Programa Constellation

La NASA planeaba utilizar dos cohetes propulsores distintos para las misiones del Programa Constellation: el Ares I para la tripulación y el Ares V para la carga. Esto habría permitido optimizar ambos vehículos de lanzamiento para sus respectivas misiones y proporcionar una capacidad de carga total mucho mayor para el Ares V sin que el coste resultara prohibitivo. De este modo, el Programa Constellation combinaba el método de encuentro en órbita lunar, adoptado por las misiones lunares del programa Apolo, con el método de encuentro en órbita terrestre , que también se había considerado.

El nombre Ares (el dios griego llamado Marte en la mitología romana) fue elegido para los propulsores como referencia al objetivo del proyecto: aterrizar en Marte. Los números I y V fueron elegidos para rendir homenaje a los cohetes Saturno de la década de 1960.

Ares I

La nave espacial Orion habría sido lanzada a una órbita terrestre baja por el cohete Ares I (el "Stick"), desarrollado por Alliant Techsystems , Rocketdyne y Boeing . ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} Anteriormente conocido como Vehículo de Lanzamiento de Tripulación (CLV), el Ares I consistía en un único propulsor de cohete sólido (SRB) derivado en parte de los propulsores primarios utilizados en el sistema del Transbordador Espacial , conectado en su extremo superior por un conjunto de soporte entre etapas a una nueva segunda etapa de combustible líquido impulsada por un motor de cohete J-2X . La NASA seleccionó los diseños Ares por su seguridad general prevista, confiabilidad y rentabilidad. ^{[ 24 ]}

La NASA comenzó a desarrollar el vehículo de lanzamiento Ares I para órbita terrestre baja (análogo al Saturno IB del programa Apolo ), retomando la filosofía de desarrollo utilizada para el Saturno I original , que consistía en realizar pruebas de una etapa a la vez, algo a lo que George Mueller se había opuesto firmemente y que abandonó en favor de las pruebas "completas" para el Saturno V. En mayo de 2010, el programa llegó hasta el lanzamiento del primer vuelo de la primera etapa del Ares IX el 28 de octubre de 2009 y a las pruebas del sistema de aborto de lanzamiento Orion antes de su cancelación.

Etapa de partida de la Tierra

La Etapa de Partida Terrestre (EDS, por sus siglas en inglés) era el sistema de propulsión diseñado para colocar la etapa superior Altair en una trayectoria lunar desde la órbita terrestre baja. Fue diseñada como la segunda etapa de combustible líquido del cohete Ares V. La nave espacial Orion habría sido lanzada por separado por el Ares I, y luego se habría acoplado con la combinación EDS/Altair lanzada por el Ares V, transportando a la tripulación y configurando la nave espacial para su viaje a la Luna en un proceso conocido como encuentro en órbita terrestre .

La NASA planeaba utilizar los primeros vehículos desarrollados en el Programa Constellation para tareas en órbita terrestre que antes realizaba el Transbordador Espacial . ^{[ 28 ]} Pero a diferencia del X-33 y otros programas destinados a reemplazar al Transbordador, Constellation reutilizó conceptos de los programas Apolo y Transbordador Espacial . ^{[ 28 ]}

La forma del módulo de mando Orión se asemeja mucho a la forma aerodinámica del módulo de mando y servicio Apolo . Sin embargo, en otras áreas Orión emplea tecnología actualizada. ^{[ 29 ]} El diseño del vehículo de lanzamiento que lleva a Orión a la órbita, el Ares I , emplea muchos conceptos del programa Apolo.

