Historia del espacio

Internet está repleto de críticas al programa Artemis. Algunos autores sostienen que la estrategia escogida por la NASA para regresar a la Luna es demasiado compleja, costosa y arriesgada, destinada tarde o temprano a terminar en un fracaso. Es cierto que el programa se enfrenta a retrasos y dificultades técnicas, pero ¿significa eso que está condenado al fracaso?

Estas dudas no son del todo infundadas. Después de todo, los astronautas ya caminaron sobre la Luna hace más de cincuenta años. ¿Por qué la NASA no utiliza simplemente las soluciones probadas del programa Apolo? ¿Por qué el viaje a la Luna parece hoy más complicado que en los años sesenta? Y, sobre todo, ¿cómo es posible que, a pesar de los avances tecnológicos, se necesiten tantos años y tantos recursos para lograr algo que la humanidad ya consiguió hace más de medio siglo?

Las respuestas a estas preguntas se encuentran en el hecho de que los objetivos de los programas Apolo y Artemis son profundamente diferentes. El primero tenía como finalidad demostrar el poder tecnológico y político de Estados Unidos. Una vez alcanzado ese objetivo con el alunizaje, el extraordinariamente costoso programa Apolo fue cancelado pocos años después. Los objetivos de Artemis son mucho más ambiciosos a largo plazo: establecer una presencia humana permanente en la Luna y preparar futuras misiones a Marte. Precisamente estas diferencias explican muchas de las decisiones que hoy a algunas personas les parecen extrañas o incluso carentes de sentido.

El propósito de este artículo no es polemizar con los autores de los textos críticos, sino explicar por qué regresar a la Luna en el siglo XXI representa un desafío completamente distinto al que afrontó la humanidad en 1969.

Diseño de los cohetes y las naves espaciales

Los diferentes objetivos finales de los programas Apolo y Artemis se reflejan en el diseño de los cohetes y las naves espaciales destinadas a transportar astronautas hasta la Luna. Aunque el objetivo de ambos programas es llevar seres humanos a la superficie lunar, las soluciones técnicas adoptadas son sorprendentemente distintas.

El corazón del programa Apolo era el imponente cohete Saturn V. En la plataforma de lanzamiento se elevaba hasta 111 metros de altura, tenía una masa de 2.970 toneladas y podía enviar hasta 44 toneladas de carga útil hacia la Luna. Se trataba de un cohete de tres etapas con un empuje máximo de 33.000 kilonewtons (kN). La tercera y última etapa colocaba la nave espacial en órbita terrestre baja y posteriormente la impulsaba hacia la Luna. Esta nave estaba compuesta por tres módulos: el módulo de servicio, el módulo de mando y el módulo lunar o de alunizaje.

La tripulación de tres astronautas realizaba el viaje a la Luna en el módulo de mando. Una vez en órbita lunar, dos de ellos se trasladaban al módulo lunar, con el que descendían a la superficie. Tras completar su misión, la etapa de ascenso del módulo lunar se separaba y volvía a acoplarse temporalmente al conjunto formado por los módulos de mando y servicio. Los dos astronautas regresaban entonces al módulo de mando, que era el único elemento de toda la arquitectura que sobrevivía hasta el regreso a la Tierra. Todas las demás etapas y módulos eran descartados.

En el módulo de aterrizaje los dos astronautas permanecían en un espacio de apenas 4,5 metros cúbicos, donde apenas había sitio para ellos, algunos equipos y las muestras de roca recogidas en la superficie lunar. Debido a sus reducidas dimensiones, las estancias en la Luna estaban limitadas a unos tres días.

Por el contrario, el viaje de los astronautas del programa Artemis comenzará con el lanzamiento del cohete Space Launch System (SLS). En muchos aspectos, este vehículo es inferior al Saturn V: mide “solo” 98 metros de altura, tiene una masa al despegue de “solo” 2.610 toneladas y puede enviar “solo” 27 toneladas de carga útil hacia la Luna. Se trata de un cohete de dos etapas principales asistido por dos propulsores laterales sólidos (boosters). En conjunto, sus motores y propulsores generan un empuje máximo de 39.000 kN.

