Una ¨®rbita distante: Artemis explora los nuevos caminos hacia la Luna

A la tercera intentona, la NASA ha logrado poner en marcha hacia la Luna a la nave Orion, el primer paso hacia el regreso de humanos a nuestro sat¨¦lite. Un viaje que llevara una trayectoria peculiar para lo que sol¨ªa ser habitual en el abordaje lunar. En los a?os heroicos de la astron¨¢utica, enviar una sonda a nuestro sat¨¦lite era cuesti¨®n de apuntar y disparar. No apuntar donde estaba la Luna en ese momento, sino donde estar¨ªa al cabo de los tres d¨ªas que durar¨ªa el viaje. Los matem¨¢ticos rusos eran maestros en ese arte. Tan solo a veces se permit¨ªan el lujo de expulsar una nube de sodio a medio camino para estimar si la trayectoria era o no correcta. Por lo dem¨¢s, si la punter¨ªa hab¨ªa sido buena y el cohete no sufr¨ªa desv¨ªos, llegar¨ªa; si no, bueno, se intentar¨ªa una vez m¨¢s. Ahora la cosa ha cambiado.

Las limitaciones del nuevo cohete SLS, el m¨¢s potente de la historia, y el inter¨¦s por explorar los cr¨¢teres oscuros del polo sur lunar ha obligado a recurrir a ¨®rbitas m¨¢s complejas. En el caso del primer vuelo del programa Artemis, la ¨®rbita inicial ser¨¢ una a baja altura (unos 100 km) pero enseguida aprovechar¨¢ la propia asistencia gravitatoria de la Luna para pasar a una mucho m¨¢s alargada, llamada ¡°DRO: Orbita Distante Retr¨®gada¡±. Distante porque se alejar¨¢ hasta 70.000 kil¨®metros, aunque manteniendo un perilunio muy bajo. Y retr¨®grada porque girar¨¢ en sentido contrario a c¨®mo se mueve la Luna alrededor de la Tierra. Aunque esto ¨²ltimo no es novedad: los Apolo hac¨ªan lo mismo.

70.000 kil¨®metros son m¨¢s de lo que alcanza la esfera de atracci¨®n de la Luna. En otras palabras: Esta ¨®rbita depende no solo de la gravedad lunar, sino tambi¨¦n de la terrestre. En concreto, es un delicado equilibrio que aprovecha la interacci¨®n con los puntos de Lagrange para asegurar una trayectoria estable. De hecho, es tan alargada que la nave Orion ejecutar¨¢ dos vueltas, empleando para ello unas dos semanas. Por eso la misi¨®n durar¨¢ tanto. ?Cu¨¢nto exactamente? Dos horas despu¨¦s del despegue, la etapa superior del cohete impuls¨® a la nave Orion fuera de la ¨®rbita terrestre para ponerla en curso para un vuelo de 25 d¨ªas que lo llevar¨¢ cerca de la superficie lunar antes de navegar 65.000 kil¨®metros m¨¢s all¨¢ de la luna y de regreso a Tierra. Se espera que la c¨¢psula americe en el Pac¨ªfico el 11 de diciembre.

Solamente una nave ¡ªel orbitador de la Chang¡¯e 5¡ª ha utilizado hasta hoy una ¨®rbita distante. Y eso fue tras muchos meses de vuelo. Cumplida ya su misi¨®n principal de contribuir a conseguir las primeras muestras de roca lunar para China. Fue solo a principios de este a?o cuando, tras un largo periplo, entr¨® en ¨®rbita lunar estable. All¨ª est¨¢ ahora anclada, contribuyendo a estudios de interferometr¨ªa de larga base.

Alcanzar esa ¨®rbita requiere un modesto incremento de velocidad. Un factor importante porque la c¨¢psula Orion es muy pesada y sus reservas de combustible, limitadas. Tanto que, aunque resulte sorprendente, es incapaz de salir por sus propios medios de una ¨®rbita lunar a baja altura, como lo hac¨ªan los Apolo hace medio siglo. Necesita ayudarse del empuj¨®n gravitatorio que proporciona la pr¨®xima Luna al pasar muy cerca de ella. Es el mismo tipo de maniobra que se viene utilizando desde hace mucho en las sondas interplanetarias: J¨²piter, Venus o la propia Tierra ayudan a incrementar la velocidad de algunas naves para dirigirlas hacia su objetivo final. Y gratis, sin consumo de combustible.

De Apolo a Artemis

Las antiguas c¨¢psulas Apolo dispon¨ªan de un motor con reservas de combustible para provocar un cambio total de su velocidad (en jerga astron¨¢utica, ¡°delta V¡±) de casi 3 kil¨®metros por segundo. Suficiente para frenar al llegar a la Luna (890 metros por segundo) y luego otro tanto para acelerar en el regreso a casa. Y a¨²n quedaba margen para ejecutar varias correcciones de vuelo.

