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08 de diciembre de 2022
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Los retos de Apolo y Artemisa
Ilustración: NASA

Los retos de Apolo y Artemisa

Alberto Flandes

La humanidad está a punto de emprender el regreso a la superficie de la Luna con un nuevo programa espacial, heredero del que nos llevó allá hace más de 50 años.

En los antiguos mitos griegos Apolo, dios del Sol, se caracterizaba por una vida llena de aventuras, algunas de ellas junto a su hermana gemela, Artemisa. Se dice que Artemisa nació primero y que Apolo no habría nacido si ella no hubiera ayudado a su madre durante el parto; de ahí que además de diosa de la caza era reconocida como la diosa que asistía a las mujeres en los alumbramientos. En la historia de los viajes espaciales sucedió lo contrario: el programa Apolo fue primero, y más de 50 años después se creó el programa Artemisa. Las misiones Apolo surgieron para llevar a la humanidad a la Luna, una aventura complicada. Artemisa nace para llevar a hombres y mujeres a la Luna y más allá, lo que será una aventura aún más complicada.

Desafíos lunares

El programa Apolo nació en 1962, en el ambiente turbulento de la Guerra Fría, cuando el presidente John F. Kennedy anunció que Estados Unidos iría a la Luna antes de que acabara la década (véase ¿Cómo ves? Núm. 248). Detrás de este discurso había años de investigación y desarrollo. Kennedy estaba asesorado por Wernher von Braun y su equipo, que en la Alemania nazi habían creado el primer misil balístico: el cohete V2. Se dice incluso que Von Braun fue quien realmente convenció a Kennedy de que era posible ir a la Luna.

En contraste, el programa Artemisa nace después de numerosos viajes tripulados orbitales, muchas misiones de exploración espacial exitosas de diversos países y en un ambiente en el que las compañías privadas están tomando el control del espacio cercano con tecnologías innovadoras.

El reto de las misiones Apolo era construir un cohete más potente que el V2 que impulsara dos naves: un orbitador y un módulo de aterrizaje para llevar a tres astronautas a más de 400000 kilómetros de distancia. También había que desarrollar trajes que protegieran a los tripulantes de las duras condiciones del espacio, así como un sistema confiable que les diera autonomía a las naves, ya que, si bien podrían mantener comunicación con la Tierra, no habría forma de rescatarlos en caso de falla.

El reto de las misiones Artemisa será construir una infraestructura orbital alrededor de la Tierra y la Luna, y establecer bases lunares con miras a colonizar el espacio cercano a la Tierra e impulsar la exploración tripulada a Marte y a otros planetas.

Cuestión de propulsión

Para que las naves de las misiones Apolo pudieran escapar de la gravedad de la Tierra y llegaran a la Luna se diseñó el enorme cohete Saturno V, que tenía tres secciones y cinco motores, y usaba como combustible una mezcla de hidrógeno y oxígeno líquidos. A diferencia del V2, a medida que el Saturno V se elevaba hacia el espacio y consumía su combustible se iba despojando de sus secciones; así se aligeraba y multiplicaba el impulso de sus motores. Los Saturno V hicieron posible el primer alunizaje en 1969 y en total llevaron a la Luna a 24 hombres, 12 de los cuales caminaron sobre su superficie. Hasta hoy ninguna mujer ha visitado nuestro satélite.

La nave tripulada Orión de las misiones Artemisa será impulsada por cohetes de combustible líquido SLS (siglas en inglés de "sistema de lanzamiento espacial"), similares al Saturno V. Aunque con algunas mejoras en su potencia y su electrónica, estos cohetes son tecnología reciclada de los transbordadores espaciales que entre 1981 y 2011 fueron la siguiente generación de naves tripuladas —después de las misiones Apolo— para llevar astronautas, satélites para muchos propósitos, el Telescopio Espacial Hubble y equipo diverso a órbitas de entre 400 y 36 000 km alrededor de la Tierra, y naves de exploración que han visitado planetas y otros cuerpos del sistema solar.

