Regreso de Orión

-Regreso de Orión-

-Culmina exitosamente la mision Artemis I-

El 11/12/2022, a la hora 17:40 UTC, ameriza en el Océano Pacífico frente a las costas de San Diego la cápsula "Orion" (Orión en español). Para su ingreso en la atmósfera, la nave realizó una doble reentrada "skip reentry" que limitó la aceleración a 4 g. Su vuelo ha recorrido 2,3 millones de km. en 25,5 días y alcanzado una distancia máxima de la Tierra de 432.210 kilómetros. Desde esa distancia, la nave capturó soberbias imágenes de la Luna y la Tierra.

Orión, la Luna y la Tierra. (NASA)

La cápsula Orión flota sobre un tranquilo Océano Pacífico con los cinco globos¹) inflados con gas helio del sistema CMUS (Crew Module Uprighting System) destinado a mantener vertical el módulo tripulado. (NASA)

Orión es la culminación de un largo desarrollo comenzado a principios de este milenio. Es la heredera de los estudios iniciados para la construcción del Crew Exploration Vehicle (CEV). En el año 2006, la empresa Lockheed Martin venció a Northrop Grumman/Boeing en el concurso para construir la nave. Originalmente, la cápsula estaba destinada a ser utilizada en el programa Constellation y estaba provista de un módulo de servicio diferente al actual, de la misma manera que también difería de la actual en sus paneles solares que consistían en dos circulares. En principio sería orbitada por un cohete Ares I. En el año 2010, el programa Constellation fue cancelado durante el gobierno de Barack Obama por razones presupuestarias. En 2017,el presidente Donald Trump autorizó el inicio del programa que regresaría al hombre a la Luna y posteriormente a llegar a Marte. La cápsula Orión, en formas simplificadas, realizó tres vuelos previos a la misión Artemis-1, los dos primeros dentro del programa Constellation. De igual manera que se había realizado con un similar de la cápsula Apolo el 7/11/1963 una prueba de abortaje en vuelo (Pad Abort Test 1), el 6/05/2010 una nave Orión incompleta, lanzada también desde el White Sands Missile Range del Ejército de Estados Unidos en Nuevo Méjico probó exitosamente el Sistema de Aborto de Lanzamiento. Posteriormente el 5/12/2014 un cohete Delta IV Heavy, desde el LC-37B de Cabo Cañaveral, orbitó la cápsula Orión, en una órbita terrestre alta (unos 5.800 km de altitud en su segunda y última órbita) en la misión EFT-1. Prueba similar a la realizada a la del Apolo 4 en 1967. El 2/07/2019 finalmente se procedió a la Ascent Abort Test-2 (AA-2 o PA-2) para probar el sistema de abortaje (LAS) a 9.400 metros de altitud para comprobar su seguridad para los vuelos de la nave con tripulación. En este caso, no se utilizaron paracaídas, por ser demasiado costosos y estar suficientemente chequeados. El sistema de paracaídas utilizado para el descenso el 11 de diciembre de la Orión, consta de 11 unidades. Primeramente se despliegan, cuando ha descendido a unos 35.000 pies (unos 10,7 km) de la superficie, tres paracaídas pequeños destinados a separar las cubiertas térmicas de los siguientes. Luego dos estabilizan la cápsula seguidos por otro tres paracaídas pilotos de 7 metros de diámetro que finalmente procederán a abrir los tres principales que se abrirán a unos 5.600 pies de altura (1,7 km). Los tres paracaídas principales tienen un peso unitario de 120 kilogramos, con una longitud de 67 metros y un diámetro de 35,4 metros (116 pies), confeccionados con nylon y kevlar son sumamente resistentes. La atmósfera terrestre será la primera en frenar la alta velocidad con la que la nave reingresa (39.590 km) reduciéndola a 520km/h. El sistema de 11 paracaídas reduce por último a 30 km/h la velocidad final de amerizaje.

Diagrama comparativo entre el sistema de paracaídas de las naves Apolo (9 unidades) y Orión (11 unidades). (Fuente: Chutes.nl)
Secuencia de apertura del sistema de paracaídas de la cápsula espacial Orión(Fuente: Chutes.nl)
Descenso de la Orión con sus tres paracaídas principales. (NASA)

Teniendo presente la velocidad en la que la nave reingresa a nuestra atmósfera, resulta trascendental la protección térmica de la misma. La misión EFT-1 (Exploration Flight Test-1) probó con éxito el escudo térmico (TSP). Posteriormente, los mismos fueron extensamente testeados en la Instalación de chorro de plasma en arco reforzado con láser en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley (California), combinando las dos formas de calentamiento²). Para poder simular de la mejor manera las condiciones de la cápsula Orión en su reentrada a la atmósfera de la Tierra, gases extremadamente calientes fluyen con rápido desplazamiento, mientras simultáneamente poderosas fuentes láser de calor, aportan el calentamiento radiante. El material originalmente utilizado en el escudo térmico de la Orión es similar al empleado en las cápsulas Apolo, aunque empleado de un modo diferente. En las Apolo, se rellenaba una estructura en forma de panal de abejas de fibra de vidrio con el material, mientras que para Orión se fabrican ladrillos que luego se pegan de forma específica. El material utilizado en esas pruebas fue el Avcoat 5026-39, una resina fenólica incrustada con fibras de sílice creado por Avco (una subsidiaria de Textron). Para la misión Artemis I, se utilizó, producto de las experiencias anteriores, un material mejorado en cuanto a su resistencia desarrollado en el propio Centro de Investigación Ames y denominado como sistema de protección térmica ablativa multifuncional tridimensional (3DMAT), para fortalecer los puntos de conexión a lo largo de la nave espacial.

