CAPSTONE utiliza la gravedad en una ruta inusual y eficiente hacia la Luna

Un pequeño satélite CubeSat del tamaño de un horno de microondas, con el nombre de CAPSTONE, abrirá una inusual pero eficiente ruta hacia la Luna en el espacio profundo que no ha sido sometida a pruebas, en la que la NASA tiene mucho interés y que futuras naves espaciales tal vez quieran imitar.

El destino del Experimento de Navegación y Operaciones Tecnológicas del Sistema de Posicionamiento Autónomo Cislunar (CAPSTONE, por sus siglas en inglés) es una órbita lunar única destinada a la nave espacial Gateway de la NASA, un puesto de avanzada multipropósito que proporcionará apoyo esencial para las misiones lunares de astronauta a largo plazo, como parte del programa Artemis. Esta órbita especial, llamada órbita de halo casi rectilínea (NRHO, por sus siglas en inglés) permite una estabilidad que se traduce en eficiencia energética para la vida útil de Gateway, de un mínimo de 15 años, en órbita alrededor de la Luna. CAPSTONE será el primer vehículo espacial en probar la dinámica de la NRHO una vez que llegue a la Luna, después de un período de tránsito de cuatro meses. Y si bien esta ruta impulsada por la gravedad tarda más en llegar a la Luna, reducirá drásticamente la cantidad de combustible que este CubeSat explorador necesitará para viajar hasta allí.

El equipo de CAPSTONE ha volado virtualmente el CubeSat a la NRHO mediante repetidas pruebas en simulaciones por computadora de alta fidelidad.

“Advanced Space utilizó herramientas de simulación maduras, probadas en vuelo y derivadas de la NASA para desarrollar, implementar y verificar la trayectoria de la misión y el enfoque de navegación de CAPSTONE”, dijo Tom Gardner, gerente del programa CAPSTONE en Advanced Space de Westminster, Colorado.

Lanzamiento y escape de la Tierra

El lanzamiento de CAPSTONE está planificado para el 27 de junio a bordo de un cohete Electron de Rocket Lab desde el Complejo de Lanzamiento 1 de la empresa en Mahia, Nueva Zelanda. El CubeSat comenzará su misión junto con Lunar Photon, una tercera etapa interplanetaria desarrollada por Rocket Lab.

Unos 20 minutos después del lanzamiento, Lunar Photon —que transporta a CAPSTONE como su carga útil— se separará de la segunda etapa de Electron a una altitud de 250 kilómetros (155 millas). Después de una corto recorrido con los motores apagados, el motor HyperCurie de Photon se encenderá periódicamente para aumentar su velocidad y elevar el punto más alto de su órbita a unos 60.000 kilómetros (37.000 millas).

Unos seis días después del lanzamiento, una ignición final acelerará a Photon a 39.430 (24.500 millas) por hora para escapar de la órbita terrestre baja en una trayectoria hacia el espacio profundo. Dentro de los 20 minutos después de completar su encendido final, Photon liberará a CAPSTONE en el espacio para la primera etapa del vuelo en solitario del CubeSat a la Luna.

Llévame a la Luna, tan eficientemente como sea posible

El CubeSat recorrerá una gran distancia a toda velocidad a través del espacio profundo en su travesía de la Tierra a la Luna. Asistido por la gravedad del Sol, alcanzará una distancia de 1.550.000 kilómetros (963.000 millas) de la Tierra —más de tres veces la distancia entre la Tierra y la Luna– antes de ser atraído de nuevo hacia el sistema Tierra-Luna.

Esta vía sinuosa, llamada transferencia lunar balística (BLT, por sus siglas en inglés), sigue contornos gravitacionales dinámicos en el espacio profundo. El equipo de CAPSTONE calculará la trayectoria de la BLT basándose en las posiciones siempre cambiantes de la Tierra, la Luna y el Sol.

Gastando poca energía, CAPSTONE navegará a lo largo de estos contornos e irá realizando una serie de maniobras planificadas de corrección de su trayectoria. En los puntos críticos, el equipo de CAPSTONE en el centro de operaciones de la misión de Advanced Space ordenará al vehículo espacial encender sus propulsores para ajustar el curso. Terran Orbital Corporation en Irvine, California, diseñó y construyó CAPSTONE y desarrolló una tecnología novedosa que permite que el satélite ejecute maniobras mientras mantiene el control del vehículo espacial solo en los propulsores.

Cuando CAPSTONE llegue a la Luna, su aproximación estará perfectamente alineada para su inserción en la NRHO, el punto crucial de su ruta. Mientras avanza a 6.116 kilómetros (3.800 millas) por hora, realizará su delicada maniobra propulsiva, cronometrada con precisión, para entrar en la órbita, como un trapecista volador que salta de un arco a otro con un movimiento acrobático decisivo.

“Estudiamos decenas de miles de simulaciones por computadora de la transferencia del vehículo espacial a la Luna”, dijo Ethan Kayser, jefe de diseño de la misión CAPSTONE en Advanced Space. El equipo de CAPSTONE utilizó estas simulaciones para ubicar de manera óptima el encendido de los propulsores —utilizados para la corrección del rumbo—, de modo de minimizar el uso de combustible del CubeSat y los errores de inserción en la órbita. “También desarrollamos una secuencia única de dos encendidos para limpiar los errores después de esta delicada inserción”.

La BLT y las simulaciones de la órbita también han permitido al equipo de Terran Orbital preparar el vehículo espacial para cualquier posible contratiempo.

“El vehículo espacial CAPSTONE cuenta con un robusto diseño de software autónomo que le permite recuperarse de una variedad de anomalías si ocurriera alguna”, dijo Marc Bell, cofundador, presidente y director ejecutivo de Terran Orbital.

Como nunca antes se ha colocado ninguna nave espacial en este tipo de órbita, CAPSTONE liderará el camino para Gateway. Además, la misión de CAPSTONE demostrará diversas tecnologías que sentarán las bases para el respaldo comercial de futuras operaciones lunares.

Visualiza el viaje de CAPSTONE en tiempo real

La NASA invita al público a seguir el viaje de CAPSTONE en vivo utilizando la visualización interactiva de datos en 3D en tiempo real Eyes on the Solar System (Ojos en el sistema solar) de la NASA. A partir de aproximadamente una semana después del lanzamiento, puedes viajar virtualmente junto con el CubeSat con una vista simulada de nuestro sistema solar.

El programa de Tecnología de Pequeñas Naves Espaciales de la NASA dentro de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD, por sus siglas en inglés) de la agencia financia la misión de demostración. El programa tiene su sede en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California. El desarrollo de la tecnología de navegación de CAPSTONE está respaldado por el programa de Investigación para la Innovación en Pequeñas Empresas y Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas (SBIR/STTR, por sus siglas en inglés) de la NASA, también dentro de la STMD. La División de Desarrollo de la Campaña Artemis dentro de la Dirección de Misiones de Desarrollo de Sistemas de Exploración de la NASA financia el lanzamiento y apoya las operaciones de la misión. El Programa de Servicios de Lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida gestiona el lanzamiento.

Por Gianine Figliozzi
Centro de Investigación Ames de la NASA

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