Los cohetes SLS son auxiliados por dos cohetes adicionales de combustible sólido (llamados SRB) a base de polvo de aluminio. En el caso de los transbordadores, después de los lanzamientos los SRB desplegaban paracaídas al desacoplarse para luego caer en el mar, donde se recogían para reutilizarlos. En las misiones Artemisa no será posible recuperar ni los SLS ni los SRB; como se desacoplarán a una altura mucho mayor, su reingreso a la atmósfera los destruirá.

Sin embargo, las misiones Artemisa también usarán otros cohetes de carga superpesada del tipo de los SLS y el Saturno V: son los cohetes reutilizables Starship y Falcon Heavy de la compañía SpaceX, que impulsarán otras naves o servirán como tanques orbitales de reabastecimiento de combustible, pero también podrían sustituir a los SLS en caso de falla.

Poder de cómputo

En 1958 Jack Kilby, futuro Premio Nobel de Física (en el año 2000), inventó los circuitos integrados o chips. Esto permitió a los científicos del programa Apolo construir computadoras digitales lo suficientemente compactas como para integrarlas al cohete, a las pequeñas naves Apolo y a sus módulos de aterrizaje, dándoles autonomía y haciéndolos más eficientes y confiables. Este es, posiblemente, el ejemplo más claro del impacto en la sociedad de la investigación científica y el desarrollo tecnológico.

Esas primeras computadoras compactas tenían apenas unos 100 kilobytes de capacidad, pero en las etapas críticas después de los despegues del Saturno V eso bastaba para calcular la posición exacta del aparato 25 veces por segundo y hacer las correcciones necesarias de la trayectoria a fin de reducir las posibles fallas. Al final estas computadoras ayudaron también a dirigir las naves a la Luna y a que los módulos de aterrizaje se posaran sin contratiempos en su superficie.

En las misiones Artemisa, las nuevas computadoras, mucho más potentes y compactas, van a permitir una electrónica más eficiente para el control de los cohetes y las naves. Cohetes como los de SpaceX cuentan con una multitud de sensores que vigilan el funcionamiento de cada parte del aparato y pueden identificar fallas al momento. La nueva tecnología electrónica y computacional permite también que las consolas de las naves sean más simples y que las pantallas táctiles sustituyan en buena medida los numerosos botones y palancas de las consolas antiguas, haciendo también las cabinas y naves más espaciosas y cómodas.

Los problemas inmediatos

El programa Apolo tuvo que desarrollar trajes especiales para proteger a los astronautas de las condiciones extremas del espacio: ausencia de aire y por tanto de presión, temperaturas extremas y altas dosis de radiación y partículas energéticas. Había otros problemas que el traje no resolvería, como los efectos de la aceleración durante el despegue para alcanzar la velocidad de escape en pocos minutos y la microgravedad (o ausencia de gravedad).

La aceleración en los despegues no ha sido problema hasta ahora, pues procura mantenérsela en alrededor del triple de la aceleración de la gravedad (3g). No así la microgravedad; hoy se sabe que si los astronautas pasan mucho tiempo en condiciones de ingravidez pueden sufrir descalcificación de los huesos y atrofia muscular. Es por eso que están obligados a seguir un régimen estricto de ejercicios durante la misión mientras no se implementen sistemas que generen gravedad artificial en las naves.

Los efectos de la radiación del espacio, es decir, ondas electromagnéticas, así como iones y electrones de alta energía que vienen del Sol y de fuera del Sistema Solar, se pueden mitigar relativamente con los trajes y las propias naves, pero siguen siendo un problema que será determinante en estancias prolongadas en las superficies de la Luna y Marte; la razón es que ambos cuerpos carecen de la atmósfera densa y el campo magnético que nos protegen de esta radiación en la Tierra.

