Estación Espacial
Definición
Una estación espacial , también conocida como estación orbital o estación espacial orbital , es una nave espacial capaz de soportar miembros de la tripulación, que está diseñada para permanecer en el espacio (más comúnmente como un satélite artificial en órbita baja de la Tierra) durante un período prolongado y para que otras naves espaciales atraquen. Una estación espacial se distingue de otras naves espaciales utilizadas para vuelos espaciales tripulados por la falta de grandes sistemas de propulsión o aterrizaje. En cambio, otros vehículos transportan personas y carga hacia y desde la estación. A partir de abril de 2018, dos estaciones espaciales están en la órbita de la Tierra: la Estación Espacial Internacional (operativa y habitada permanentemente) y la Tiangong-2 de China (operativa pero no habitada permanentemente). Las estaciones anteriores incluyen las series Almaz y Salyut, Skylab, Mir , y más recientemente Tiangong-1.
Las estaciones espaciales de hoy en día son plataformas de investigación, que se utilizan para estudiar los efectos del vuelo espacial a largo plazo en el cuerpo humano, y para proporcionar plataformas para un mayor número y duración de estudios científicos que los disponibles en otros vehículos espaciales. Cada miembro de la tripulación permanece a bordo de la estación durante semanas o meses, pero rara vez más de un año. Desde el infortunado vuelo de Soyuz 11 hasta Salyut 1, todos los registros de la duración de los vuelos espaciales humanos se han establecido en las estaciones espaciales. El registro de duración de un solo vuelo espacial es de 437,7 días, establecido por Valeriy Polyakov a bordo del Mir desde 1994 hasta 1995. A partir de 2016, cuatro cosmonautas han completado misiones únicas de más de un año, todas a bordo del Mir. Las estaciones espaciales también se han utilizado para fines militares y civiles. La última estación espacial de uso militar fue Salyut 5, que fue utilizada por el programa Almaz de la Unión Soviética en 1976 y 1977.
Historia
Conceptos iniciales
Las estaciones espaciales se han previsto desde al menos tan temprano como 1869 cuando Edward Everett Hale escribió "The Brick Moon". Los primeros en considerar seriamente las estaciones espaciales fueron Konstantin Tsiolkovsky a principios del siglo XX y Hermann Oberth unas dos décadas después. En 1929 se publicó El problema de los viajes espaciales de Herman Potočnik , el primero en visualizar una estación espacial de "rueda giratoria" para crear gravedad artificial.
Durante la Segunda Guerra Mundial, científicos alemanes investigaron el concepto teórico de un arma orbital basada en una estación espacial. Siguiendo la idea de Oberth de un arma espacial, la llamada "pistola solar" era un concepto de una estación espacial que orbitaba la Tierra a una altura de 8,200 kilómetros (5,100 millas), con un arma que debía utilizar la energía del sol.
En 1951, en Collier's Weekly , Wernher von Braun publicó su diseño para una estación espacial de rueda giratoria, que hacía referencia a la idea de Potočnik; sin embargo, estos conceptos nunca saldrían del concepto conceptual durante el siglo XX.
Durante el mismo tiempo en que von Braun persiguió las ideas de Potočnik, las oficinas de diseño soviéticas, principalmente el OKB-52 de Vladimir Chelomey, seguían las ideas de Tsiolkovsky para las estaciones espaciales. El trabajo de OKB-52 llevaría al programa Almaz y (junto con OKB-1) a la primera estación espacial: Salyut 1. El hardware desarrollado sentó las bases para las estaciones espaciales Salyut y Mir, e incluso hoy es una parte considerable de la estación espacial ISS.
Salyut, Almaz y Skylab (1971-1986)
La primera estación espacial fue Salyut 1, que fue lanzada por la Unión Soviética el 19 de abril de 1971. Como todas las primeras estaciones espaciales, era "monolítica", pensada para ser construida y lanzada en una sola pieza, y luego habitada por una tripulación luego. Como tal, las estaciones monolíticas generalmente contenían todos sus suministros y equipos experimentales cuando se lanzaban, y se consideraban "gastadas", y luego se abandonaban, cuando se agotaron.
Todas las estaciones soviéticas anteriores fueron designadas como "Salyut", pero entre ellas había dos tipos distintos: civiles y militares. Las estaciones militares, Salyut 2, Salyut 3 y Salyut 5, también fueron conocidas como estaciones Almaz.
