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Space logistics

Space logistics is the discipline concerned with designing, operating, and sustaining space systems by managing the flow of materiel, services, and information across the space ...

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Space logistics is the discipline concerned with designing, operating, and sustaining space systems by managing the flow of materiel, services, and information across the space system lifecycle.[1] It includes terrestrial logistics in support of space travel, including any additional "design and development, acquisition, storage, movement, distribution, maintenance, evacuation, and disposition of space materiel", movement of people in space (both routine and for medical and other emergencies), and contracting and supplying any required support services for maintaining space travel. The space logistics research and practice primarily focus on the modeling and management of the astro-logistics supply chain from Earth and on to destinations throughout the Solar System as well as the system architecture strategies to minimize both logistics requirements and operational costs of human and robotic operations in space.[1]

History

As early as 1960, Wernher von Braun spoke of the necessity and the underdevelopment of space logistics:[2]

We have a logistics problem coming up in space ... that will challenge the thinking of the most visionary logistics engineers. As you know, we are currently investigating three regions of space: near-Earth, the lunar region, and the planets. While it is safe to say that all of us have undoubtedly been aware of many or most of the logistics requirements and problems in the discussion, at least in a general way, I think it is also safe to state that many of us have not realized the enormous scope of the tasks performed in the logistics area. I hope the discussions bring about a better understanding of the fact that logistics support is a major portion of most large development projects. Logistics support, in fact, is a major cause of the success or failure of many undertakings.

By 2004, with NASA beginning a governmental initiative to explore the Moon, Mars, and beyond,[3] a number of deficiencies in both capacity and capability to support logistics needs even in low Earth orbit had been identified.[4][5]

By 2005, analysts recognized the coming opportunity for the national governments involved with the Space Shuttle program to reduce costs by acquiring cargo transportation logistics services commercially following completion of the construction phase of the International Space Station,[4] then expected by 2010.[5]

Activities after 2005

A mediados de la década de 2000, la NASA financió una investigación interdisciplinaria en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para adaptar los métodos terrestres de cadena de suministro y logística a las operaciones espaciales interplanetarias. El esfuerzo se centró en la planificación a nivel de campaña en arquitecturas Tierra-Luna-Marte, haciendo hincapié en el modelado logístico basado en redes, la incertidumbre en la demanda y la capacidad de transporte, y la integración de los sistemas logísticos terrestres y espaciales. [ 6 ] La investigación se basó en lecciones aprendidas de los sistemas logísticos comerciales y militares en la Tierra, incluyendo aplicaciones en entornos remotos y con recursos limitados. Su objetivo era desarrollar un marco de planificación generalizado capaz de respaldar la exploración humana y robótica sostenida más allá de la órbita terrestre baja.

Ejemplos de clases de suministro

Entre las clases de suministro identificadas por el Centro de Logística Espacial del MIT: [ 7 ]

  • Propulsores y combustibles
  • Abastecimiento y operaciones de la tripulación
  • Mantenimiento y conservación
  • Almacenamiento y sujeción
  • Residuos y eliminación
  • Vivienda e infraestructura
  • Transporte y transportistas
  • Misceláneas

En la categoría de transporte espacial para el apoyo a la ISS , se podría enumerar:

La Tianzhou (nave espacial) es la única nave espacial de reabastecimiento no tripulada y desechable para la Estación Espacial China .

La Estación Espacial Internacional como caso de estudio logístico

La Estación Espacial Internacional (EEI) ofrece un estudio de caso temprano y detallado sobre logística espacial, que ilustra los desafíos operativos asociados con el mantenimiento de la presencia humana en órbita terrestre baja. En 2005, James Baker y Frank Eichstadt ofrecieron una visión general de la logística de la EEI mediante un estudio exhaustivo. [ 8 ]

Oportunidad comercial

Los análisis realizados a mediados de la década de 2000 identificaron oportunidades para que los servicios comerciales de carga y logística apoyaran las operaciones espaciales tras la retirada del transbordador espacial . Estos estudios señalaron que los proveedores comerciales podrían suministrar transporte de carga, plataformas de investigación de vuelo libre y servicios de reabastecimiento tanto para estaciones espaciales gubernamentales como para las emergentes estaciones espaciales privadas, a menudo a un coste menor que los sistemas desarrollados por el gobierno debido a la reutilización de la infraestructura existente y las economías de escala . [ 8 ] [ 9 ]

Modelado y optimización para la logística espacial

La logística espacial moderna depende cada vez más de la optimización formal y de los enfoques de modelado basados ​​en redes para coordinar el transporte, el almacenamiento y la programación en campañas de múltiples misiones, incluidas las arquitecturas Tierra-Luna-Marte. [ 10 ] [ 11 ] La logística espacial se suele modelar como un problema de red dinámico, donde las restricciones de transporte, almacenamiento y tiempo se optimizan conjuntamente. [ 12 ] Estos enfoques tratan la infraestructura espacial como un sistema integrado sujeto a restricciones de lanzamiento, disponibilidad de vehículos, incertidumbre de la demanda y objetivos de campaña a largo plazo.

