Minería en la Luna para obtener el combustible que nos lleve a Marte

Por: Gary Li, Danielle Delatte, Jerome Gilleron, Samuel Wald, y Therese Jones.

Entre la tierra y la luna: Representación artística de un depósito de reabastecimiento para la exploración del espacio profundo. Crédito: Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

Cuarenta y cinco años han pasado desde que los humanos pusieron los pies en un cuerpo extraterrestre. Ahora, la Luna está de vuelta en el centro de los esfuerzos no sólo para explorar el espacio, sino para crear una sociedad espacial permanente e independiente.

La planificación de las expediciones al vecino celestial más cercano de la Tierra ya no es sólo un esfuerzo de la NASA, aunque la agencia espacial estadounidense tiene planes para una estación espacial en órbita lunar que serviría de escenario para las misiones de Marte a principios de la década de 2030. La United Launch Alliance, una empresa conjunta entre Lockheed Martin y Boeing, está planeando una estación de abastecimiento lunar de naves espaciales, capaz de sostener a 1.000 personas que vivan en el espacio dentro de 30 años.

Los multimillonarios Elon Musk, Jeff Bezos y Robert Bigelow tienen compañías que buscan llevar personas o maquinaria a la luna. Varios equipos que compiten por una parte del premio en efectivo de US $ 30 millones de Google planean lanzar rovers a la Luna.

Los autores y otros 27 estudiantes de todo el mundo participaron recientemente en el Caltech Space Challenge 2017, proponiendo diseños de una estación lunar de lanzamiento y suministro para misiones en el espacio profundo, y cómo funcionaría.

Las materias primas para el combustible de cohetes

En este momento todas las misiones espaciales se basan en, y se lanzan desde, la Tierra. Pero la fuerza gravitatoria de la Tierra es fuerte. Para entrar en órbita, un cohete tiene que estar viajando 11 kilómetros por segundo – ¡25.000 millas por hora!

Cualquier cohete que salga de la Tierra tiene que llevar todo el combustible que alguna vez utilizará para llegar a su destino y, si es necesario, para volver. Ese combustible es pesado – y conseguir que se mueva a velocidades tan altas requiere mucha energía. Si pudiéramos reabastecer en órbita, esa energía de lanzamiento podría elevar más gente o carga o equipo científico en órbita. Entonces la nave espacial podría reabastecerse en el espacio, donde la gravedad de la Tierra es menos potente.

Operaciones mineras en la luna, representación artística. Crédito: Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

La Luna tiene una sexta parte de la gravedad de la Tierra, lo que la convierte en una base alternativa atractiva. La luna también tiene hielo, que ya sabemos cómo procesar en un propulsor de hidrógeno-oxígeno que usamos en muchos cohetes modernos.

Explorando la Luna

El Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA y el Lunar Crater and Observation and Sensing Satellite ya han encontrado cantidades sustanciales de hielo en cráteres permanentemente en sombras de la Luna. La minería en esos lugares sería difícil porque son más fríos y no ofrecen la luz del sol a los vehículos móviles. Sin embargo, se podrían instalar grandes espejos en los bordes de los cráteres para iluminar los paneles solares en las regiones permanentemente sombreadas.

Los pilotos de la competencia Lunar X del Premio de Google y el prospecto de recursos lunares de la NASA, que se lanzará en 2020, también contribuirían a encontrar buenos lugares para la minería del hielo.

Imaginando una base lunar

Dependiendo de donde estén las mejores reservas de hielo, podríamos necesitar construir varias pequeñas bases lunares robotizadas. Cada una excavaría el hielo, fabricaría el propelente líquido y lo transferiría a la nave espacial de paso. Nuestro equipo desarrolló planes para realizar esas tareas con tres tipos diferentes de rovers. Nuestros planes también requieren unos pequeños autobuses robóticos para reunirse con los vehículos cercanos de misión espacial en la órbita lunar.

