Autónomo Cislunar (CAPS). La misión también trabajará en estrecha colaboración con el equipo de operaciones del Orbitador de Reconocimiento Lunar (LRO) de la NASA  para demostrar un entrecruzamiento primero en su tipo. Esta demostración de enlace cruzado hará que CAPSTONE envíe una señal de rango a LRO y que LRO la devuelva a CAPSTONE, donde se convertirá en una medición radiométrica y se utilizará en el software CAPS a bordo para estimar el estado de ambas naves espaciales. Este enfoque de navegación será la clave para el futuro de las operaciones cislunares, donde muchas más naves espaciales estarán operando en la Luna.

Un primer paso para construir el futuro

El futuro de la humanidad está en las estrellas, y aunque ninguno de nosotros puede comenzar a adivinar cómo será ese futuro al final, podemos comenzar a colocar las piezas que lo permitirán. La versatilidad de la demostración de CAPSTONE ofrece una variedad de caminos para avanzar en nuestra exploración de la Luna y más allá. El filósofo Lao-Tse decía que “Un viaje de mil millas comienza con un primer paso”. Sin duda éste será un primer paso en la construcción de la economía cislunar.

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