Los motores principales del SLS son cuatro unidades RS-25. Se trata de los mismos motores que utilizaban los transbordadores espaciales. La NASA decidió reutilizarlos debido a su demostrada fiabilidad y elevada eficiencia. Sin embargo, también hubo razones políticas: el Congreso estadounidense aprobó la construcción del SLS con la condición de que la NASA aprovechara en la mayor medida posible las tecnologías desarrolladas para el programa del transbordador espacial. Los propulsores laterales del SLS también son una versión mejorada de los utilizados por los transbordadores.

Durante el lanzamiento de Artemis III se encenderán primero la etapa principal y los propulsores laterales. Tras aproximadamente ocho minutos de vuelo, estos se apagarán y se separarán, dejando en funcionamiento la etapa superior denominada Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS). Esta colocará a la nave Orion en una órbita de estacionamiento muy elíptica alrededor de la Tierra y, posteriormente, la impulsará en dirección a la Luna. Pero no la llevará hasta la superficie lunar.

La razón es sencilla: el SLS no está diseñado para aterrizar en la Luna. Antes de que un solo astronauta pueda descender a la superficie lunar, una la empresa privada SpaceX desempeñará un papel fundamental en la misión. Precisamente esta dependencia de una compañía comercial es uno de los aspectos más debatidos y controvertidos del programa Artemis.

Comparación de los tres cohetes más potentes de EEUU: SLS, Starship y Saturn V. Fuente: impulso.space.

El papel de SpaceX

En abril de 2021, la NASA seleccionó a la empresa SpaceX para desarrollar el llamado Sistema de Aterrizaje Humano (Human Landing System, HLS), el vehículo que transportará a los astronautas hasta la superficie lunar. Para ello, SpaceX está desarrollando el cohete Starship. Conceptualmente, se parece al SLS, pero es mucho más potente. Está compuesto por dos etapas: la primera se denomina Super Heavy y la segunda – Starship. En el momento del lanzamiento Starship alcanza una altura de 121 metros y una masa de entre 5.000 y 5.300 toneladas.

La segunda etapa, mide aproximadamente 50 metros de longitud y puede alcanzar una masa de hasta 1.500 toneladas al despegue, de las cuales unas 1.200 corresponden al combustible. Existen tres versiones previstas para las misiones lunares: un depósito orbital (depot), una versión cisterna (tanker) y el HLS. Cada una desempeñará una función específica en el viaje a la Luna.

Según los planes de SpaceX, antes incluso del lanzamiento de los astronautas deberá completarse una compleja secuencia de operaciones:

En primer lugar, una versión de Starship configurada como depósito orbital se lanzará a una órbita terrestre baja, a una altitud de entre 300 y 400 kilómetros. Este vehículo podrá almacenar hasta 1.200 toneladas de combustible.
Posteriormente despegarán varias versiones cisterna de Starship. Cada una transferirá entre 100 y 150 toneladas de combustible al depósito orbital, por lo que serán necesarios entre 8 y 12 lanzamientos exitosos. Algunas estimaciones elevan esta cifra a entre 16 y 20 lanzamientos debido a posibles pérdidas de combustible durante el almacenamiento y las transferencias, aunque por el momento no existen cifras oficiales sobre las pérdidas esperadas.
Una vez lleno el depósito orbital, despegará la última variante de Starship: el HLS. Este recogerá todo el combustible almacenado y emprenderá su viaje hacia la Luna.

Según el plan actual, el HLS esperará a la nave Orion en una órbita especial alrededor de la Luna denominada Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO). Allí ambas naves se acoplarán y dos de los astronautas se trasladarán al HLS. Será este enorme vehículo el que finalmente descenderá hasta la superficie lunar.

