Órbita de Halo Angélica elegida para Gateway

-Órbita de halo angélica elegida para el primer puesto de avanzada lunar de la humanidad.-

Luego de extensos debates con los pro y los contra de las diversas órbitas a seguir por la estación espacial lunar Gateway, los planificadores de la misión de la NASA y el Centro de Operaciones de la ESA (Agencia Espacial Europea), ESOC por su sigla en inglés, han decidido que la plataforma sea ubicada en una órbita de halo angélica de la Luna. Será una órbita casi rectilínea o NRHO ("Near Rectilinear Halo Orbit"), altamente excéntrica, que en su perilunio pasará a 3.000 km. de la superficie de la Luna y en su apolunio se alejará a 70.000 km. Esta órbita altamente elíptica le permitirá a la estación acercarse a la superficie lunar (sin estar tan próxima como para tener que aumentar su masa por la necesidad de reforzar su blindaje contra la radiación cósmica de rebote), pero también estar muy lejos, lo que le facilitará la recogida de astronautas y suministros de la Tierra. Este tipo de órbita nunca se ha utilizado antes, no teniendo que estar su uso limitado al sistema Tierra-Luna, pudiéndose en el futuro, emplearse para orbitar cualquier cuerpo celeste. La órbita girará junto con nuestro satélite natural y desde la tierra se verá como un halo lunar. Debo aclarar, ya que he observado alguna confusión en algunas páginas Web, de que las órbitas de halo, están dentro de la tipología de las órbitas y que el módulo denominado HALO, es una acrónimo que nada tiene que ver con aquellas. Las órbitas de halo son en la mecánica orbital de tres cuerpos, cercanas a los puntos de Lagrange L1, L2 o L3. Digamos para que se entienda, que los denominados puntos de Lagrange, son puntos no ocupados por ningún cuerpo, son puntos en el espacio vacío, pero que permiten ser orbitados, tanto por una órbita de Halo periódica, como por una órbita de Lissajous (por Jules Antoine Lissajous) que generalmente no son periódicas, o por una órbita de Lyapunov (por Alekxandr Lyapunov). Todas estas órbitas son posibles gracias a la interacción de las fuerzas gravitacionales de dos o más cuerpos celestes. En este caso en particular, de la Tierra y la Luna principalmente. A medida que los dos cuerpos bailan a través del espacio, un objeto más pequeño puede se atrapado en una variedad de posiciones estables o casi estables en relación con las masas en órbita, también conocidas como libración o puntos de Lagrange.
Explicación del punto Lagangriano, de los textos que conozco, es el que explica mejor el tema.
Si queréis su formulación matemática general, es bueno el video de la excelente, gratuita y que yo utilizo, y recomiendo en casi cualquier tema: academia Khan El Lagrangiano. Estando considerando la relación Tierra-Sol tenemos cinco puntos Lagrangianos, que obedecen las leyes de Kepler y de Newton, llevando este nombre en honor al italofrancés Joseph Louis Lagrange, que en el año 1772 descubrió esta particularidad. Aquí, encontramos la tercera ley de Newton. Según las leyes de Newton, las fuerzas opuestas deben igualarse, esto también es aplicable a las fuerzas gravitacionales de los astros. Los puntos Lagrangianos son donde estas fuerzas se anulan. Evidentemente, todos los astros poseen masas diferentes, por lo cual ejercerán fuerzas gravitacionales diferentes, pero también la ley de Newton nos enseña que la fuerza gravitacional disminuye rápidamente con la distancia y lo hace en una potencia de dos: si está dos veces más lejos, disminuye a cuatro veces más débil; tres veces más lejos y cae a una novena parte de poder. Los puntos Lagrangianos se han utilizado por la sondas lunares chinas Chang'e 2, que el 8/06/2011 dejó de orbitar la Luna, para dirigirse al punto Lagangriano Tierra-Sol L2 partiendo el 15/04/2012 con rumbo al asteroide 4179 Toutatis, al que fotografió y sobrepasó. Este mismo punto será el utilizado por el telescopio James Web, con fecha programada de lanzamiento el 21/12/2021, el cual suplantara al telescopio espacial Hubble, "Hubble Space Telescope" o "HST". La sonda lunar Chang'e 4, por otra parte, utilizó el punto Lagrangiano L2, pero de Tierra-Luna para lograr el hito de colocar el rover Yutu 2, en la cara oculta de la Luna. Primer descenso en la cara de la Luna, que ha conseguido numerosos datos sorprendentes. (ver más detalles próximamente en la entrada "Sondas Lunares Chinas"). La sonda SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), se ha colocado en el punto L1 del sistema Tierra-Sol para observar el Sol. (¹)



Video de la ESA de la órbita de halo angélica elegida para el primer puesto de avanzada lunar de la humanidad.