Los veh¨ªculos destinados a la Luna se equiparon con motores que permit¨ªan corregir su trayectoria a medio camino. Eso aumentaba mucho las probabilidades de ¨¦xito. La clave estaba en llegar por lo menos al punto de equilibrio entre la Tierra y la Luna. Hasta ah¨ª, todo era subida, con la gravedad del terrestre retardando y retardando el avance de la c¨¢psula, como ocurre con una piedra que se lanza al aire. Pero una vez all¨ª, el viaje se volv¨ªa cuesta abajo, donde predominaba la atracci¨®n lunar con la consiguiente aceleraci¨®n de la nave. El problema ser¨ªa frenar, para no acabar en pedacitos sobre una llanura polvorienta.

Las c¨¢psulas Apolo segu¨ªan ese tipo de trayectorias, bien conocidas y descritas por la mec¨¢nica newtoniana. Una vez cerca de la Luna, encend¨ªan su motor de maniobra para entrar en una ¨®rbita casi por encima del ecuador o solo ligeramente inclinada. Nada extra?o, puesto que para los primeros aterrizajes se escogieron zonas de baja latitud: mientras dos astronautas exploraban el terreno, el otro, a bordo de la nave nodriza, sobrevolaba con cierta regularidad el lugar de aterrizaje. Si era necesario un despegue de emergencia, los c¨¢lculos orbitales para reunir las dos naves resultaban relativamente sencillos.

Orion dispone de un motor algo m¨¢s potente, pero con tan poco combustible que no llega a la mitad de esa cifra. Eso impide utilizar la t¨¢ctica del Apolo y obliga a echar mano de ¨®rbitas especiales que permitan aprovechar la gravedad de la Luna (y su interacci¨®n con la Tierra) para ara?ar unos cuantos metros por segundo. Por ejemplo, la ¡°Orbita Distante Retr¨®grada¡± que se utilizar¨¢ en la primera misi¨®n Artemis. O la a¨²n m¨¢s ex¨®tica ¡°Orbita de Halo Cuasi Rectil¨ªnea¡± planeada para el primer desembarco, en el 2024 o m¨¢s tarde.

Todas estas trayectorias ahorran combustible, pero son lentas de alcanzar. As¨ª que los nuevos viajes a la Luna van a tomar su tiempo. Las limitaciones del Apolo en cuanto a reservas de ox¨ªgeno, consumibles y alimentos aconsejaban una ida y vuelta r¨¢pida (cosa de tres d¨ªas), aunque eso supusiera un mayor gasto de combustible y un cohete gigantesco. Orion posee mucha m¨¢s autonom¨ªa, as¨ª que se puede permitir un viaje m¨¢s relajado: cuatro d¨ªas m¨¢s otros tres antes de alcanzar la ¨®rbita distante.

Cuando llegue la misi¨®n de alunizaje, la c¨¢psula Orion aparcar¨¢ en una ¨®rbita a¨²n m¨¢s extra?a, conocida bajo el impronunciable acr¨®nimo de NRHO: Orbita de Halo Cuasi Rectil¨ªnea. Nunca se ha utilizado, as¨ª que la NASA decidi¨® probarla antes con un sat¨¦lite peque?o de solo 25 kilos. Se le bautiz¨® CAPSTONE (en ingl¨¦s, ¡°piedra angular¡± aunque en realidad son siglas).

Una prueba bal¨ªstica

CAPSTONE despeg¨® desde Nueva Zelanda en pasado mes de junio. Iba a bordo de un cohete relativamente modesto, as¨ª que se decidi¨® utilizar una trayectoria bal¨ªstica de m¨¢ximo ahorro de energ¨ªa. De hecho, Aprovechar¨ªa un delicado equilibrio entre Tierra, Luna y Sol para alejarse hasta m¨¢s de un mill¨®n de kil¨®metros del planeta y luego volver a caer. Eso le permitir¨ªa llegar a ¨®rbita lunar a paso de caracol, casi sin tener que frenar. Eso s¨ª, el ahorro se paga en tiempo de vuelo: Todav¨ªa est¨¢ en camino y no llegar¨¢ a destino hasta noviembre.

Esa trayectoria es un ensayo para la que en el futuro deber¨¢ seguir la estaci¨®n lunar Gateway, seg¨²n figura en los planes de la NASA, aunque de momento, el primer vuelo tripulado se har¨¢ sin contar con ella.

Y todav¨ªa hay otra nave m¨¢s en camino hacia la Luna. Es la sonda coreana Danuri, que tambi¨¦n sigue una trayectoria similar, movi¨¦ndose en precario equilibrio entre el tir¨®n del Sol, la Tierra y la Luna. Son ¨®rbitas ¡°ca¨®ticas¡± en el sentido matem¨¢tico del t¨¦rmino: Una peque?¨ªsima perturbaci¨®n al lanzamiento produce enormes desviaciones al final. Una variante del ¡°efecto mariposa¡±. Pero son imprescindibles para enviar el m¨¢ximo de carga con un cohete de tama?o medio. No hay prisa. Danuri despeg¨® en verano y no se espera que llegue a destino hasta las Navidades.

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