Los métodos de análisis comunes en la logística espacial incluyen: [ 10 ]

Aplicaciones

Los métodos de logística espacial se aplican en diversos ámbitos de las misiones espaciales, donde las decisiones relativas al transporte, el almacenamiento, la planificación y la infraestructura deben coordinarse a lo largo de extensos periodos de tiempo y en condiciones de incertidumbre.

Masa descendente

Si bien la logística espacial suele centrarse en el transporte de cargas desde la Tierra a la órbita, muchas actividades espaciales también requieren el retorno de material, denominado transporte de material de retorno. La capacidad de transporte de material de retorno es importante para el retorno de muestras científicas, la investigación y fabricación en órbita, la renovación de hardware y la gestión de residuos, y puede representar una limitación crítica en el diseño de misiones y campañas. [ 19 ]

Históricamente, las limitaciones de la masa descendente se hicieron evidentes durante las operaciones de la Estación Espacial Internacional tras la retirada del transbordador espacial en 2011, cuando la capacidad de retorno se vio temporalmente restringida. La posterior introducción de vehículos de carga comerciales restableció la capacidad habitual de transporte de masa descendente, lo que demuestra cómo la logística de retorno puede influir en la viabilidad y el valor de las actividades espaciales.

Véase también

Referencias

  1. ^ a b AIAA STLC. "Definición de logística espacial" . AIAA . Consultado el 22 de noviembre de 2022 .
  2. ^ Wernher von Braun (1960). Wernher von Braun analiza la importancia de la logística espacial . AIAA . Archivado desde el original el 18 de octubre de 2010.
  3. ^ GW Bush, Un espíritu renovado de descubrimiento: La visión del presidente para la exploración espacial estadounidense, enero de 2004.
  4. ^ a b Baker, James D.; Eichstadt, James (mayo de 2005). "Servicio comercial de transporte de carga para la ISS". Acta Astronautica . 57 (2): 257– 265. Bibcode : 2005AcAau..57..257B . doi : 10.1016/j.actaastro.2005.04.001 .
  5. ^ a b Congreso de los Estados Unidos, Ley Nacional de Aeronáutica y del Espacio de 1958, enmendada, Ley Pública 85-568, 1984.
  6. ^ "Estudio sobre gestión de la cadena de suministro y transporte de materiales a escala interplanetaria: Logística Lunar" . Manufacturing Business Technology . 23 (8): 12. 1 de agosto de 2005. Archivado del original el 6 de noviembre de 2012.
  7. ^ "Clases de suministro para la logística de exploración" . Gestión de la cadena de suministro interplanetaria y arquitectura logística . Centro de Logística Espacial del MIT. Archivado del original el 5 de julio de 2008. Consultado el 8 de agosto de 2011 .
  8. ^ a b Baker, James D.; Eichstadt, Frank (mayo de 2005). "Servicio comercial de transporte de carga para la ISS". Acta Astronautica . 57 (2): 257– 265. Bibcode : 2005AcAau..57..257B . doi : 10.1016/j.actaastro.2005.04.001 .
  9. ^ Price Waterhouse, Análisis de las alternativas de arrendamiento y compra de la NASA para el módulo de aumento de la cubierta intermedia comercial, 1991.
  10. ^ a b Ho, Koki (2024). "Modelado y optimización de la logística espacial: revisión del estado del arte" . Journal of Spacecraft and Rockets . 61 (5): 1417– 1427. doi : 10.2514/1.A35982 . ISSN 0022-4650 . 
  11. ^ Chen, Hao; Ho, Koki (2018). "Planificación integrada de misiones de logística espacial y diseño de naves espaciales con programación no lineal de enteros mixtos" . Journal of Spacecraft and Rockets . 55 (2): 365– 381. doi : 10.2514/1.A33905 . ISSN 0022-4650 . 
  12. ^ Ho, Koki; de Weck, Olivier L.; Hoffman, Jeffrey A.; Shishko, Robert (1 de diciembre de 2014). "Modelado dinámico y optimización para la logística espacial utilizando redes expandidas en el tiempo" . Acta Astronautica . 105 (2): 428– 443. doi : 10.1016/j.actaastro.2014.10.026 . ISSN 0094-5765 . 