Viajando por esta órbita, una revolución alrededor de la Luna tardaría aproximadamente siete días. Este período fue elegido para limitar el número de eclipses, cuando la Gateway estaría envuelta por la sombra de la Tierra o de la Luna. Markus Langraff de la ESA, expresa: "elegir una órbita lunar para la puerta de enlace no es algo trivial". "Si quieres permanecer allí durante varios años, la órbita de halo casi rectilíneo es algo inestable y los objetos en esta órbita tienen una tendencia a alejarse". Se requerirán pequeñas maniobras regulares de mantenimiento de la estación. Florian Renk, quien es analista de misiones en la División de Dinámica de Vuelo de ESOC, nos indica el porqué de esta órbita en cuanto que el factor limitante más importante cuando se mueven partes desde la Tierra, a una base lunar potencial y a la superficie de la Luna, es la energía. "En los vuelos espaciales humanos no volamos una sola nave espacial monolítica". "En su lugar, volamos partes y piezas, juntando partes en el espacio y pronto en la superficie de la Luna. Algunas partes las dejamos atrás, otras las traemos de vuelta, las estructuras están evolucionando siempre".

Para escapar de la atracción gravitacional de la Tierra se necesita una gran cantidad de energía. Para luego aterrizar en la Luna y no precipitarse directamente más allá de ella, tenemos que reducir la velocidad perdiendo esa misma energía. Podemos ahorrar parte de esta energía dejando partes de la nave espacial en órbita, llevando solo lo que necesitamos. Una base permanente en esta órbita de la Luna oficiará como un puesto de parada, desde donde las partes pueden dejarse atrás, recogerse y ensamblarse y después del despegue desde la superficie lunar de una nave visitante, sólo se necesitará una maniobra moderada para ralentizar el vuelo y encontrar la Gateway. Cada siete días habrá una ventana para ir o venir de la plataforma.
Gran módulo de logística europeo y la cápsula Orión
(cortesía ESA)

Plataforma Orbital Lunar Gateway (LOP-G), o simplemente Plataforma de Entrada o Pasarela, es un proyecto originalmente propuesto por las cinco agencias espaciales que participan en la EEI. Liderado por la NASA serviría de plataforma de entrada al espacio profundo, o sea para que el hombre se dirija más allá del vecindario Tierra-Luna. Justamente, también se le conoce como "Deep Space Gateway", "Puerta de Espacio Profundo", la que daría apoyo a la misión del DST "Transporte del Espacio Profundo". Su primera utilización está prevista dentro del programa Artemis de la NASA, en que harán escala algunas de las nueve mujeres y algunos de los nueve hombres elegidos para el mismo. En este momento una astronauta, Kayla Barron y un astronauta, Raja Chari que fueron elegidos para este programa se encuentran a bordo de la EEI, a la cual llegaron a bordo de la nave Crew Dragon 3. Lamentablemente recientemente, la NASA a pospuesto la misión Artemis. La misión denominada Artemis 3 estaba originalmente programada para el 2024. En principio, la estación se construiría con solo dos módulos, los que ya se encuentran en proceso de elaboración. El proyecto está en vías de desarrollo y en el caso de algunos componentes para la ejecución de la construcción de la estación, ha habido inesperados retrasos. Los dos módulos que constituirían originalmente la LOP-G serían el PPE (Power and Propulsion Element) que tenía previsto su lanzamiento para el año 2022 y el HALO "Puesto de Avanzada y Logística", también conocido como "Módulo de Utilización", o como MHM "Módulo de Habitación Mínima", con su lanzamiento previsto para el año 2023. Hay por lo menos dos módulos más proyectados. El proyecto, ha recibido fuertes críticas por parte de algunas personas vinculadas al ámbito espacial y ha sido el centro de largas discusiones dentro de los asociados al mismo. Uno de los puntos de desacuerdo, lo ha sido el de su ubicación, pues mientras la agencias espaciales asociadas son partidarias de una órbita cislunar baja (unos 100 km.) a los efectos de la exploración lunar, la NASA desea una mucho más alejada para que sea adecuada al explorar más profundamente el sistema solar.
Si bien la reunión de 2017, en la ciudad japonesa de Tsukuba, suavizó algunas diferencias, (comentario de mi parte: "una vez más") las declaraciones el 10/12/2018 del controvertido excongresista republicano elegido por el presidente Donald Trump como administrador de la NASA, Jim Bridestine, no fueron de buen recibo por parte de las autoridades de Rusia.
 

