Módulos de aterrizaje y vehículos de exploración lunar de última generación

Las grandes empresas de la industria aeroespacial y las emergentes colaboran y compiten para conquistar la Luna y contribuir a dar forma al futuro. En los próximos 10 años, desarrollarán una amplia gama de vehículos móviles y módulos de aterrizaje estacionarios en la Luna. 

Los módulos de aterrizaje se utilizarán para experimentación científica, servicios comerciales, publicidad y actividades promocionales, y como bases para la minería y la exploración lunar. Los módulos de aterrizaje también ayudarán a los módulos de exploración con los sistemas de comunicaciones, actuando como nodos de datos y proporcionando enlaces ascendentes a los satélites situados en la órbita lunar para su posterior retransmisión a la Tierra. Los vehículos de exploración se utilizarán sobre todo para buscar minerales, transportar carga, tripulación y herramientas, a la vez que harán posible explorar, tomar muestras y cartografiar la superficie lunar. 

Las misiones atambién representarán nuevas y excelentes oportunidades para que las naciones y las empresas fomenten un renovado interés por el espacio y por las oportunidades casi ilimitadas que ofrece la Luna.

En la actualidad, cada módulo de aterrizaje o vehículo de exploración lunar se diseña y construye a medida para una tarea en particular. Su tamaño, duración de la batería y otras especificaciones clave se determinan en función de lo que sea absolutamente necesario para completar esa tarea

Algunos de los primeros vehículos de exploración que se utilizarán serán dispositivos del tamaño de una caja de zapatos o una maleta diseñados para explorar cráteres y descender a tubos de lava para cartografiarlos, recoger muestras, buscar minerales o detectar hielo. La exploración de los polos y otras tareas importantes requerirán vehículos más grandes y de más capacidad.

A finales de la década, habrá una gama más amplia de vehículos de exploración, desde los de transporte de minerales y materiales para la extracción de helio-3 hasta los autónomos y habitables, capaces de transportar con comodidad a dos o tres astronautas sin trajes presurizados para misiones de 30 días o más. Es posible que los vehículos más grandes tengan que entregarse por partes y que los astronautas o los robots los ensamblen en la superficie lunar. 

Cuando se transportan de la Tierra a la Luna, los módulos de aterrizaje y los vehículos de exploración son solo cargamento. Por lo tanto, deben construirse para tolerar las condiciones durante el lanzamiento, el vuelo y el aterrizaje del cohete y a la vez estar listos para funcionar en la superficie lunar. 

Al diseñar un vehículo que opere en la Luna deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

• Polvo: La superficie lunar supone una gran amenaza para los módulos de aterrizaje y los vehículos de exploración. porque el polvo se adhiere a las ruedas y a la parte inferior de los vehículos y puede dañar los sistemas mecánicos y eléctricos. El riesgo de que entre polvo también limita la velocidad a entre 5 y 10 millas por hora, ya que a mayor velocidad se levanta más polvo. Por ello, los vehículos y componentes con destino a la Luna deben someterse a pruebas exhaustivas en instalaciones equipadas con simuladores de polvo.
• Terreno difícil: La superficie de la Luna está llena de cráteres que someten a los vehículos de exploración a vibraciones extremas y pronunciados ascensos y descensos en ángulo.
• Variación de la temperatura: La temperatura puede ir de -180°C a 180°C (-292°F to 356°F) con mucha rapidez a medida que el vehículo de exploración entra y sale de las sombras del cráter lunar.
• Manejo de la energía: Antes de aterrizar, un módulo requiere propulsión u otras funciones con alta demanda de energía. Después de aterrizar, la necesidad de energía se vuelve relativamente estable y pueden depender de la energía solar con una batería de reserva, si es necesario, para sobrevivir a la larga noche lunar. Sin embargo, los vehículos de exploración más grandes necesitan más energía que la que los paneles solares pueden proporcionar. Por lo tanto, se requiere una batería o fuente de energía nuclear para tolerar las fluctuaciones en la velocidad de un momento a otro y las necesidades de energía en función de su misión. Por ejemplo, las tareas del módulo de exploración como perforar, cargar y explorar, requieren sistemas de alimentación más complejos que los de un módulo de aterrizaje.
• Expendabilidad: Los vehículos de exploración más pequeños tienden a ser menos críticos para la seguridad y tienen una expectativa de vida más corta en comparación con los más grandes. También son relativamente fáciles de reemplazar. Los vehículos de exploración lunmás grandes están diseñados y equipados para llevar a cabo misiones que podrían durar meses, por lo que el manejo de la energía, la criticidad y la durabilidad son claves aspectos a considerar en el diseño. Con el tiempo, se dispondrá de centrales eléctricas o estaciones para recargar las baterías del vehículo de exploración con la misma facilidad con la que hoy se recarga un vehículo eléctrico en la Tierra.

• Reglamentos y restricciones: Aunque existen varios tratados y acuerdos internacionales, los viajes y el comercio espaciales no están sujetos en la actualidad a un conjunto universal de reglamentos o restricciones. Por lo tanto, se necesitan nuevas leyes y reglamentos para la comercialización del espacio. Mientras tanto, cada país maneja sus propios programas espaciales y lunares. Por ejemplo, en Estados Unidos, la NASA (Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio ) tiene autoridad sobre las actividades civiles dirigidas por el gobierno, mientras que la FAA (Administración Federal de Aviación) es responsable de todas las actividades y despegues comerciales. Independientemente de quién tenga autoridad, las misiones civiles y comerciales están sujetas a cumplir con estrictos requisitos en términos de criticidad y confiabilidad.

