El Observatorio Cuyano

El plan de ULA para mandar mil personas al espacio dentro de treinta años
La empresa ULA (United Launch Alliance) —hija de una iniciativa común entre Boeing y Lockheed Martin— se encarga de gestionar los lanzamientos de los cohetes Atlas V y Delta IV, por el momento, y con permiso de SpaceX, los más importantes de Estados Unidos en la actualidad. Pero la empresa también tiene, como no podía ser menos, grandiosos planes para viajar más allá de la órbita terrestre. A diferencia de la NASA u otras compañías, ULA ha decidido que el futuro de la exploración humana está en la Luna y sus cercanías. El plan, denominado Cislunar-1000 Vision, prevé que alrededor de 2045 haya trabajando en el espacio entre la Tierra y la Luna unas mil personas (!).
por Daniel Marín

Módulo lunar XEUS para llevar combustible de la Luna a la órbita baja (ULA).

En realidad Cislunar 1000 Vision no es más que la última iteración de varias propuestas muy parecidas que ULA ha presentado desde 2009 para organizar una arquitectura lunar alrededor de sus lanzadores EELV Atlas V y Delta IV. Ahora estos planes han sido cambiados ligeramente para incorporar al futuro cohete Vulcan que debe sustituir a ambos en la próxima década.

Etapas de introducción del cohete Vulcan de ULA y la etapa ACES (ULA).

El plan gira alrededor del punto de Lagrange L1 del sistema Tierra-Luna (EML1). Localizado cerca de nuestro satélite, en esta región el campo grvitatorio de la Tierra y la Luna se compensa. Lo interesante del caso es que viajar desde la órbita baja terrestre (LEO) al punto EML-1 requiere menos energía (Delta-V) que ir a la órbita geoestacionaria (3,77 km/s frente a 4,33 km/s). Por este motivo el punto EML1 juega un papel central en todas las arquitecturas lunares que se discuten hoy en día.

Energías requeridas para moverse en el espacio cislunar. Recuerda: la distancia no importa, solo la Delta-V (ULA).

Pero del mismo modo que resulta fácil viajar al punto EML1, también ocurre lo contrario. Y esto es precisamente lo que quiere aprovechar ULA para hacer realidad su visión. El truco consiste en utilizar el agua extraída de los depósitos de hielo que existen en los polos de la Luna para crear combustible —hidrógeno y oxígeno líquidos— que pueda ser usado en la órbita baja terrestre. O sea, ULA quiere extraer recursos lunares para usarlos cerca de la Tierra. Puede parecer contraintuitivo, pero recordemos, una vez más, que en el espacio todo depende de la energía necesaria para viajar de un lado a otro, no de la distancia. Y la energía requerida para vencer el pozo gravitatorio terrestre es descomunal (alcanzar LEO desde la superficie terrestre requiere una Delta-V de 9,53 km/s, mientras que viajar desde LEO hasta la superficie lunar ‘solo’ 6,29 km/s). Ahora bien, ¿cómo planea ULA usar los recursos lunares? El núcleo del plan es la etapa superior ACES (Advanced Cryogenic Evolved Stage) que debe emplear el futuro cohete Vulcan. ACES es una evolución más potente de la mítica etapa Centaur y tendrá cuatro motores RL10 (la Centaur usa uno o dos de estos motores).

Etapa ACES de ULA (ULA).

El plan sería el siguiente: el agua sería extraída en los polos lunares —ULA no entra en muchos detalles aquí, precisamente la parte más complicada del plan— y se transportará hasta el punto EML1 mediante un carguero XEUS, la versión lunar de ACES. XEUS es un módulo lunar que puede funcionar con tripulación o sin ella y llevaría hasta EML1 el hidrógeno y oxígeno. Una vez allí se acoplaría con una etapa ACES proveniente de LEO. XEUS regresaría a la Luna, mientras que la etapa ACES volvería a la órbita baja con el tanque de combustible (¿ayudado por aerocaptura?). Después de regresar, el tanque se utilizaría para aprovisionar de propergoles las etapas ACES de lanzamientos comerciales a GEO (donde está el dinero de la iniciativa privada) u a otros destinos.

Fases del plan de ULA para usar el hielo lunar como combustible en órbita baja (ULA).

El módulo lunar XEUS (eXperimental Enhanced Upper Stage) deriva de la propuesta de ULA para el módulo lunar Altair del Programa Constelación de la NASA durante la pasada década (de hecho, es idéntico al diseño del módulo lunar de 2009). Denominado en un principio también como DTAL (Dual Thrust Axis Lander) haciendo referencia a su capacidad para aterrizar en configuración ‘horizontal’, cuenta con cuatro motores criogénicos RL10.

Módulo lunar XEUS (ULA).

XEUS podría alcanzar la Luna con solo dos lanzamientos usando el combustible suministrado en órbita por una etapa ACES (ULA).

Etapa ACES reutilizable para lanzamientos comerciales a LEO o GEO con capacidad de recarga de combustible mediante otras etapas ACES (ULA).