Las estaciones civiles Salyut 6 y Salyut 7 se construyeron con dos puertos de atraque, lo que permitió que una segunda tripulación lo visitara, trayendo una nueva nave espacial con ellos; el transbordador Soyuz podría pasar 90 días en el espacio, luego de lo cual tuvo que ser reemplazado por una nueva nave espacial Soyuz. Esto permitió que un equipo manejara la estación continuamente. Skylab también estaba equipado con dos puertos de acoplamiento, como estaciones de segunda generación, pero el puerto adicional nunca se utilizó. La presencia de un segundo puerto en las nuevas estaciones permitió que los vehículos de suministro de Progress se conectaran a la estación, lo que significa que se podrían llevar suministros frescos para ayudar a las misiones de larga duración. Este concepto se expandió en Salyut 7, que "atracó con fuerza" con un remolcador TKS poco antes de que fuera abandonado; esto sirvió como una prueba de concepto para el uso de estaciones espaciales modulares.
Mir (1986-2001)
A diferencia de estaciones anteriores, la estación espacial soviética Mir tenía un diseño modular; se lanzó una unidad central y luego se agregaron módulos adicionales, generalmente con un rol específico. Este método permite una mayor flexibilidad en el funcionamiento, así como la eliminación de la necesidad de un único vehículo de lanzamiento inmensamente potente. Las estaciones modulares también están diseñadas desde el principio para que sus suministros sean provistos por soporte logístico, lo que permite una vida útil más prolongada a costa de requerir lanzamientos de soporte regulares.
ISS (1998-presente)
El primer módulo de la Estación Espacial Internacional, Zarya, se lanzó en 1998. El ISS está dividido en dos secciones principales, el Segmento Orbital Ruso (ROS) y el Segmento Orbital de los Estados Unidos (USOS).
Los módulos de USOS fueron llevados a la estación por el transbordador espacial y se unieron manualmente a la ISS por los equipos durante los EVA. Las conexiones se realizan manualmente para energía eléctrica, datos, propulsión y fluidos de enfriamiento. Esto da como resultado una sola pieza que no está diseñada para el desmontaje.
Los módulos del Segmento Orbital Ruso son capaces de lanzarse, volar y atracar sin intervención humana usando cohetes Protón. Las conexiones se realizan automáticamente para energía, datos y fluidos de propulsión y gases. El enfoque ruso permitiría hipotéticamente el ensamblaje de estaciones espaciales orbitando otros mundos en preparación para misiones humanas.
Las estaciones espaciales rusas modulares o de "segunda generación" difieren de las estaciones monolíticas de una sola pieza al permitir la reconfiguración de la estación para adaptarse a las necesidades cambiantes. Según un informe de 2009, RKK Energia consideró la eliminación de algunos módulos de ROS cuando se llega al final de la misión para que la ISS los reutilice como parte de una nueva estación, conocida como el Conjunto Piloto Orbital y el Complejo Experimental. Sin embargo, en septiembre de 2017, el jefe de Roscosmos dijo que se había estudiado la viabilidad técnica de separar la estación para formar OPSEK, y que ahora no había planes para separar el segmento ruso del ISS.
Tiangong (2011-presente)
El primer laboratorio espacial de China, Tiangong-1, se lanzó en septiembre de 2011. El Shenzhou 8 desaturado realizó un encuentro automático y atraque en noviembre de 2011. El Shenzhou 9 tripulado atracó con Tiangong-1 en junio de 2012, el Shenzhou 10 tripulado en 2013 . Tiangong-2 se lanzó en septiembre de 2016; un Tiangong-3 planificado se fusionó con Tiangong-2 y, por lo tanto, no se ordenó.
En mayo de 2017, China informó a la Oficina de Asuntos del Espacio Ultraterrestre de las Naciones Unidas que la altitud de Tiangong-1 estaba disminuyendo y que pronto volvería a entrar en la atmósfera y se rompería. Se prevé que el reingreso ocurra a fines de marzo o principios de abril de 2018. Según la Oficina de Ingeniería Espacial Tripulada de China, Tiangong-1 volvió a ingresar en el Océano Pacífico Sur, al noroeste de Tahití, el 2 de abril de 2018 a las 00:15 UTC.
