Las naves espaciales pueden transportar astronautas y suministros hacia y desde la Luna de forma regular.

Varias agencias espaciales planean enviar astronautas, cosmonautas y taikonautas a la Luna en los próximos años, con el objetivo a largo plazo de establecer allí una presencia humana permanente. Esto incluye el proyecto dirigido por la NASA Programa Artemisa, que tiene como objetivo crear un «programa sostenido de exploración y desarrollo lunar» para fines de la década. También está el competidor ruso-chino. Estación Internacional de Investigación Lunar (ILRS) para crear una serie de instalaciones “en la superficie y/o en la órbita de la Luna” que permitirán una investigación rentable.

Además de estos programas liderados por agencias gubernamentales, hay muchas empresas y organizaciones no gubernamentales (ONG) que esperan realizar viajes regulares a la Luna, ya sea para “turismo lunar” y minería o para construir un “Villa Internacional de la Lunaque actuaría como sucesor espiritual del Estación Espacial Internacional (ISS). Estos planes requerirán una gran cantidad de carga y carga entre la Tierra y la Luna durante la próxima década, lo cual no es poca cosa. Para abordar esto, un equipo de investigadores de EE. UU. y el Reino Unido lanzó recientemente un trabajo de investigación sobre las trayectorias óptimas para viajar entre la Tierra y la Luna.

El equipo estuvo formado por el profesor emérito Tomas Carter en Universidad Estatal del Este de Connecticut y profesor de ciencias matemáticas mayer humi en Instituto Politécnico de Worcester. Por el bien de su estudio, el preimpresión disponible en línea, Carter y Humi examinaron cómo un transbordador espacial podría transportar suministros a un puesto lunar y traer de vuelta los recursos extraídos de la superficie. Según sus cálculos, concluyeron que sería ideal una trayectoria que colocara el transbordador en una órbita elíptica y minimizara los requisitos de empuje.

Durante la carrera espacial, tanto la NASA como el programa espacial soviético se basan en trayectorias de retorno libre para enviar misiones a la Luna. Esto consistió en utilizar la atracción gravitacional de la Luna para realizar una maniobra en forma de ocho, lo que resultó en que la nave espacial regresara a casa. con solo ajustes de órbita menores (minimizando la cantidad de propulsor requerido). Las órbitas de las misiones Artemisa serán similares a las de sus predecesores Apolo, ya que también realizarán vuelos en forma de ocho que terminarán con un “amerizaje” en el océano.

En otras palabras, estas misiones serán viajes de ida. Pero más allá de devolver a los astronautas a la Luna, establecer el Portal Lunar y establecer el campamento base de Artemis en la superficie, el objetivo a largo plazo es utilizar la infraestructura de Artemis para crear una presencia humana permanente en la Luna, lo que la hace ineficiente. para lanzar cargas útiles pesadas desde la superficie a la Luna. Como explicó el coautor, el profesor Humi, a Universe Today por correo electrónico, su propuesta prevé un transbordador espacial que orbitaría tanto la Tierra como la Luna:

«Uno de [the ISS’] ‘funciones’ es evitar el envío de grandes cargas útiles a órbitas terrestres bajas. En cambio, enviamos ‘cápsulas’ con provisiones y reemplazos para los astronautas. Lograr [lunar settlements] con un costo mínimo, necesitamos algo similar a la ISS, pero con una órbita alrededor de la Tierra y la Luna. Este transbordador nunca aterrizará en la Tierra o la Luna. De esta manera, las cápsulas de la Luna se acoplan cuando está cerca de la Luna. Esto evitará la necesidad de levantar grandes cargas desde la Tierra o la Luna y ahorrará mucho dinero y recursos”.

Sin embargo, el transbordador necesitará motores y propulsores para mantenerse en órbita, ya que está sujeto a perturbaciones gravitatorias (de la Tierra, la Luna y el Sol). Si bien el transbordador espacial no requiere los propulsores masivos y los tanques de propulsión necesarios para liberarse de la gravedad de la Tierra, los motores y el propulsor agregan cantidades significativas de masa a una misión, lo que aumenta los costos. Para abordar esto, Humi y Carter consideraron maniobras que minimizarían el consumo de combustible y permitirían que el transbordador girara alrededor del sistema Tierra-Luna en un tiempo razonable.

«El proceso que usamos para obtener nuestros resultados fue desarrollar modelos matemáticos adecuados basados ​​en las fuerzas gravitatorias de la Tierra, la Luna (y el Sol) que impactan en la órbita del transbordador», dijo Humi. A partir de esto, determinaron que una órbita elíptica circular con un perigeo cercano a la Tierra y un apogeo más allá de la Luna sería la trayectoria ideal. Solo se necesitaría un impulso mínimo para las correcciones de rumbo, anulando los efectos fuera del plano de la gravedad solar, que podrían reducirse aún más al garantizar que la excentricidad orbital permanezca cercana a cero.

Este tipo de transporte y trayecto, dijo Humi, es necesario para cualquier plan de establecimiento de una Red Humana permanente.
presencia en la Luna, pero también podría conducir a una próspera economía Tierra-Luna:

“Actualmente, hay planes para un ‘puesto de avanzada’ permanente en la luna. Este puesto de avanzada necesitará suministros de la Tierra para funcionar correctamente (comida, medicinas, computadoras, repuestos para los robots, etc.) y un mecanismo para reemplazar a los astronautas). Al mismo tiempo, enviará de regreso a la Tierra elementos que escasean en la Tierra (por ejemplo, helio-3) que, según todos los cálculos teóricos, es el combustible necesario para un reactor de fusión”.

con la firma de Ley de Competitividad de Lanzamientos Espaciales Comerciales de EE. UU. en 2015 y el Ley de Competitividad de Lanzamientos Espaciales Comerciales de EE. UU. 2020, el gobierno de EE. UU. aclaró que las actividades comerciales en la Luna incluirán la extracción de recursos. Además de asegurar los recursos minerales (como los metales raros de la Tierra, vitales para la electrónica y los dispositivos digitales), los científicos sueñan con el día en que las fuentes lunares de helio-3 estén al alcance, ya que permitirían el uso generalizado de reactores de fusión. para satisfacer nuestras necesidades energéticas. Humi y Carter incluyeron una advertencia en su estudio, diciendo que sus resultados requerirían más pruebas y verificación. Como señalaron en su conclusiones:

“Debería ser posible crear un sistema de control que haga que la nave espacial regrese a la órbita designada para compensar las perturbaciones que no se consideraron en el análisis. Se podría argumentar que uno supondría que la órbita circular del transbordador proporciona la órbita ideal en términos de empuje. Sin embargo, esta órbita tiene una trayectoria de longitud máxima. Se sigue entonces que el resultado obtenido en este trabajo, aunque puede ser ‘intuitivamente claro’, no es necesariamente obvio.”

Lectura adicional: arXiv