El diseño del motor J-2X, destinado al cohete propulsor Ares V, iba a ser similar al del motor J-2 de los cohetes Saturno V y Saturno IB de la era Apolo. Para diseñar el J-2X, los ingenieros de la NASA visitaron museos, buscaron documentación de la era Apolo y consultaron con ingenieros que trabajaron en el programa Apolo. «La mecánica del aterrizaje y el despegue en la Luna ya está resuelta en gran medida», afirmó Jeff Hanley, director del programa Constellation. «Ese es el legado que nos dejó Apolo». ^{[ 30 ]} Sin embargo, a medida que avanzaba el programa J-2X, se hizo evidente que, debido a los requisitos de seguridad revisados ​​y al aumento de la masa de la etapa superior, era necesario desechar por completo el diseño original del J-2 y utilizar un diseño totalmente nuevo para el J-2X. ^{[ 31 ]}

Al igual que el programa Apolo, Constellation habría seguido una misión de encuentro en órbita lunar , pero a diferencia de Apolo, también habría utilizado el encuentro en órbita terrestre , transportando a la tripulación al vehículo. El módulo de aterrizaje, conocido como Altair , se habría lanzado por separado en el cohete Ares V , un cohete basado en tecnologías tanto del Transbordador Espacial como del programa Apolo. Orion se habría lanzado por separado y se habría acoplado con Altair en órbita terrestre baja. Además, a diferencia de Apolo, Orion habría permanecido sin tripulación en órbita lunar mientras toda la tripulación aterrizaba en la superficie lunar. Hacia el final de la misión, la nave espacial Altair se habría lanzado a la órbita lunar para acoplarse con la nave espacial Orion en un encuentro en órbita lunar. Al igual que Apolo, la cápsula Orion habría regresado a la Tierra, reingresando a la atmósfera y aterrizando en el agua.

Tras su fabricación en plantas privadas, las piezas del conjunto Ares I/Orion se probarían y ensamblarían en el Edificio de Ensamblaje de Vehículos del Centro Espacial Kennedy . Una vez finalizado el ensamblaje y fijada la fecha de lanzamiento, el transportador oruga trasladaría el conjunto completo, junto con la torre de soporte de lanzamiento y el Lanzador Móvil-1 , hasta la plataforma de lanzamiento LC-39B . Al llegar a la plataforma, el transportador oruga y la plataforma de lanzamiento se dejarían en su lugar y el transportador oruga se retiraría a una distancia segura.

Tras las comprobaciones de seguridad finales, el personal de tierra llenaría la segunda etapa con hidrógeno líquido (LH₂ ₎ y oxígeno líquido (LOX), y la tripulación, ataviada con trajes espaciales multiusos , entraría en la nave tres horas antes del despegue. Una vez dentro de la nave y tras la aprobación de todos los sistemas por parte de los controladores tanto en Cabo Cañaveral como en el Centro de Control de Misión en Houston, se procedería al lanzamiento del Ares I.

Tras una persecución orbital de dos días, la nave espacial Orion , que había desechado gran parte de su pila inicial durante el despegue, se encontraría con la Estación Espacial Internacional (ISS ). Tras recibir la autorización de Houston, Orion se acoplaría a la ISS. La tripulación, compuesta por un máximo de seis personas, entraría entonces en la estación para realizar numerosas tareas y actividades durante su vuelo, que normalmente duraba seis meses, aunque podía acortarse a cuatro o alargarse a ocho, dependiendo de los objetivos de la NASA para esa misión en particular. Una vez finalizada, la tripulación volvería a entrar en Orion, se aislaría de la ISS y, finalmente, se desacoplaría de la estación.

Una vez que la Orion alcanzó una distancia segura de la ISS, el Módulo de Comando (después de haber desechado el módulo de servicio desechable) reingresaría de la misma manera que todas las naves espaciales de la NASA anteriores al Transbordador, utilizando el escudo térmico ablativo para desviar el calor de la nave espacial y para desacelerarla de una velocidad de 17,500 mph (28,200 km/h) a 300 mph (480 km/h) . Después de completar el reingreso, el conjunto delantero sería desechado y se liberarían dos paracaídas de frenado, seguidos a 20,000 pies (6,100 m) por tres paracaídas principales y bolsas de aire llenas de nitrógeno (N₂ ₎ , que no se quema al exponerse al calor, lo que permite que la nave espacial americe. ^{[ 32 ]} Luego, el Módulo de Comando sería devuelto al Centro Espacial Kennedy para reacondicionarlo para un vuelo posterior. A diferencia del módulo de mando del Apolo, que se utilizó solo para un vuelo, un módulo de mando de Orión podría utilizarse teóricamente hasta diez veces en condiciones normales de funcionamiento.     