La diferencia respecto al programa Apolo es notable. El módulo lunar utilizado durante aquellas misiones medía apenas siete metros de altura, unas siete veces menos que el HLS. Mientras que los astronautas del Apolo descendían a la superficie lunar mediante una simple escalera, para el HLS está previsto un ascensor especial de entre 20 y 30 metros de altura.

Tres múdulos de aterrizaje: Apollo, Blue Origin y Starship. Fuente: NASA.

Los dos astronautas de Artemis permanecerán aproximadamente una semana sobre la superficie lunar antes de regresar al HLS y volver a encontrarse con Orion en órbita. Tras un nuevo acoplamiento, los astronautas regresarán a la nave Orion, que será la encargada de transportarlos de vuelta a la Tierra.

Precisamente el hecho de que la misión requiera entre 10 y 14 lanzamientos exitosos y entre 9 y 13 transferencias de combustible en órbita constituye una de las principales fuentes de preocupación. Hasta la fecha, nadie ha intentado transferir cientos de toneladas de combustible entre dos vehículos espaciales. Ni la NASA ni SpaceX han publicado estimaciones realistas sobre la probabilidad de éxito de cada transferencia. Sin embargo, si asumimos de forma simplificada una fiabilidad del 99 % para cada operación, la probabilidad de que todas las transferencias necesarias se completen con éxito se situaría entre el 87 % y el 90 %.

La complejidad de estas operaciones se debe a que el HLS utilizará metano líquido y oxígeno líquido como propelentes, que deben mantenerse a temperaturas extremadamente bajas, aproximadamente −161 °C y −183 °C, respectivamente. Además de las pérdidas de combustible por evaporación o fugas, existe el riesgo de fallos técnicos durante el proceso de transferencia y, en el peor de los casos, incluso de una explosión. Un único incidente de este tipo bastaría para provocar el fracaso de la misión. Asimismo, una explosión generaría una nube de escombros capaz de contaminar gravemente las órbitas terrestres bajas.

También es importante señalar que persisten incertidumbres respecto a la propia fiabilidad del Starship. Hasta ahora, SpaceX solo ha logrado una misión parcialmente exitosa de este sistema, alcanzada recién el 22 de mayo de este año.

A primera vista, toda esta arquitectura puede parecer innecesariamente compleja. Sin embargo, es importante recordar que el HLS es un enorme módulo de aterrizaje reutilizable que necesita grandes cantidades de combustible para descender a la Luna y volver a despegar. El reabastecimiento en órbita terrestre constituye, por tanto, el elemento central de todo el concepto. Si SpaceX consigue desarrollar un sistema fiable de transferencia orbital de combustible, este enfoque podría reducir significativamente el coste de futuras misiones y permitir el transporte de cantidades mucho mayores de carga a la superficie lunar.

La Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO) es un tipo especial de órbita alrededor del cuerpo menor de un sistema binario, como la Luna en el sistema Tierra-Luna. A diferencia de las órbitas convencionales alrededor de un único cuerpo celeste, una NRHO no se encuentra en un solo plano, sino que pertenece a la familia de las llamadas órbitas halo, cuya forma es consecuencia de la influencia gravitatoria combinada de la Tierra y la Luna.El término rectilinear (rectilínea) hace referencia al hecho de que algunos segmentos de la órbita, vistos desde la superficie lunar, parecen prácticamente líneas rectas. La órbita en la que se moverá el HLS será extremadamente alargada: en el perilunio se encontrará a unos 3.000 kilómetros de la superficie lunar, mientras que en el apolunio alcanzará casi 70.000 kilómetros de distancia.La NASA eligió esta órbita en lugar de una órbita lunar baja por varias razones. En primer lugar, se trata de una órbita muy estable, que permite a las naves espaciales permanecer en ella durante largos periodos con un consumo relativamente reducido de combustible para correcciones orbitales. Además, la nave mantiene una visión casi continua de la Tierra, lo que facilita enormemente las comunicaciones.Por último, la NRHO pasa sobre el polo sur lunar, la región donde está previsto que aterricen las misiones del programa Artemis. Esto la convierte en un punto de encuentro ideal para las naves que transportarán astronautas y suministros hacia la superficie de la Luna.

