¿Es Factible una Gasolinera Espacial?

Gasolinera espacial

Elon Musk ha dado un paso más en su actitud optimista ante el futuro de la exploración espacial. En este caso propuso que el proyecto de nave Starship pudiera tener una “gasolinera en espacial” en órbita, lo que solucionaría el problema del consumo de combustible ocasionado en el lanzamiento de cohetes desde la Tierra.

Actualmente, ese el tendón de Aquiles del programa espacial, siendo el problema a solucionar. Los cohetes son lanzados desde la superficie terrestre, pero una vez salen de la atmósfera terrestre, se encuentran con el hándicap de no tener suficiente combustible para seguir con misiones de larga duración.

Elon Musk propone crear una nave SpaceX Starship que se encuentre en órbita y que siga el mismo principio que el repostaje en vuelo militar. Con esto se solucionaría el problema de los viajes a la Luna y más tarde al “más allá”.

Elon Musk explica que el máximo esfuerzo en este proyecto lo llevaría el lanzamiento inicial desde la Tierra del “Super Heavy Rocket (BFR)”, que lanzaría la Starship al espacio. Una vez en el espacio, la Starship podría viajar a la Luna y volver a la Tierra, siempre con la ventaja de tener diversas naves en órbita que le harían de “gasolinera espacial” para poder continuar con sus misiones. Esto facilitaría y relanzaría el programa espacial dando más capacidad y alcance a las misiones espaciales en el futuro.

También, propone que pueda haber otra “nave gasolinera” que este posicionada en la Luna que pueda hacer a su vez de gasolinera para naves próximas a la Luna. En este caso la propia Starship podría despegar desde la Luna usando sus propios motores Raptors y hacer de gasolinera para las naves próximas a la Luna, toda una revolución espacial.

Repostaje en Marte

El perfil de la misión para una nave estelar que viaja a Marte consta de las siguientes fases:

Lanzamiento desde la Tierra con carga útil ligada a Marte, llegando a la órbita con tanques secos para posterior repostaje en órbita.

2. Repostar en órbita con múltiples lanzamientos de buques cisterna Starship, posicionándolos en órbita a la espera de la llegada desde la Tierra y encuentro, rellenando los tanques.

3. Dejar la órbita de Marte para aterrizaje sobre el planeta rojo sin inserción orbital.

4. MISION MARTE

5. Repostar en la superficie de Marte, para lo cual habría posicionados Starships de repostaje sobre la superficie.

6. Lanzamiento desde Marte y transferencia con la órbita a la Tierra.

7. Aterrizaje en la Tierra sin inserción orbital.

Las misiones iniciales no tripuladas (2022) terminan en la fase 4, están destinadas a permanecer en Marte indefinidamente. Pero para que las misiones tripuladas posteriores regresen a la Tierra, la nave espacial tendrá que ser completamente reabastecido en la superficie de Marte. Esto implica que antes de que la misión tripulada llegara a Marte, la infraestructura para llevar a cabo esto está en su lugar, idealmente, con un conjunto completo de tanques de combustible sentados en Marte.

La ingeniería y sus implicaciones

El plan de reabastecimiento de combustible es In-Situ Propellant Production (ISPP), tomando recursos presentes en Marte y produciendo recursos útiles. El recurso más fácilmente disponible para el procesamiento en Marte es la atmósfera marciana, que tiene la siguiente composición:

Dióxido de carbono (CO2): 95,32%

Nitrógeno (N2): 2,7%

Argón (Ar): 1,6%

Oxígeno (O2): 0,13%

Monóxido de carbono (CO): 0,08%

Con elementos adicionales disponibles sólo en cantidades de traza.

El combustible para Starship es metano simple (elegido en parte debido a la facilidad de su producción en Marte) y el propulsor es oxígeno líquido. El metano es CH4 — cuatro átomos de hidrógeno y un átomo de carbono.

Mirando la tabla de composición anterior, el carbono está fácilmente disponible, al igual que el oxígeno para el propulsor. El elemento que falta es hidrógeno.

PRODUCCIÓN DE OXÍGENO EN MARTE. MOXIE.

MOXIE (Mars Oxigen In situ Experiment) será el dispositivo que fabricará oxígeno en la atmósfera marciana para poder hacer viables las misiones en Marte.

Imagen del sistema Moxie

El MOXIE producirá oxígeno utilizando el dióxido de carbono de la atmósfera marciana (al 96%), siguiendo el principio de compresión del dióxido de carbono que es sometido a electrolisis para convertirlo en oxígeno. Este dispositivo ya se está probando en futuros robots de exploración marciana, como será el MARS 2020, que lleva incorporado un pequeño MOXIE, que probará la viabilidad del sistema.

NASA ya trabaja en dispositivos mayores para en caso que MOXIE sobre MARS 2020 funciones, preparar la llegada del ser humano a Marte con dispositivos mucho mayores que aseguren esta capacidad sobre Marte.

Cómo crear hidrógeno en Marte

La forma más sencilla pero que quita capacidad de transporte en la nave sería simplemente llevarlo como parte de la carga útil. El hidrógeno es aproximadamente 25% la masa molecular de metano, por lo que esto equivale a llevar una cuarta parte de la masa del combustible total. Desglosando esto:

Masa de combustible de metano de la nave estelar: 240.000kg

Porción de hidrógeno de la masa de combustible: 240.000kg * .25 a 60.000kg

Carga útil de la nave estelar a Marte: 100.000kg

Llevar el hidrógeno a lo largo consumiría dos tercios de la capacidad de carga útil, pero es factible.

Otra forma sería extraerlo de la superficie de marte, para ello habría que extraerlo del agua que se encuentra enterrada en la superficie marciana, lo que sería muy costoso pero a la larga lo más viable. Con la confirmación de la existencia de agua congelada en los polos del planeta o en forma de tenues nubes en la atmósfera, cabría la posibilidad de extraer ese hidrógeno y así aligerar la carga en la nave inicial que viaje a Marte.