La solución al traje espacial

El traje espacial de las misiones Apolo se elaboró a partir de la fusión de ideas de los especialistas en textiles de la empresa ILC Dover —conocida ahora como Playtex— y de los ingenieros de la empresa Hamilton Standard, que desarrollaba componentes y sistemas aeroespaciales. El resultado fue un traje presurizado que tenía tres capas y una mochila en la que se reciclaba el aire que exhalaban los astronautas y que albergaba parte del sistema de refrigeración de los trajes. En su elaboración se usaron tecnologías y materiales ya existentes, pero también nuevos. Por ejemplo, para los guantes se usó la tela Chromel R, de cromo y níquel, que en su momento tenía un costo de 2000 dólares por metro (unos 16 000 dólares actuales). Para hacer los trajes no infl amables luego del accidente del Apolo 1, en el que murieron calcinados tres astronautas tras una explosión en la cápsula durante la prueba de lanzamiento, se utilizó la llamada tela Beta, compuesta de fibra de vidrio y recubierta de teflón. El teflón, un polímero resistente a muchos solventes y sustancias químicas descubierto por el físico Roy Plunkett, de la compañía DuPont, era entonces un material nuevo.

Estos trajes también se conocen como trajes EVA (siglas en inglés de “actividades extravehiculares”). Los trajes espaciales actuales de este tipo no son radicalmente distintos a los de las misiones Apolo, pero hay otros más ligeros que han sufrido nuevos cambios y que se usan dentro de las naves en situaciones de emergencia, como una pérdida de presión. Entre ellos están los trajes Sokol (en español, “halcón”), diseñados en Rusia para los astronautas de las naves Soyuz. Una versión más moderna de estos trajes es la que introdujo SpaceX para los astronautas que viajan en su cápsula Dragon, aún más ligeros y estilizados. No obstante, la NASA lanzó una licitación para compañías interesadas en participar en el diseño de los trajes EVA que los astronautas usarán en la superficie de la Luna y Marte en los próximos años —o en la siguiente década—, que por el momento siguen en desarrollo.

Lanzamiento aplazado

El primer lanzamiento de la misión Artemisa estaba programado para fines de 2021, pero se pospuso al 29 de agosto de 2022. Ese día se detectó una falla en el sensor de temperatura del tercer motor y el lanzamiento se canceló. El 3 de septiembre, fecha del segundo intento, una fuga de hidrógeno obligó a una nueva cancelación. El 27 de septiembre, cuando se estaba considerando un nuevo intento, el huracán Ian amenazaba con azotar las costas de Florida, donde se encuentra el Centro Espacial Kennedy, sede de los lanzamientos. En esa ocasión el cohete fue trasladado de la plataforma de lanzamiento a la seguridad del hangar de ensamblaje para protegerlo del huracán. Al cierre de esta edición ( 12 de octubre), el lanzamiento estaba programado para el 11 de noviembre.

-S.R.

El agua

El hidrógeno y el oxígeno eran el combustible de los cohetes del programa Apolo; sus naves los usaban en celdas para generar electricidad. La combinación de ambos producía además el agua que se requería en cada nave. El dióxido de carbono (CO2) que generaban los astronautas en la nave y en sus trajes espaciales se eliminaba usando filtros de un compuesto en polvo llamado hidróxido de litio, que al combinarse con el CO2 forma un mineral llamado carbonato de litio y también agua. Cada una de las misiones Apolo producía entre 200 y 250 litros de agua, por lo que el suministro de este líquido no era una preocupación. Las misiones Artemisa emplearán estas tecnologías, pero además buscarán aprovechar el agua de la Luna para consumo de los astronautas y como combustible.

Sabemos que hay agua en la Luna gracias a las muchas misiones que se han dedicado a estudiar su superficie. En particular la misión india Chandrayaan- 2, que en 2021, usando su radar, pudo identificar hielo de agua mezclado con las capas de polvo, o regolito, de la superficie lunar, especialmente en regiones aisladas de la luz del Sol en ambos polos lunares y en otras zonas.

El Polo Sur de la Luna será el primer objetivo de la misión Artemisa. Del agua que pueda encontrar, el hidrógeno y el oxígeno se van a separar usando corrientes eléctricas en un proceso llamado electrólisis que es, en cierta forma, inverso al proceso de combustión de hidrógeno con oxígeno en los cohetes.