A diferencia de las misiones Apolo, donde tanto el módulo de mando y servicio Apolo como el módulo lunar Apolo se lanzaron juntos en el cohete Saturno V , la nave espacial tripulada Orion se lanzaría por separado del módulo de mando y servicio no tripulado y el módulo lunar. El conjunto Ares  V/Altair se ensamblaría en el Edificio de Ensamblaje de Vehículos y luego se transportaría a la plataforma de lanzamiento LC-39A , mientras que el  conjunto Ares M/Orion se transportaría a la plataforma adyacente 39B. El conjunto Ares V/EDS/Altair se lanzaría primero, a una órbita circular de 360 ​​km de altura. Aproximadamente 90 minutos después, el conjunto Ares I/Orion se lanzaría con la tripulación a una órbita casi idéntica.  

La nave Orion se encontraría entonces con la combinación Altair/EDS, que ya se encuentra en órbita terrestre baja. Tras los preparativos necesarios para el vuelo lunar, el EDS se encendería durante 390 segundos en una maniobra de inyección translunar (TLI), acelerando la nave espacial a 40 200 km/h (25 000 millas por hora ) . Después de este encendido, el EDS sería desechado. 

Durante los tres días de vuelo translunar, la tripulación de cuatro personas supervisaría los sistemas de la nave Orion, inspeccionaría su nave espacial Altair y su equipo de apoyo, y corregiría su trayectoria de vuelo según fuera necesario para permitir que la Altair aterrizara en un lugar cercano al polo, adecuado para una futura base lunar. Al aproximarse a la cara oculta de la Luna, la combinación Orion/Altair orientaría los motores de la Altair hacia adelante y realizaría la maniobra de inserción en órbita lunar (LOI).

Una vez en órbita lunar, la tripulación refinaría la trayectoria y configuraría la nave espacial Orion para un vuelo no tripulado, permitiendo que los cuatro tripulantes se transfirieran al vehículo Altair y aterrizaran en la Luna, mientras Orion esperaba su regreso. Tras recibir la autorización del Control de Misión, el Altair se desacoplaría de Orion y realizaría una maniobra de inspección, permitiendo a los controladores terrestres inspeccionar la nave espacial mediante la transmisión de televisión en directo instalada en Orion para detectar cualquier problema visible que impidiera el aterrizaje (en el programa Apolo, esto lo hacía el piloto del módulo de mando). Tras recibir la aprobación de los controladores terrestres, las dos naves se separarían a una distancia segura y los motores de descenso del Altair se encenderían de nuevo para un descenso controlado hasta un punto de aterrizaje predeterminado previamente seleccionado por la nave espacial no tripulada .

Tras el aterrizaje, la tripulación se pondría sus trajes espaciales para actividades extravehiculares (EVA) y comenzaría la primera de cinco a siete EVA lunares, recolectando muestras y desplegando experimentos. Después de completar sus operaciones de salida lunar, la tripulación entraría en la Altair y encendería el motor de la etapa de ascenso para despegar de la superficie, utilizando la etapa de descenso como plataforma de lanzamiento (y dejándola como plataforma para la futura construcción de una base). Al entrar en órbita, la Altair se encontraría y acoplaría con la nave espacial Orion que la esperaba, y la tripulación se trasladaría, junto con las muestras recolectadas en la Luna, de regreso a la Orion. Después de desechar la Altair, la tripulación realizaría la maniobra de inyección trans-terrestre (TEI) para el viaje de regreso a la Tierra.