¿Por qué un HLS tan grande?

El Human Landing System (HLS) es una nave gigantesca cuyas capacidades superan ampliamente las necesidades de su primera misión: llevar a dos astronautas a la superficie lunar y permitirles permanecer allí durante aproximadamente una semana. La razón de su gran tamaño se encuentra en los planes a largo plazo que la NASA y SpaceX tienen para este vehículo.

Con el tiempo, se espera que el HLS sea capaz de transportar a cuatro astronautas a la Luna y sostener misiones de hasta un mes de duración. Expediciones de este tipo requieren naturalmente mucho más espacio habitable, mayores reservas de suministros y una cantidad considerable de equipamiento adicional.

Además, la NASA contempla el desarrollo de versiones de carga del HLS destinadas al transporte de grandes equipos, como vehículos exploradores, instrumentos científicos, sistemas energéticos y módulos habitables. Todos estos elementos serán esenciales para la construcción y el funcionamiento de una futura base lunar permanente.

No obstante, HLS no es la única solución por la que apuesta la NASA. Desde 2023 también financia el desarrollo de un segundo sistema de aterrizaje lunar denominado Blue Moon. Este proyecto está liderado por Blue Origin y cuenta con la participación de empresas como Lockheed Martin y Boeing.

Blue Moon tendrá aproximadamente 15 metros de altura y siete metros de ancho. Aunque será considerablemente más pequeño que el HLS de SpaceX, seguirá siendo mucho más grande que el módulo lunar del programa Apolo. Según los planes actuales, podrá albergar a dos astronautas durante hasta un mes, y su debut está previsto para la misión Artemis V, programada para 2029.

Al igual que el HLS, Blue Moon necesitará repostar combustible en órbita terrestre antes de dirigirse a la Luna. Se espera que sea lanzado por el cohete New Glenn. Debido a que Blue Moon es mucho más pequeño que el HLS, requerirá un número significativamente menor de lanzamientos para completar su abastecimiento, lo que podría aumentar las probabilidades de éxito de la misión.

Starship es el cohete más grande jamás construido. A modo de comparación, Ariane 6, orgullo de la Agencia Espacial Europea, mide apenas 62 metros de altura, tiene una masa al lanzamiento de unas 900 toneladas y puede colocar menos de 22 toneladas de carga útil en órbita terrestre baja. El cohete chino Long March 5 es aún más pequeño: mide 57 metros de altura, pesa unas 870 toneladas al despegue y puede transportar alrededor de 25 toneladas de carga útil al espacio. El cohete ruso Angara A5 posee características muy similares.
En el pasado, la Unión Sovietica construyó el cohete N1, que era solo ligeramente más pequeño que Starship. Sin embargo, nunca logró completar un vuelo exitoso, ya que sus cuatro lanzamientos terminaron en fracaso.

El lugar de aterrizaje

Según los planes oficiales de la NASA, los astronautas volverán a caminar sobre la superficie lunar a principios del próximo año. Ya en 2024, la agencia publicó una lista de nueve regiones situadas cerca del polo sur de la Luna que considera candidatas ideales para el aterrizaje de la misión Artemis III.

Nueve posibles sitios de aterrizaje de las misiones Artemis. Fuente: NASA.

Existen varias razones por las que la NASA ha centrado su atención en el polo sur lunar. La más importante es la presencia de hielo de agua. Este se encuentra en cráteres de impacto permanentemente sombreados, como Cabeus, Haworth, Shoemaker y Faustini. En el futuro, este hielo podría convertirse en una fuente esencial de agua potable, oxígeno e incluso combustible para cohetes.

Estas condiciones son consecuencia de la peculiar topografía de la región polar y del hecho de que el eje de rotación de la Luna está inclinado apenas 1.5 grados con respecto al plano de su órbita. El polo sur se encuentra dentro de la enorme cuenca de impacto South Pole–Aitken Basin, una de las estructuras de impacto más grandes del Sistema Solar. En ella se encuentra el punto más bajo de la superficie lunar, situado aproximadamente nueve kilómetros por debajo de la altura de referencia, mientras que en sus bordes se elevan algunos de los picos más altos de la Luna, con altitudes de hasta 8,5 kilómetros.