Habitabilidad
El entorno de la estación espacial presenta una variedad de desafíos a la habitabilidad humana, incluidos problemas a corto plazo, como el suministro limitado de aire, agua y alimentos y la necesidad de gestionar el calor residual, y los de larga duración, como la ingravidez y los niveles relativamente altos de radiación ionizante. Estas condiciones pueden crear problemas de salud a largo plazo para los habitantes de la estación espacial, incluida la atrofia muscular, el deterioro óseo, trastornos del equilibrio, trastornos de la vista y un elevado riesgo de cáncer.
Los hábitats espaciales futuros pueden tratar de abordar estos problemas, y podrían diseñarse para la ocupación más allá de las semanas o meses que duran las misiones actuales. Las posibles soluciones incluyen la creación de gravedad artificial mediante una estructura giratoria, la inclusión de blindaje contra la radiación y el desarrollo de ecosistemas agrícolas in situ. Algunos diseños incluso pueden acomodar a un gran número de personas, convirtiéndose esencialmente en "ciudades en el espacio" donde las personas residirían de forma semipermanente. Por ahora, no se ha construido ninguna estación espacial adecuada para la residencia humana a largo plazo, ya que los costos de lanzamiento actuales, incluso para una estación pequeña, no son económica o políticamente viables.
Arquitectura
Una estación espacial es un sistema complejo con muchos subsistemas interrelacionados, que incluyen estructura, energía eléctrica, control térmico, determinación y control de actitud, navegación orbital y propulsión, automatización y robótica, informática y comunicaciones, soporte ambiental y de vida, instalaciones de la tripulación y tripulación e Transporte de carga.
Microbiología ambiental
A pesar de una gama cada vez mayor de enfoques moleculares para detectar microorganismos, los medios rápidos y robustos para evaluar la viabilidad diferencial de las células microbianas, en función del linaje filogenético, siguen siendo difíciles de alcanzar. Los moldes que se desarrollan a bordo de las estaciones espaciales pueden producir ácidos que degradan el metal, el vidrio y el caucho.
Lista de estaciones espaciales
Las estaciones espaciales soviéticas se presentaban en dos tipos, la Estación Orbital duradera civil (DOS) y las estaciones militares Almaz .
Las fechas se refieren a los períodos en que las estaciones estaban habitadas por tripulaciones.
Las fechas se refieren a los períodos en que las estaciones estaban habitadas por tripulaciones.
- Estaciones espaciales de Salyut
(URSS): 1971-1986- Salyut 1: 1971, 1 tripulación y 1 conexión fallida
- DOS-2: 1972, falla de lanzamiento
- Salyut 2 / Almaz: 1973, falla poco después del lanzamiento
- Kosmos 557: 1973, reingresado once días después del lanzamiento
- Salyut 3 / Almaz: 1974, 1 tripulación y 1 conexión fallida
- Salyut 4: 1975, 2 tripulaciones y 1 tripulación planeada, no pudieron alcanzar la órbita
- Salyut 5 / Almaz: 1976-1977, 2 equipos y 1 conexión fallida
- Salyut 6: 1977-1981, 16 equipos (5 de larga duración, 11 de corta duración) y 1 conexión fallida
- Salyut 7: 1982-1986, 10 equipos (6 de larga duración, 4 de corta duración) y 1 conexión fallida
- Skylab
(EE. UU.): 1973-1979, 3 equipos - Mir /
(URSS / Rusia): 1986-2000, 28 tripulaciones de larga duración - Estación Espacial Internacional (ISS) (Rusia, Estados Unidos, Agencia Espacial Europea, Japón y Canadá): 2000 en curso, 54 equipos de expedición (a partir de enero de 2018)
- Programa Tiangong
(China): 2011 en curso- Tiangong-1: 2011-2018, 2 equipos
- Tiangong-2: 2016-en curso, 1 tripulación, 1 buque de reabastecimiento no tripulado
Proyectos cancelados
- El proyecto del Laboratorio de Órbita Controlada de laFuerza Aérea de los Estados Unidos (MOL, por sus siglas en inglés) debía emplear elementos del arte Gemini existente. Esto era inusual en ser un proyecto explícitamente militar, a diferencia del programa soviético Almaz, que estaba estrechamente entrelazado y oculto por el programa Salyut contemporáneo. Fue cancelado en 1969, aproximadamente un año antes del primer vuelo de prueba planeado.