Tras un vuelo de dos días y medio en la costa, la tripulación desecharía el Módulo de Servicio (dejándolo desintegrarse en la atmósfera) y el Módulo de Tripulación (CM) reingresaría a la atmósfera terrestre mediante una trayectoria de reentrada especial diseñada para reducir su velocidad de 25 000 millas por hora (40 200 km/h) a 300 millas por hora (480 km/h) , permitiendo así un amerizaje en el Océano Pacífico. Posteriormente, el Módulo de Tripulación sería trasladado de vuelta al Centro Espacial Kennedy para su reacondicionamiento, mientras que las muestras lunares serían enviadas al Laboratorio de Recepción Lunar del Centro Espacial Johnson (JSC) para su análisis.  

La Misión al Asteroide Orión fue una misión propuesta por la NASA a un asteroide cercano a la Tierra (NEA, por sus siglas en inglés) que utilizaría la nave espacial Orión estándar y un módulo de aterrizaje basado en un módulo lunar Altair modificado . La mayoría de sus detalles específicos han quedado obsoletos tras la cancelación del Programa Constellation y los diseños relacionados. Dicha misión podría evaluar el valor potencial del agua, el hierro, el níquel, el platino y otros recursos en el asteroide; probar posibles métodos de extracción; y posiblemente examinar o desarrollar técnicas que podrían usarse para proteger la Tierra de los impactos de asteroides . Esta sería la primera misión tripulada a un cuerpo extraterrestre distinto de la Luna y representaría un paso hacia una misión humana a Marte .

La misión comenzaría de forma similar a la misión de alunizaje descrita anteriormente, utilizando un Ares V para lanzar el módulo de aterrizaje a la órbita terrestre baja , seguido del lanzamiento de una nave espacial Orion, con una tripulación de dos o tres personas (a diferencia de la tripulación de cuatro personas para las misiones lunares) en un cohete Ares I. Una vez que la nave espacial Orion se acoplara con el módulo de aterrizaje y la etapa de salida de la Tierra (EDS), la EDS se encendería de nuevo e impulsaría la nave espacial Orion hacia un asteroide cercano a la Tierra, donde la tripulación aterrizaría y exploraría su superficie.

Una vez completada la tarea, la nave espacial Orión se separaría del asteroide y, al llegar a las proximidades de la Tierra, se desprendería tanto del módulo de servicio como del módulo de aterrizaje de manera similar a como lo hizo el Apolo 13 antes de entrar en la atmósfera para amerizar en el Océano Pacífico. ^{[ 33 ]}

El objetivo final del programa Constellation de la NASA era una misión tripulada que llevaría humanos a Marte en la década de 2030, como sucesor espiritual del Programa de Aplicaciones Apolo de la década de 1960. La misión utilizaría el hardware del Proyecto Constellation, principalmente la nave espacial Orion (o una variante basada en la Orion) y el vehículo de lanzamiento de carga Ares V. ^{[ 34 ]}

En 2009 se completó un estudio de diseño que utilizaba vehículos de lanzamiento Constellation, conocido como Arquitectura de Referencia de Diseño 5.0 (DRA 5.0). En DRA 5.0, una misión a Marte habría implicado múltiples lanzamientos de un cohete Ares V, así como un Ares I para lanzar a la tripulación. En la primera ventana de lanzamiento a Marte , se lanzarían dos cargas útiles a la órbita terrestre, junto con una etapa de cohete termonuclear para cada carga útil, con el fin de impulsarlas hacia Marte. Alternativamente, se podrían haber utilizado etapas de propulsión química (específicamente hidrógeno líquido/oxígeno líquido), aunque esto habría requerido más lanzamientos. Una de las cargas útiles incluiría un Vehículo de Ascenso a Marte (MAV), así como equipos de utilización de recursos in situ para generar propulsor para el MAV. La segunda carga útil sería un hábitat donde los astronautas vivirían durante su estancia en la superficie. En la siguiente ventana de lanzamiento, 26 meses después de la primera, la tripulación viajaría a Marte en un vehículo de transferencia interplanetaria con cohete termonuclear y módulos de propulsor ensamblados en órbita terrestre. Una vez en Marte, la tripulación se encontraría con el hábitat marciano en órbita, aterrizaría en Marte y exploraría durante 500 días. La tripulación usaría el MAV para regresar a su vehículo interplanetario en órbita marciana, que luego se usaría para regresar a la Tierra. La misión concluiría con la reentrada y el aterrizaje de la cápsula Orión. ^{[ 35 ]}