Militares vs. científicos

Los astronautas de las misiones Apolo eran militares de carrera, varios de ellos pilotos y otros con títulos de ingeniería eléctrica o aeronáutica. Fue hasta la última misión (Apolo 17 en diciembre de 1972) cuando se decidió incluir a un científico no militar en la tripulación: el geólogo y profesor universitario Harrison Schmitt. Es claro que los astronautas militares de la fuerza aérea eran necesarios, porque las misiones requerían el conocimiento operacional y técnico de aeronaves, implicaban un alto riesgo y, por lo mismo, exigían personas con muy buena condición física y mental y muy disciplinadas. Sin embargo, una vez que se logró el objetivo de llegar a la Luna, las misiones pasaron a una etapa de exploración que demandaba el apoyo de científicos. En este sentido, era casi natural incluir a una persona capacitada para reconocer el terreno y recoger las muestras más útiles. Claro que estando en la Luna por primera vez cualquier roca era importante, pero en viajes subsecuentes había más opciones y unas rocas podían ser más interesantes que otras o dar más información. Para reconocerlas hacía falta un especialista.

En contraste, en el grupo de astronautas entre los que se seleccionará la primera tripulación para el alunizaje de Artemisa III hay mujeres y hombres, militares y especialistas en ingeniería, pero también en geología, física, medicina y biología. Algunos serán astronautas por primera vez y habrá también veteranos y veteranas, como la astronauta Christina Koch, que podría ser la primera mujer que pise la Luna. Koch tiene dos títulos (física e ingeniería eléctrica) y su récord personal es de 328 días en la Estación Espacial Internacional, durante los cuales realizó seis caminatas espaciales.

Cuenta regresiva

Cada lanzamiento de la misión Artemisa tendrá un costo de por lo menos 4000 millones de dólares, y el costo total de las etapas programadas muy probablemente superará el producto interno bruto de la mayoría de los países del mundo.

Artemisa I es un vuelo de prueba no tripulado que rodeará la Luna y soltará un módulo que caerá en la superficie lunar antes de volver a la Tierra. Artemisa II será el equivalente al Apolo 8 de 1968: un vuelo tripulado de prueba programado para 2024, previo al alunizaje de Artemisa III.

Las naves principales de Artemisa son Orion, de la empresa Boeing, y Dragon XL, de SpaceX, que serán el enlace entre la Tierra y la Luna. Además, se pondrá en órbita lunar la nave Gateway de SpaceX, que funcionará como una miniestación espacial. La nave Starship HLS, también de SpaceX, será el equivalente al módulo de aterrizaje Eagle que llevó a Neil Armstrong y Buzz Aldrin a la superficie de la Luna en el Apolo 11.

En contraste con el programa Apolo, el programa Artemisa es el resultado de una colaboración internacional, por el momento entre la NASA y las agencias espaciales europea, japonesa y canadiense. Igual que las Apolo, las misiones Artemisa serán cruciales para el futuro de la humanidad en el espacio y aportarán mucho al desarrollo de tecnologías que usaremos en la Tierra.

  • “Artemis I: Vamos a la Luna”, Universo curioso de la NASA, National Aeronautics and Space Administration, en: www.nasa.gov/mediacast/artemis-i-vamos-a-la-luna
  • Domínguez Álvarez Icaza, Elisa, “Misión Artemis: nuevos pasos hacia la Luna”, Ciencia UNAM, UNAM, México, en: https://ciencia.unam.mx/contenido/galeria/205/misionartemis- nuevos-pasos-hacia-la-luna
  • García Llama, Eduardo, Apolo 11: la apasionante historia de cómo el hombre pisó la Luna por primera vez, Crítica, Madrid, 2019.

Alberto Flandes, frecuente colaborador de ¿Cómo ves?, es investigador del Instituto de Geofísica de la UNAM. Se dedica a estudiar la física de los planetas y del medio interplanetario.

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