Repostar Combustible En La Luna Puede Ser La Mejor Opción Para Una Misión Piloto A Marte

Repostar combustible en la Luna es la mejor opción para una misión exitosa a Marte

Nueva investigación de MIT muestra que detenerse en la luna puede ser la mejor opción para que una misión pilotada Marte , revelando que repostar en la Luna podría agilizar la carga en un 68 por ciento.

Es posible que el lanzamiento de humanos a Marte no requiera un tanque lleno de gasolina: un nuevo estudio del MIT sugiere que una misión marciana puede aligerar considerablemente su carga de lanzamiento al reabastecerse de combustible en la luna.

Estudios anteriores han sugerido que el suelo lunar y el hielo de agua en ciertos cráteres de la luna pueden extraerse y convertirse en combustible. Suponiendo que tales tecnologías se establezcan en el momento de una misión a Marte, el grupo del MIT ha descubierto que tomar un desvío a la luna para repostar reduciría la masa de una misión en el lanzamiento en un 68%.

El grupo desarrolló un modelo para determinar la mejor ruta a Marte, asumiendo la disponibilidad de recursos e infraestructura generadora de combustible en la Luna. Basándose en sus cálculos, determinaron la ruta óptima a Marte, a fin de minimizar la masa que tendría que ser lanzada desde la Tierra, a menudo un importante factor de costos en las misiones de exploración espacial.

Descubrieron que la ruta más eficiente en masa implica lanzar una tripulación desde la Tierra con el combustible suficiente para entrar en órbita alrededor de la Tierra. Una planta productora de combustible en la superficie de la luna lanzaría camiones cisterna de combustible al espacio, donde entrarían en órbita gravitacional. Los petroleros eventualmente serían recogidos por la tripulación con destino a Marte, que luego se dirigiría a una estación de servicio cercana para cargar combustible antes de dirigirse finalmente a Marte.

Olivier de Weck, profesor de aeronáutica y astronáutica y de sistemas de ingeniería en el MIT, dice que el plan se desvía de NASA Es la ruta de “transporte” más directa.

“Esto va completamente en contra de la sabiduría común establecida de cómo ir a Marte, que es un tiro directo a Marte, llévalo todo contigo”, dice de Weck. “La idea de tomar un desvío hacia el sistema lunar … es muy poco intuitiva. Pero desde una red óptima y una visión general, esto podría ser muy asequible a largo plazo, porque no tiene que enviar todo desde la Tierra “.

Los resultados, que se basan en la tesis doctoral de Takuto Ishimatsu, ahora un postdoctorado en el MIT, se publican en el Journal of Spacecraft and Rockets.

Una estrategia lejana

En el pasado, los programas de exploración espacial han adoptado dos estrategias principales para suministrar recursos a las tripulaciones de las misiones: un enfoque de transporte, en el que todos los vehículos y recursos viajan con la tripulación en todo momento, como en las misiones Apolo a la luna, y un ” estrategia de reabastecimiento ”, en la que los recursos se reponen con regularidad, como mediante vuelos espaciales a la Estación Espacial Internacional.

Sin embargo, a medida que los humanos exploran más allá de la órbita de la Tierra, tales estrategias pueden no ser sostenibles, como escriben de Weck e Ishimatsu: “Como los presupuestos son limitados y los destinos están lejos de casa, una estrategia logística bien planificada se vuelve imperativa”.

El equipo propone que las misiones a Marte y otros destinos distantes pueden beneficiarse de una estrategia de suministro que depende de la “utilización de recursos in situ”: la idea de que los recursos como el combustible y las provisiones como el agua y el oxígeno se pueden producir y recolectar a lo largo de la ruta de la exploración espacial. Los materiales producidos en el espacio reemplazarían a los que de otro modo serían transportados desde la Tierra.

Por ejemplo, se ha encontrado hielo de agua, que potencialmente podría extraerse y procesarse en combustible para cohetes, tanto en Marte como en la Luna.

“Existe un alto grado de confianza en que estos recursos están disponibles”, dice de Weck. “Suponiendo que pueda extraer estos recursos, ¿qué hace con ellos? Casi nadie ha mirado esa pregunta “.

Construyendo una red en el espacio

Para ver si los recursos de combustible y la infraestructura en el espacio beneficiarían a las misiones tripuladas a Marte, Ishimatsu desarrolló un modelo de flujo de red para explorar varias rutas a Marte, que van desde un vuelo directo de transporte hasta una serie de paradas en boxes para reabastecimiento de combustible en el camino. El objetivo del modelo era minimizar la masa que se lanzaría desde la Tierra, incluso cuando se incluye la masa de una planta productora de combustible, y los repuestos que necesitarían ser desplegados previamente.

El enfoque modela el movimiento de carga y productos básicos, como el combustible, en una red de cadena de suministro en el espacio. Ishimatsu desarrolló un nuevo modelo matemático que mejora un modelo convencional para enrutar vehículos. Adaptó el modelo para el escenario más complejo de misiones a largo plazo en el espacio, teniendo en cuenta las limitaciones específicas de los viajes espaciales.

El modelo asume un escenario futuro en el que el combustible se puede procesar y transportar desde la luna hasta los puntos de encuentro en el espacio. Del mismo modo, el modelo asume que los depósitos de combustible se pueden ubicar en ciertos lugares del espacio ligados gravitacionalmente, llamados puntos de Lagrange. Dado un objetivo de misión, como un conjunto de restricciones de peso, el modelo identifica la mejor ruta en la red de suministro, al tiempo que satisface las restricciones de la física básica.

Ishimatsu dice que la investigación demuestra la importancia de establecer una infraestructura de producción de recursos en el espacio. Él enfatiza que dicha infraestructura puede no ser necesaria para un primer viaje a Marte. Pero una red de recursos en el espacio permitiría a los humanos realizar el viaje repetidamente de manera sostenible.

“Nuestro objetivo final es colonizar Marte y establecer allí una presencia humana permanente y autosostenible”, dice Ishimatsu. “Sin embargo, lo que es igualmente importante, creo que tenemos que ‘pavimentar un camino’ en el espacio para que podamos viajar entre los cuerpos planetarios de una manera asequible”.

“La optimización sugiere que la luna podría desempeñar un papel importante para llevarnos a Marte de manera repetida y sostenible”, agrega de Weck. “La gente ha insinuado eso antes, pero creemos que este es el primer artículo definitivo que muestra matemáticamente por qué esa es la respuesta correcta”.

William Gerstenmaier, administrador asociado de exploración humana y operaciones en la NASA, dice que comprender qué recursos pueden estar disponibles, tanto en el camino a Marte como una vez allí, es “esencial para la presencia humana sostenible más allá de la órbita terrestre baja”.

“El documento muestra claramente que aprovechar el agua y otros recursos valiosos en el espacio reducirá el costo de la exploración humana del sistema solar”, dice Gerstenmaier, que no participó en la investigación. “La NASA había planeado previamente utilizar los recursos de Marte para reducir las necesidades de propulsores en Marte. Este estudio, junto con otros, está mostrando las ventajas potenciales de utilizar también los recursos lunares “.

Copia en PDF del documento : Un modelo generalizado de flujo de red de múltiples productos básicos para la logística de exploración espacial (AIAA 2013-5414)

Ilustración: Christine Daniloff / MIT

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