El escudo térmico más grande del mundo con 5 metros de diámetro utilizado por la Orión. (NASA)

Componentes de la nave espacial Orión. (NASA)

La nave espacial Orión tiene soporte vital para 4 tripulantes durante 21 días. El cono donde se alojarán los astronautas está protegido de las temperaturas extremas exteriores por 1.300 placas de fibra de sílice (silicato de sodio) similares a las utilizadas en los transbordadores que puede soportar hasta 1.700° C por cortos períodos de tiempo. Esta protección también se halla en la cubierta superior que protege a los paracaídas y que se desecha a unos 7.000 metros para que los mismos puedan desplegarse. El módulo de la tripulación esta provisto de 12 pequeños motores para la orientación correcta de la nave durante el descenso, integrados en el Reaction Control System. El módulo de servicio europeo esta provisto de 4 paneles solares con 15.000 células y 33 motores. Un motor principal, ocho auxiliares para maniobras de traslación y 24 de control de reacción para controlar el vuelo durante el tiempo que Orión se encuentra en órbita. El módulo de servicio europeo ESM-1 Bremen se separó del módulo de tripulación 40 minutos antes del amerizaje y 25 minutos después se desintegró en su reingreso a la atmósfera. De esta manera, únicamente el módulo de tripulación amerizó, permaneciendo para algunos pruebas en el océano hasta posteriormente ser recogido por el buque USS Portland LPD-27, que contaba como apoyo al buque USS Montgomery. A continuación, la nave fue transportada a la Base Naval de San Diego y desde allí a fin del corriente mes de diciembre a la Instalación de Procesamiento de Carga Múltiple en el Kennedy Space Center de la Nasa. En esa instalación será desmontado el escudo térmico y transportado a otro lugar para ser inspeccionado en profundidad. Esta inspección posiblemente se desarrolle en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de Huntsville (Alabama), o en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View (California). En la prueba del material ablativo que se empleó en el TSP de la misión EFT-1 las pérdidas por quemadura se estimaron en un 20%. Estos estudios además de identificar los lugares donde el material ablativo se ha fundido más, también estudian y valoran las diferentes capas fundidas, pues éstas al adquirir debido a las altas temperaturas experimentadas una consistencia porosa suman propiedades de aislación térmica suplementaria. En el escudo hay muchos sensores, por un lado los construidos por Ames que registraron las temperaturas soportadas y por otro, los aportados por el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, y el Centro Espacial Johnson de la agencia en Houston, Texas, destinados a recoger los datos de presión y radiación. 


La nave Orión suplantó el proyecto X-33 VentureStar, desarrollado también por Lockheed Martin, como demostrador de un avión espacial para suplantar a los transbordadores espaciales (Space Shuttle). Orión es la cápsula espacial diseñada para llevar seres humanos más grande construida hasta el momento, con un volumen interno de 692 pies³ (19 m³), lo que le permite acomodar a 4 astronautas, un baño compacto con adaptación para el uso de ambos sexos, una máquina de ejercicios y un refugio protegido para uso de la tripulación durante los eventos de alta radiación solar. Las Apolo tenían un volumen interno 366 pies³ (10 m³). El tamaño del módulo de tripulación, que es el que ameriza, es de 16,5 pies (5,03 m de diámetro y 26 pies de alto (7,92 m) y un peso unas 19.000 libras (8,6 toneladas).

Foto del módulo de servicio europeo ESM-1 Bremen, en la cual se pueden apreciar el motor principal, los 8 motores de traslación y parte de los 24 motores de control orbital (en rojo). (NASA)

Los 4 paneles solares que posee el módulo de servicio son directamente derivados del carguero espacial europeo, vehículo de transferencia automatizado o ATV (Automated Transfer Vehicle) 
 
¹)- Los globos fueron modificados luego de que no se inflaron de forma correcta al finalizar la "Prueba de Vuelo de Exploración-1" (EFT-1) (Exploration Flight Test-1).

²)- El calentamiento llamado radiante se produce cuando una superficie caliente transmite ese calor a otros objetos (ejemplo típico: la loza radiante), mientras que en el convectivo el calor se transfiere por fluidos. El calentamiento puede ser radiante o convectivo y sus efectos combinados difieren de los que produce cualquiera de los dos por separado.

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