El plan es interesante, aunque no hace falta insistir en las dificultades económicas y técnicas que entraña la extracción de recursos lunares (ISRU), especialmente teniendo en cuenta que nadie sabe cuál es la extensión exacta de los depósitos de hielo lunares o la dificultad real de su extracción (el hielo no forma yacimientos puros, sino que se encuentra mezclado con el regolito lunar). ULA ha calculado lo que costaría esta aventura, pero no voy a reproducirlas aquí porque realmente no me convencen demasiado (los interesados pueden consultarlas en las referencias más abajo). Con esta infraestructura en marcha, ULA cree que podría mantener a más de mil personas en el espacio cislunar —o sea, entre LEO, EML1 y la Luna— alrededor de 2045 (en esta arquitectura los satélites de energía solar para alimentar de electricidad a la Tierra juegan un papel fundamental).

La visión de ULA en todo su esplendor (ULA).

ACES y XEUS, los dos elementos de la arquitectura lunar de ULA (ULA).

Pero no hace falta ir a la Luna para encontrar problemas en los planes de ULA. La propia etapa ACES presenta varias dificultades técnicas que deben ser resueltas antes de que sea una realidad. Mantener las bajas temperaturas necesarias para almacenar el hidrógeno y oxígeno líquido no es un problema si quieres usar una etapa superior criogénica durante unas horas, que es lo habitual. Ahora bien, si nuestra intención es emplear la etapa durante días o semanas, como en el plan de ULA, la cosa cambia. En las últimas décadas se han propuesto varias soluciones a este dilema, la mayoría de las cuales se ha centrado en reforzar el aislamiento térmico de las etapas.

¿La solución de ULA? Dotar a las etapas ACES y XEUS con un motor de combustión interna (!). El artilugio, conocido como IVF (Integrated Vehicle Fluids System), empleará el oxígeno e hidrógeno que lleva la etapa en estado gaseoso para alimentar un motor de seis cilindros. La idea parece una locura, pero el objetivo de IVF es sustituir los sistemas de presurización, propulsión y baterías por un único elemento. Efectivamente, IVF actuaría como generador eléctrico —adiós baterías—, serviría para presurizar los tanques —nos olvidamos del helio— y el hidrógeno y oxígeno gaseosos alimentarían los propulsores del sistema de control de posición —no hay necesidad de emplear propulsores de hidracina—. El IVF es una innovación relativamente reciente en el programa (data de hace cinco años aproximadamente), ya que recordemos que en 2009 ULA planeaba mantener la temperatura de las etapas ACES mediante capas adicionales de materiales aislantes y el uso de la energía solar.

Etapa ACES y su motor de combustión IVF (ULA).

El motor de seis cilindros del sistema IVF de ACES (ULA).

Sistema IVF de la etapa ACES (ULA).

Todo esto está muy bien, pero no nos engañemos, las posibilidades de que salga adelante son más bien nulas. En realidad este plan es más bien una forma de ‘vender’ la versátil etapa ACES a la NASA y a otros clientes potenciales. No olvidemos que hasta que entre en servicio esta etapa (en 2023) las prestaciones del cohete Vulcan serán similares a las del actual Atlas V, por lo que el Delta IV Heavy deberá seguir en servicio. También es una forma de salir al paso de las críticas de inmovilismo y poca originalidad que ha recibido la empresa últimamente. ULA ve difícil ganar a SpaceX en el terreno de la reutilización de primeras etapas o la carrera por Marte, pero una arquitectura —no necesariamente lunar—basada en la reutilización de etapas superiores ACES es un terreno favorable.

ULA se ha dedicado en los últimos años a lanzar en exclusiva satélites del Departamento de Defensa (DoD) de los EEUU y la NASA, obviando el mercado privado. La súbita aparición de SpaceX, que ya se ha hecho con algunos contratos del DoD, ha revolucionado el panorama. SpaceX amenaza con arrebatarle a ULA sus dos principales clientes, aunque por ahora ULA goza de dos ventajas: la fiabilidad y el sistema de integración vertical (muchas cargas útiles del DoD —especialmente los satélites espías de la NRO— han sido diseñadas para integración en vertical, pero el Falcon 9 y el Falcon Heavy solo permiten por el momento integración en horizontal). ULA ha declarado en repetidas ocasiones que el esquema de reutilización de SpaceX es ciencia ficción y que nunca será rentable porque requiere una tasa de lanzamientos muy elevada para que sea rentable.

Pero, por si acaso, el cohete Vulcan también se ha sumado al carro de la reutilización y, a partir de 2025 más o menos, los dos motores BE-4 de metano y oxígeno líquido de la primera etapa se recuperarán mediante un escudo térmico y paracaídas usando el sistema SMART. ULA calcula que deberá realizar un mínimo de diez misiones anuales para que los precios del Vulcan sean competitivos (alrededor de unos cien millones de dólares por lanzamiento). En este sentido, la reutilización de la etapa ACES es un elemento esencial en los planes de ULA para hacer del Vulcan un cohete realmente atrayente. Otra cosa distinta es que vayamos a ver mil personas viviendo en el espacio gracias a ella.