La NASA enumera en su sitio web una serie de razones para un regreso humano a la Luna: ^{[ 36 ]}

1. para extender la colonización humana ,
2. para continuar desarrollando actividades científicas intrínsecas a la Luna ,
3. para probar nuevas tecnologías, sistemas, operaciones de vuelo y técnicas que sirvan a futuras misiones de exploración espacial ,
4. proporcionar una actividad desafiante, compartida y pacífica para unir a las naciones en la búsqueda de objetivos comunes,
5. expandir la esfera económica mientras se realizan actividades de investigación que benefician a nuestro planeta natal,
6. Involucrar al público y a los estudiantes para ayudar a desarrollar la fuerza laboral de alta tecnología que será necesaria para afrontar los desafíos del mañana.

En palabras del exadministrador de la NASA, Michael D. Griffin , ^{[ 37 ]} "El objetivo no es solo la exploración científica... También se trata de extender el alcance del hábitat humano desde la Tierra hacia el Sistema Solar a medida que avanzamos en el tiempo... A largo plazo, una especie de un solo planeta no sobrevivirá... Si los humanos queremos sobrevivir durante cientos de miles o millones de años, debemos, en última instancia, poblar otros planetas... colonizar el Sistema Solar y algún día ir más allá".

Un informe publicado en junio de 2014 por la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos solicitó objetivos espaciales claros a largo plazo para la NASA. El informe señalaba que el rumbo actual de la agencia propiciaba el fracaso, la desilusión y la pérdida de la percepción internacional, arraigada desde hace mucho tiempo, de que los vuelos espaciales tripulados son una especialidad de Estados Unidos. El informe recomendaba que Marte fuera el próximo gran objetivo de los vuelos espaciales tripulados. En el informe se exploraron varias posibles rutas para llegar al planeta en 2037, y se observó que el regreso a la Luna ofrecería ventajas significativas como paso intermedio en el proceso. ^{[ 38 ]}

La National Space Society (NSS), una organización privada sin fines de lucro, considera el regreso a la Luna una alta prioridad para el programa espacial estadounidense, con el fin de desarrollar el conocimiento científico sobre la Luna, particularmente en lo que respecta a su potencial para la creación de nuevas industrias, y así proporcionar más fondos para la exploración espacial. ^{[ 39 ]}

El 14 de enero de 2004, el presidente George W. Bush solicitó a la NASA que elaborara una propuesta para la continuación de la exploración espacial tripulada tras la finalización de la Estación Espacial Internacional y la retirada prevista del programa del Transbordador Espacial en 2010. Esta propuesta ^{[ 40 ]} tenía como objetivo "establecer una presencia humana prolongada en la Luna" para "reducir drásticamente los costes de la exploración espacial". Esto incluía la "recolección y el procesamiento del suelo lunar para convertirlo en combustible para cohetes o aire respirable". Según Bush, la experiencia adquirida podría ayudar a "desarrollar y probar nuevos enfoques, tecnologías y sistemas" ^{[ 40 ]} para iniciar un "curso sostenible de exploración a largo plazo". ^{[ 41 ]}