Precisamente en estas zonas elevadas existen lugares que permanecen iluminados por el Sol casi de forma continua. Son los llamados “cumbres de luz eterna”, identificados por primera vez por los científicos en el año 2000. En aquel entonces se descubrieron varias crestas próximas al polo sur que fueron descritas como pequeñas islas de luz, de apenas unos cientos de metros de longitud, en medio de un océano de oscuridad permanente. Posteriormente se añadieron a esta categoría los bordes de algunos cráteres, como Malapert y Shackleton. Estos “islotes” permanecen iluminados hasta el 95 % del tiempo durante un año lunar, lo que los convierte en lugares ideales para instalar paneles solares.

La región de Mons Malapert ofrece además otra ventaja importante: desde allí la Tierra permanece prácticamente siempre por encima del horizonte, lo que facilitará enormemente las comunicaciones con nuestro planeta.

A modo de comparación, las misiones del programa Apolo aterrizaron cerca del ecuador lunar. En esas regiones, el día solar dura aproximadamente catorce días terrestres, seguido por una noche de duración similar. Dado que las misiones Apolo eran relativamente cortas, se planificaban de modo que los astronautas aterrizaran poco después del amanecer lunar y abandonaran la superficie mucho antes del inicio de la noche. De esta forma evitaban las temperaturas extremadamente bajas y los problemas asociados al suministro prolongado de energía.

Además, en aquellas zonas la Tierra permanecía siempre visible sobre el horizonte, lo que permitía mantener comunicaciones directas y transmitir imágenes de televisión desde la superficie lunar.

En otras palabras, los lugares de aterrizaje del programa Apolo fueron seleccionados principalmente para garantizar una misión más sencilla y segura. En cambio, con el programa Artemis, la NASA busca regiones que algún día puedan sustentar una presencia humana duradera en la Luna.

Por definición, la altitud 0 en la Luna corresponde a una superficie esférica imaginaria cuyo centro coincide con el centro de masas lunar. El radio de esta esfera es igual al radio medio de la Luna, aproximadamente 1.737,4 kilómetros.

¿Volveremos a la Luna ya el próximo año?

Es comprensible que existan dudas sobre la viabilidad de la misión Artemis III en 2027. Para que esta expedición pueda llevarse a cabo, SpaceX deberá comprobar varias tecnologías fundamentales:

que puede lanzar el cohete Starship de manera fiable y repetida,
que es capaz de realizar múltiples transferencias consecutivas de combustible en órbita terrestre y
que el HLS puede aterrizar de forma segura en la superficie lunar y despegar posteriormente de ella.

Esta última tarea supondrá otro desafío. El HLS mide aproximadamente 50 metros de altura y apenas nueve metros de ancho. Una configuración de estas características no tiene precedentes en la historia de los alunizajes tripulados, por lo que SpaceX aún deberá completar una extensa campaña de pruebas.

También son frecuentes las comparaciones con el programa lunar chino. China está desarrollando el cohete Long March 10 y ha anunciado su intención de llevar taikonautas a la Luna antes de 2030. Sin embargo, su programa todavía se encuentra en fase de desarrollo. Además del lanzador, China deberá diseñar, construir y probar un módulo de aterrizaje lunar y toda la infraestructura necesaria para realizar una misión tripulada.

Por otra parte, el Long March 10 será más pequeño que tanto el SLS como el Saturn V. Desde el punto de vista conceptual, se parecerá más a este último, ya que se trata de un cohete de tres etapas con una tercera etapa relativamente pequeña que albergará la nave tripulada. Por ello, el objetivo chino parece más cercano a reproducir el logro del programa Apolo.

¿Está equivocado el enfoque de SpaceX?