Cada nación o empresa comercial debe tomar decisiones difíciles antes de comprometerse a realizar una misión. La ESA (Agencia Espacial Europea) desarrolló un sistema de clasificación para ayudar a guiar el proceso de toma de decisiones. Para clasificar cada misión de la ESA como Clase I, II, III, IV o V, se consideran los siguientes criterios de medición: 

• Criticidad para las estrategias de la agencia: Como misiones Flagship, cooperación internacional y el impacto en las metas estratégicas y la imagen de la ESA.
• Objetivos de las misiones a la Luna: identifica la prioridad y el propósito de la misión, que puede ir desde demostraciones en órbita hasta misiones que son solo educativas.
• Costo al final de la misión: Clasifica las nuevas misiones a la Luna según el costo, comenzando con las misiones de Clase V que cuestan menos de 1 millón de euros hasta las de Clase I que cuestan más de 700.
• Duración de la misión: define cuánto durará la misión, desde 3 meses para las de Clase V hasta más de 10 años para las de Clase I.
• Complejidad de la misión: considera si la misión utilizará interfaces de diseño nuevas o existentes, transportará cargamentos especiales o requerirá el desarrollo de nueva tecnología.

La asignación de clase de la misión determinará los tipos de componentes esenciales para el diseño final del módulo de aterrizaje o el vehículo de exploración. Al más alto nivel, las misiones de Clase I requieren productos robustos desarrollados para cumplir con las condiciones extremas en el espacio. En misiones de clase V, puede considerarse la posibilidad de utilizar componentes menos robustos, pero confiables.

Aunque este sistema de clasificación es específico de la ESA, cada país u organización debe determinar en última instancia qué es aceptable. 

Las organizaciones gubernamentales y las principales empresas de la industria aeroespacial suelen ser cautelosas al desarrollar nuevos proyectos en el ámbito del espacio. La mayor parte de la innovación en el diseño de los módulos de aterrizaje y los vehículos de exploración proviene ahora de empresas emergentes, que toman más riesgos y optan por forjar nuevos caminos. La industria ha llegado a un punto de inflexión en el que los costos se están volviendo lo suficientemente asequibles tanto que si la propuesta de una empresa emergente parece comercialmente viable, los inversores están más dispuestos a tomar riesgos con respecto a proyectos en el espacio.

En particular, SpaceX ha hecho que viajar al espacio sea mucho más fácil y menos costoso, lo que ha inspirado a otros a desafiar el status quo y asumir más riesgos comerciales. 

Otro ejemplo de esta nueva estrategia se demostró en abril de 2023 cuando ISPACE intentó convertirse en la primera empresa privada japonesa en aterrizar en la Luna. A pesar de los retos iniciales, ISPACE planea intentarlo de nuevo el próximo año en una misión que incluirá una mezcla de experimentos científicos y oportunidades publicitarias.

Las empresas innovadoras como ISPACE y SpaceX están dispuestas a asumir más riesgos y aprender de sus errores, lo que se traduce en ciclos de desarrollo más rápidos y menores costos de desarrollo. Las cosas no siempre resultan según lo planeado, pero este enfoque de prueba y error puede ser una forma más rentable y rápida de alcanzar un objetivo final.

Los componentes de TE Connectivity se utilizaron en los primeros vehículos de exploración lunar construidos a principios de los setenta y continúan en uso en la actualidad. Los relevadores HARTMAN de 100 A (N422DG) y 50 amperios (N218DG) de TE Connectivity han viajado a la Luna. Los robustos contactos de HARTMAN brindan un alto rendimiento en un tamaño que es una fracción del de los productos de control industrial típicos utilizados en la Tierra.

Los elevadores de alta tensión KILOVAC K40P de TE Connectivity se utilizaron en Marte, en el Curiosity, un vehículo de exploración de la NASA y en la nave espacial BepiColombo que se dirige a Mercurio y se estima llegue en 2025. Los relevadores KILOVAC también se utilizan en la Estación espacial internacional y se siguen empleando en gran medida en programas de satélites espaciales.

Además, los contactores de alta tensión KILOVAC CAP120de TE Connectivity, los alambres SPEC 55 con certificación ESA, los conectores DBAS, los conectores RF y los conectores coaxiales MICRODOT se utilizan en la misión Chandrayaan-3 de India, que aterrizó en la Luna en septiembre de 2023.

En TE, nuestros productos son solo una parte de la solución. También tenemos la experiencia y la capacidad para adaptar productos existentes de otras industrias o aplicaciones para ayudar a satisfacer las demandas extremas del entorno en la luna. Si los componentes existentes diseñados originalmente para su uso en la Tierra no toleran las rigurosas pruebas de simulación espacial, los ingenieros de TE Connectivity pueden contribuir al desarrollo de soluciones nuevas y más robustas que sí puedan hacerlo.

• Cada vez son más los países y empresas que compiten por ser los primeros en aprovechar el potencial sin explotar de los recursos y las oportunidades que ofrece la Luna.
• Los módulos de aterrizaje y vehículos de exploración son esenciales para cualquier misión en la que se llevarán o traerán personas y cargamento hacia o desde la superficie de la Luna.
• Ela actualidad, cada módulo de aterrizaje o vehículo de exploración lunar se diseña y construye para una tarea en particular. Sin embargo, se perfila un cambio hacia una mayor estandarización.   
• Cada nación o empresa comercial debe considerar los factores medioambientales y de criticidad antes de comprometerse con una misión lunar.
• La mayor parte de la innovación en el diseño de los módulos de aterrizaje y los vehículos de exploración proviene de empresas emergentes, que toman más riesgos que los principales líderes de la industria aeroespacial tradicional.
• TE Connectivity ofrece los productos, la experiencia y la capacidad que permiten a los módulos de aterrizaje y los vehículos de exploración satisfacer las condiciones extremas del entorno en la Luna.