Representación artística de rovers lunares. Crédito: Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

Un rover, que llamamos el Prospector, exploraría la luna y encontraría lugares con hielo. Un segundo rover, el Constructor, lo seguiría detrás, construyendo una plataforma de lanzamiento y emplazando un camino para facilitar los movimientos para el tercer tipo del rover, los Miners, que recogerían el hielo y lo entregarían a los tanques de almacenaje cercanos y una planta de electrólisis dividiría el agua en hidrógeno y oxígeno.

El Constructor también construiría una plataforma de aterrizaje para la pequeña nave espacial de transporte a la Luna que llamamos Lunar Resupply Shuttles que llegaría para recolectar combustible para la entrega cuando la nave espacial recién lanzada pasara por la luna. Los transbordadores quemarían combustible hecho en la Luna y tendrían sistemas avanzados de dirección y de navegación para viajar entre las bases lunares y la nave espacial.

Una gasolinera en el espacio

Cuando se esté produciendo suficiente combustible y el sistema de entrega de la lanzadera se compruebe como confiable, nuestro plan requiere la construcción de una gasolinera en el espacio. Los transbordadores entregarían hielo directamente al depósito de combustible en órbita, donde sería transformado en combustible y donde los cohetes rumbo a Marte o en cualquier otro lugar podría atracar para recargar.

El depósito tendría grandes paneles solares que alimentarían un módulo de electrólisis para derretir el hielo y luego convertir el agua en combustible y grandes depósitos de combustible para almacenar lo que se hace. La NASA ya está trabajando en la mayoría de la tecnología necesaria para un depósito como este, incluyendo el acoplamiento y la transferencia de combustible. Anticipamos que un depósito de trabajo podría estar listo a principios de 2030, justo a tiempo para las primeras misiones tripuladas a Marte: Para ser más útil y eficiente, el depósito debe estar situado en una órbita estable relativamente cerca de la Tierra y la Luna. El punto de Lagrange 1 de la Tierra-Luna (L1) es un punto en el espacio alrededor del 85 por ciento del camino de la Tierra a la Luna, donde la fuerza de la gravedad de la Tierra equivaldría exactamente a la fuerza de la gravedad de la Luna tirando en la otra dirección. Es la parada perfecta para una nave espacial en su camino a Marte o los planetas exteriores.

Representación de un artista de un depósito de combustible para el reabastecimiento de misiones en el espacio profundo.

Nuestro equipo también encontró una manera eficiente de combustible para obtener la nave espacial desde la órbita terrestre hasta el depósito en L1, requiriendo aún menos combustible de lanzamiento y liberando más energía de elevación para los artículos de carga. Primero, la nave espacial y su carga podrían ser remolcadas desde la órbita terrestre baja hasta el depósito en L1 usando un remolcador de propulsión solar eléctrico, una nave espacial impulsada en gran parte por la energía solar. Esto nos permitiría triplicar la entrega de carga útil a Marte. En la actualidad, se calcula que una misión humana en Marte cuesta hasta US $ 100.000 millones y necesitará cientos de toneladas de carga. La entrega de más carga de la Tierra a Marte con menos lanzamientos de cohetes ahorraría miles de millones de dólares y años de tiempo.

 

Una base para la exploración espacial

Construir una gasolinera entre la Tierra y la Luna también reduciría los costos de las misiones más allá de Marte. La NASA está buscando vida extraterrestre en las lunas de Saturno y Júpiter. Las naves espaciales futuras podrían transportar mucho más carga si pudieran abastecerse de combustible – ¿quién sabe qué descubrimientos científicos podrían ser posibles enviando grandes vehículos de exploración a estas lunas? Al ayudarnos a escapar de la gravedad de la Tierra y la dependencia de sus recursos, una gasolinera lunar podría ser el primer pequeño paso hacia el salto gigante en hacer de la humanidad una civilización interplanetaria.
Traducción de:
https://phys.org/news/2017-05-moon-rocket-fuel-mars.html

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