Como nos hemos dado cuenta, la NASA probablemente ya podría haber enviado astronautas a la Luna si su único objetivo fuera repetir el logro del programa Apolo. Sin embargo, los objetivos del programa Artemis son muy diferentes. Gran parte del actual “circo” en torno a la Luna tiene en realidad como propósito poner a prueba tecnologías que algún día podrían hacer posibles misiones mucho más ambiciosas, incluyendo viajes tripulados a Marte.

En este proceso, la NASA, SpaceX y sus demás socios probablemente sufrirán todavía más de un revés. No obstante, la historia de la exploración espacial está llena de programas que solo alcanzaron el éxito después de numerosos fracasos.

En la década de 1960, la NASA desarrolló el programa Ranger program, cuyo objetivo era obtener imágenes de alta resolución de la superficie lunar. De las nueve misiones, las seis primeras terminaron en fracaso. También fracasaron dos misiones del programa Surveyor y dos de Apolo. Más tarde, el mundo quedó conmocionado por los accidentes de los transbordadores espaciales Challenger y Columbia.

De hecho, podría argumentarse que el programa de los transbordadores espaciales también fue un fracaso. La NASA había prometido al Congreso estadounidense que el costo de cada vuelo estaría entre 10 y 20 millones de dólares, pero en la práctica esa cifra terminó acercándose a los 800 millones de dólares por misión.

Todo ello sugiere que, en proyectos tan complejos como Artemis, los fracasos constituyen una parte inevitable del proceso de desarrollo. Esto no significa que el programa vaya a tener éxito ni que todas las decisiones de la NASA y SpaceX sean correctas. Sin embargo, sí significa que la complejidad de un proyecto, por sí sola, no es una prueba de que esté equivocado.

Al fin y al cabo, la alternativa es solo una: conformarnos con los logros alcanzados hasta ahora y renunciar a seguir avanzando hacia nuevos horizontes.

Lecturas complementarias para los más curiosos

Artemis IV, NASA. (figura 1)
NASA Provides Update on Artemis III Moon Landing Regions, NASA. (figura 2)
Why artemis will focus on the lunar south polar region, NASA.
Peak of eternal light, Wikipedia.
NASA’s LRO: Lunar Ice Deposits are Widespread, NASA. (figura 3)
Kruijff, M. (2000). The Peaks of Eternal Light on the Lunar South Pole: How they were found and what they look like, 4th International Conference on Exploration and Utilization of the Moon (ICEUM4), ESA/ESTEC, SP-462, September.
N. E. Petro and D. P. Moriarty III. Mons Malapert: a site in support of exploration of the lunar south pole and earth observations. Lunar Surface Science Workshop 2021 (LPI Contrib. No. 2241).
Basilevsky, A.T., Krasilnikov, S.S., Ivanov, M.A. et al. Potential Lunar Base on Mons Malapert: Topographic, Geologic and Trafficability Considerations. Sol Syst Res 53, 383–398 (2019). https://doi.org/10.1134/S0038094619050022
Apollo Lunar Module, Wikipedia.
Space Launch System, Wikipedia.
SpaceX Starship (spacecraft), Wikipedia.
Orbital Refueling of the Starship Architecture: Operational Mechanics, Feasibility Analysis, and Strategic Timeline, New Space Economy.
SpaceX Completes Mostly Successful Starship Rocket Flight, The New York Times.
Angara A5, Orbit Codex.
Human Landing Systems, NASA.
How SpaceX’s IPO ambitions ride on Starship’s path to Mars, Financial Times.
What’s actually new about NASA’s Artemis missions?, The Planetary Society.
Mars & Beyond, SpaceX.
Ranger program, Wikipedia.
Surveyor program, Wikipedia.
Space Shuttle, the World’s First Reusable Spacecraft, The Planetary Society.
China’s crewed lunar programme eyes astronaut landing by 2030, Reuters.
China’s lunar exploration program advances via successful tests of new rocket, spaceship, CHINA SCIO.
New Glenn, Blue Origin.