La NASA estimó que la política original costaría 230 mil millones de dólares (en dólares de 2004) hasta 2025, incluyendo el programa de tripulación y carga comercial, que es independiente del programa Constellation. ^{[ 42 ]} Sin embargo, los desafíos técnicos y de diseño sin resolver hicieron imposible que la NASA proporcionara una estimación concluyente. ^{[ 42 ]}

Al asumir el cargo, el presidente Obama declaró que Constellation estaba "con sobrecoste, retrasado y carente de innovación". ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 43 ]} Una revisión concluyó que costaría alrededor de 150 mil millones de dólares para que Constellation alcanzara su objetivo si se apegaba al cronograma original. ^{[ 44 ]} Otra revisión en 2009, ordenada por el presidente Obama, indicó que ni un regreso a la Luna ni un vuelo tripulado a Marte estaban dentro del presupuesto actual de la NASA. ^{[ 45 ]} El panel Augustine propuso varias opciones, que incluían dos puntos de destino principales (la Luna y el espacio profundo), tres tipos diferentes de vehículos de lanzamiento superpesados ​​y un sólido programa de investigación y desarrollo que incluiría trabajo en depósitos de propulsor . ^{[ 46 ]}

Después de revisar el informe y tras el testimonio ante el Congreso, ^{[ 47 ]} la administración Obama decidió excluir a Constellation del presupuesto federal de Estados Unidos de 2011. [ ^{48 ] [ 49 ] El} 1 de febrero de 2010, se publicó el presupuesto propuesto por el Presidente, que no incluía financiación para el proyecto, y se convirtió en ley el 15 de abril de 2011. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

El presidente Obama organizó una Conferencia Espacial el 15 de abril de 2010 en Florida. ^{[ 50 ]} Esto ocurrió en un momento en que la administración del presidente estaba siendo criticada considerablemente por haber dejado el Programa Constellation fuera del presupuesto de 2011. En la conferencia, el presidente Obama y altos funcionarios, así como líderes en el campo de los vuelos espaciales, discutieron el futuro de los esfuerzos estadounidenses en vuelos espaciales tripulados y presentaron un plan para la NASA que seguía la opción del Panel Augustine de "Camino Flexible a Marte", ^{[ 51 ]} modificando la propuesta anterior del presidente Obama para incluir el desarrollo continuo de la cápsula Orion como un sistema auxiliar para la ISS y estableciendo el año 2015 como fecha límite para el diseño de un nuevo Vehículo de Lanzamiento Superpesado. En octubre de 2010, se promulgó la ley de autorización de la NASA para 2010 que canceló Constellation. ^{[ 52 ]} Sin embargo, la legislación anterior mantuvo vigentes los contratos de Constellation hasta la aprobación de un nuevo proyecto de ley de financiación para 2011. ^{[ 53 ] [ 15 ]}

La NASA continúa el desarrollo de la nave espacial Orion para viajes al espacio profundo. En un esfuerzo por reducir costos, ha contratado el desarrollo privado de vehículos para su uso en órbita terrestre baja. Desde mayo de 2020, el programa Commercial Crew Development ha utilizado la nave espacial Crew Dragon de SpaceX para transportar personas hacia y desde la Estación Espacial Internacional, ^{[ 54 ]} mientras que la nave espacial Starliner de Boeing comenzó a operar en 2024 con el mismo propósito. ^{[ 55 ]} Además, busca la certificación para vuelos tripulados para los vehículos de lanzamiento en el programa Evolved Expendable Launch Vehicles de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . Naves espaciales privadas también operan bajo el programa Commercial Resupply Services transportando carga a la ISS.

La nave espacial Orion y el cohete Ares V (también perteneciente a la familia de cohetes Jupiter DIRECT) fueron modificados y reautorizados en 2010/2011 como la carga útil principal del Sistema de Lanzamiento Espacial , y el programa fue parcialmente reactivado como el programa Artemis en 2017.