  13. ^ Ahn, Jaemyung; de Weck, Olivier; Geng, Yue; Klabjan, Diego (16 de noviembre de 2012). "Heurísticas basadas en la generación de columnas para un problema generalizado de enrutamiento de localización con beneficios derivados de la exploración espacial" . European Journal of Operational Research . 223 (1): 47– 59. doi : 10.1016/j.ejor.2012.06.018 . ISSN 0377-2217 . 
  14. ^ Ishimatsu, Takuto; de Weck, Olivier L.; Hoffman, Jeffrey A.; Ohkami, Yoshiaki; Shishko, Robert (2016). "Modelo generalizado de flujo de red multicommodity para el sistema logístico Tierra-Luna-Marte" . Journal of Spacecraft and Rockets . 53 (1): 25–38 . doi : 10.2514/1.A33235 . hdl : 1721.1/110236 . ISSN 0022-4650 . 
  15. ^ Takubo, Yuji; Chen, Hao; Ho, Koki (2022). "Marco de aprendizaje por refuerzo jerárquico para el diseño de campañas de vuelos espaciales estocásticos" . Journal of Spacecraft and Rockets . 59 (2): 421– 433. arXiv : 2103.08981 . doi : 10.2514/1.a35122 . ISSN 0022-4650 . 
  16. ^ Sarton du Jonchay, Tristan; Chen, Hao; Gunasekara, Onalli; Ho, Koki (2 de noviembre de 2020). "Marco de optimización de horizonte móvil para la programación de operaciones de servicio en órbita bajo incertidumbres de la demanda de servicio" . ASCEND 2020. Reston, Virginia: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. doi : 10.2514/6.2020-4131 .
  17. ^ Lee, Hang Woon; Shimizu, Seiichi; Yoshikawa, Shoji; Ho, Koki (2020). "Optimización del patrón de constelación de satélites para una cobertura regional compleja" . Journal of Spacecraft and Rockets . 57 (6): 1309– 1327. arXiv : 1910.00672 . doi : 10.2514/1.A34657 . ISSN 0022-4650 . 
  18. ^ Lee, Hang Woon; Jakob, Paulina C.; Hola, Koki; Shimizu, Seiichi; Yoshikawa, Shoji (1 de diciembre de 2018). "Optimización de la estrategia de despliegue de constelaciones de satélites considerando áreas de interés inciertas" . Acta Astronáutica . 153 : 213– 228. doi : 10.1016/j.actaastro.2018.03.054 . hdl : 2142/101603 . ISSN 0094-5765 . 
  19. ^ Bergin, Chris (20 de abril de 2012). "Carga arriba y abajo: Dragon demostrará la importancia de la masa descendente" . NASA Spaceflight . Recuperado el 23 de abril de 2012. "Las misiones de carga en general son vitales para la Estación, sobre todo desde el fin de la enorme capacidad de la que disfrutaba la ISS gracias a la flota de transbordadores espaciales. Ahora que los orbitadores han sido retirados, una serie de vehículos de reabastecimiento buscan suplir la demanda, desde los vehículos rusos Progress, hasta el ATV europeo, el HTV japonés y, en muy pequeña medida, los vehículos rusos Soyuz. Sin embargo, la capacidad adicional del transbordador como masa descendente para la ISS a menudo se subestimó durante los últimos años de sus vuelos a la Estación, algo que los vehículos de reabastecimiento rusos, europeos y japoneses no pudieron compensar una vez retirada la flota, salvo la pequeña masa descendente permitida por el Soyuz."

Lecturas adicionales

  • Rodolfo Monti, ed. (2005). "Posibilidades infinitas, realidades globales: Actas seleccionadas del 55.º Congreso de la Federación Internacional de Astronáutica, Vancouver, Canadá, 4-8 de octubre de 2004". Acta Astronautica . 57 . Pergamon .
  • Evans, Andy (enero-marzo de 2005). "Logística espacial: el desafío empresarial logístico definitivo" . Logistics Spectrum . Sociedad Internacional de Logística . Consultado el 8 de agosto de 2011 .
  • Isaji, Masafumi; Takubo, Yuji; Ho, Koki (2022). "Enfoque de optimización de diseño multidisciplinario para la planificación integrada de misiones espaciales y el diseño de naves espaciales" . Journal of Spacecraft and Rockets . 59 (5): 1660– 1670.
  • Proyecto de logística espacial del MIT
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