- Se fabricó una segunda unidad Skylab ( Skylab B ) como artículo de respaldo; debido a los altos costos de proporcionar vehículos de lanzamiento, y el deseo de la NASA de cesar las operaciones de Saturno y Apolo a tiempo para prepararse para el lanzamiento del transbordador espacial en servicio, nunca fue volado. El casco ahora se puede ver en el Museo Nacional del Aire y el Espacio, en Washington DC.
- Se produjeron varios Salyuts adicionales , como copias de seguridad o como artículos de vuelo que luego se cancelaron.
- El programa Freedom de la Estación Espacial de los Estados Unidos , a pesar de estar en desarrollo durante diez años, nunca se lanzó, sino que evolucionó hacia la Estación Espacial Internacional.
- La estación Mir-2 soviética / rusa , que nunca se construyó, tenía algunos de sus elementos incorporados en la Estación Espacial Internacional.
- El Industrial Space Facility fue una estación propuesta en la década de 1980 que se financiaría de manera privada. El proyecto fue cancelado cuando la compañía creada para construirlo, Space Industries Incorporated, no pudo obtener fondos del gobierno de los Estados Unidos.
- El proyecto europeo de Columbus planeó crear una pequeña estación espacial atendida por el transbordador Hermes. Se convirtió en el ISS Columbusmodule.
- Excalibur Almaz, una compañía con sede en la Isla de Man, estaba desarrollando un vehículo espacial reutilizable y una estación espacial basada en la antigua tecnología soviética "Almaz" para volar a principios de la década de 2010. En marzo de 2016, se anunciaron planes para convertir el equipo en una exhibición educativa, debido a la falta de fondos.
Proyectos planeados
- China planea establecer su primera estación espacial permanente, llamada provisionalmente la gran estación espacial modular china, para recibir tripulaciones para el año 2022, cuya construcción está programada para comenzar en 2019.
- En abril de 2008, la agencia espacial rusa propuso la construcción del Complejo Piloto Orbital de Pruebas y Experimentos (OPSEK), una estación espacial que serviría como un patio de asamblea orbital para naves espaciales demasiado pesadas para lanzarlas directamente desde la Tierra. No comenzaría la construcción ni se terminaría hasta después del desmantelamiento de la Estación Espacial Internacional. Este plan fue descrito a los socios de ISS por Anatoly Perminov el 17 de junio de 2009.
- La firma estadounidense Bigelow Aerospace está desarrollando la Estación Espacial Comercial Bigelow, un complejo orbital privado. Bigelow propone construir la estación espacial usando el módulo de nave espacial expandible B330, así como otros módulos. El 8 de abril de 2016, se lanzó un módulo de actividad expansible Bigelow de menor escala a la Estación Espacial Internacional para probar in situ la tecnología de hábitat expansible.
- La empresa rusa Orbital Technologies está desarrollando la Estación espacial comercial Orbital Technologies, una estación espacial privada que serviría como hotel para turistas espaciales.
- En diciembre de 2011, Boeing propuso una plataforma de pasarela de exploración que se construiría en el ISS y se reubicaría mediante un remolcador espacial en un punto de Lagrange de la Tierra y la Luna (EML-1 o 2). El propósito de la plataforma sería servir como un depósito propulsor y para apoyar misiones de aterrizaje lunar con un módulo de aterrizaje lunar reutilizable después de los primeros dos vuelos de SLS.
- En febrero de 2012, Playboy propuso un "club espacial" orbital, junto con Virgin Galactic. Sus planes incluyen un restaurante y un club de baile de gravedad cero.
- La India planea actualizar su vehículo orbital ISRO para llevar a cabo el encuentro y el acoplamiento después del programa indio de vuelos espaciales humanos.
- A partir de 2015, la NASA está desarrollando Deep Space Habitats (DSH) bajo las siguientes tecnologías espaciales para asociaciones de exploración (NextSTEP) para estaciones espaciales Beyond Earth Orbit (BEO) y vehículos de transferencia.
- NanoRacks, después de finalizar su contrato con la NASA, y después de ganar el premio NextSTEPs Fase II, ahora está desarrollando su concepto Independence-1 (anteriormente conocido como Ixion), que convertiría tanques de cohetes gastados en una sala habitable para probar en el espacio. En la primavera de 2018, NanoRacks anunció que Ixion ahora es Independence-1, el primer 'puesto avanzado' en el programa Space Outpost de NanoRacks.