En ese momento, los únicos medios disponibles para poner en órbita cislunar unas cargas como las que representan los módulos de la nueva estación espacial, solo podían ser transportados por los cohetes rusos Proton-M y Angara-5, aunque se esperaba que estuviera en condiciones para esa fecha el Falcon Heavy (FH) "Halcón Pesado" de SpaceX, conocido anteriormente como Falcon 9 Heavy. Precisamente Spacex fue elegida en febrero de 2021, para que con este cohete, que se compone de tres cohetes Falcon 9 Block 5 unidos lateralmente, enviar los dos módulos iniciales de Gateway en forma conjunta, una vez unidos aquí en la tierra. Este lanzamiento si bien contempla el lanzamiento conjunto de los dos primero módulos iniciales de la estación retrasa en parte el cronograma original pues está previsto para después de noviembre de 2024. El primer despegue de prueba del Falcon Heavy se produjo el 6/02/2018, cuando lanzó al espacio un auto Tesla Roadster  de la colección privada de Elon Musk (el dueño de SpaceX). Mientras tanto, siguen acumulándose los retrasos con el sistema SLS "Space Launch System" y la nueva cápsula Orión norteamericana.
Jim Bridestine, era un político que dejó la Cámara de Representantes de los Estados Unidos (primera vez que esto ocurre, de que un representante político sea nombrado administrador de la NASA) muy criticado, incluso por algunos representantes republicanos por carecer de las calificaciones formales que tienen los que acceden normalmente a ese cargo, opositor al consenso científico del cambio climático y también objeto de una investigación ética, por un viaje a Azerbaiyán en mayo de 2013. Aclaro, que dejó el cargo el 20 de enero de 2021, al ingresar a la presidencia Joe Biden. El 10/12/2018 había dicho: "Yo diría que llegamos allí en 1969. Esa carrera terminó y ganamos" y agregó luego "La próxima vez que vayamos a la Luna vamos a tener botas americanas con la bandera estadounidense en los hombros" y concluyó diciendo "eso es liderazgo estadounidense". 
La Plataforma Orbital Lunar Gateway, esta asociada al programa público-privado de la NASA llamado "Next Space Technologies for Explorations Partnerships" o "Next STEP". Esta previsto que las demás agencias contribuyan efectivamente a la construcción de la estación. En noviembre de 2020, Canadá firmo un acuerdo para suministrar un brazo robótico externo, el Canadarm3 de 8,50 metros similar al que usaba el transbordador espacial. Japón también ha firmado un convenio y esta proyectando con la ESA un módulo, el International Habitation Module (IHAB). Este módulo se encuentra planificado para lanzarse en el año 2026, junto a la misión tripulada Artemis 4, y ampliaría el volumen habitable de la estación a 125 m³. HALO, la sección habitable inicial, tiene capacidad para solo cuatro tripulantes y  está siendo construida por la empresa Northrop Grumman, la que basa su diseño en el ya probado de la nave de reabastecimiento Cygnus Cargo. En este momento adosada a la EEI, se encuentra la cápsula de esta serie Cygnus CG-16 "S.S. Ellison Onizuka" (ver esquema de EEI en entrada de Crew Dragon 3).

  

Comentarios

  1. Querido Ladimir, realmente impresionado por la claridad de tu información.Desconocia la existencia del punto d Lagrange, pero había oído nombrar la fórmula para calcularlo en un curso de mecánica cuántica de la plataforma Amautas, pero se deba por sentado su significado.Gracias por compartir tanta pasión.Un abrazo.

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    1. Muchas gracias por tu comentario, el cual me anima a aportar mi granito de arena quizás para difundir conocimientos que hoy son fácilmente accesibles pero que a veces se ocultan detrás de la sobreinformación, pero sobre todo para procurar despertar la curiosidad (la gran herramienta de la humanidad), la inquietud de conocer. Se que he estado últimamente ocupándome demasiado del tema del espacio, pero lo vertiginoso e importante, según mi consideración, de los acontecimientos en relación con este tema en este mes de noviembre, así me pareció que me lo exigían. Sin duda que en el futuro me dedicaré a compartir otros temas pospuestos, incluso debo las notas aclaratorias a mi primer entrada sobre el espacial del 4/10/2021 (aniversario del lanzamiento de nuestro primer satélite artificial). No he incluido aún los temas que son comunes a mis grupos de interés, esperando tener el tiempo y la claridad suficientes para poder compartir (en principio) mis experiencias personales en los mismos.

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