¿Podría la ISS ser empujada fuera de la órbita de la Tierra y dentro de la órbita de la Luna?

En teoría, sí, pero no sería solo un empujón. Llegar a la luna requiere unos 4 km / s adicionales, lo que requeriría una gran cantidad de combustible.

Mover la EEI a la luna también es una mala idea por varias razones. Primero, los vehículos Progress, Dragon y (con suerte de nuevo) Cygnus que lo suministran solo están diseñados para un entorno LEO, y es probable que no lleguen a la luna y regresen de manera segura. Además, el ambiente de radiación en la luna es bastante más peligroso que el de LEO. Sin mencionar la radiación que se acumularía al pasar muy lentamente por la altitud de los cinturones de van Allen. También podría terminar dañando la estructura con todos sus “empujones”, e incluso una conexión rota podría poner en peligro la seguridad de toda la tripulación y de la estación.

Sí, podrías mover la ISS a la luna. No, no es una buena idea.

La NASA ha investigado el uso de la tecnología de cohetes VASMIR (cohete de magnetoplasma de impulso específico variable), un tipo de propulsor electromagnético apropiado para maniobras de bajo empuje de objetos que ya están en el espacio. En otras palabras, no es bueno para lanzar cosas desde la Tierra, sino para impulsar la órbita de la EEI, los remolcadores espaciales, etc., es un candidato.

La ISS tiene una capacidad de generación de energía eléctrica relativamente modesta, por lo que un VASMIR utilizado para aumentar su órbita se cargaría lentamente y se usaría para ráfagas cortas. Sin embargo, si eso es suficiente para mantener la órbita a una altitud estable, supongo que agregar otro VASMIR y algunos paneles solares y baterías adicionales podrían darle suficiente empuje durante un largo período de tiempo para mover gradualmente la ISS a órbitas progresivamente más altas, y finalmente en una órbita de captura lunar sin ningún compromiso estructural más de lo que se experimenta cuando los cohetes químicos lo elevan regularmente a una altitud más alta.

Por supuesto, necesitaría dejarlo desocupado durante una gran parte del viaje debido a la exposición a la radiación en los cinturones de Van Allen, pero una vez que llegó, tal vez podría ser útil. Parece un desperdicio arrojarlo al océano después de todo el dinero gastado para llevarlo allí. Agregar algunos módulos Bigelow 330 podría hacerlo atractivo como un hotel espacial. También necesitaría una “bodega de tormentas” para esconderse durante las tormentas solares.

Un destino alternativo podría ser el punto de libración Earth-Moon L-1, una ubicación entre la Tierra y la Luna que se ha propuesto como un depósito de combustible espacial lógico debido a la facilidad para llegar a él desde múltiples ubicaciones en función de consideraciones de combustible (EML -1: el siguiente destino lógico). En ese caso, podría usarse como un destino turístico con una excelente vista y lugar para que los trabajadores del depósito de combustible se queden en el sitio.

* THE * ISS no se pudo poner en órbita alrededor de la luna. Realmente nunca podría moverse sustancialmente de su órbita terrestre baja actual. La razón es que para pasar de la órbita actual a una órbita alrededor de la luna, tendría que acelerarse bastante. Los paneles solares no podrían tomar ese tipo de aceleración y se dañarían. La órbita de la ISS se ajusta ligeramente de vez en cuando, pero esto se hace muy lentamente y con cuidado.

Entonces, una mejor pregunta podría ser “¿podría construirse una EEI en órbita alrededor de la luna?” Si y no. Sí, porque, claro, es posible. Una órbita alrededor de la luna es tan buena como una órbita alrededor de la tierra. Pero no tenemos los medios para hacerlo. Recuerde, la ISS fue construida con 35 vuelos lanzadera. Los módulos fueron transportados en la enorme bahía de transporte. Esa capacidad no existe ya que el vuelo del transbordador se retiró. No hay nada más que pueda elevar módulos de ese tamaño a la luna (o incluso a una órbita terrestre baja).

Pero quizás una pregunta aún mejor podría ser “¿Por qué querríamos poner una ISS en órbita alrededor de la luna?” El objetivo principal de la EEI es realizar experimentos científicos en microgravedad. La microgravedad es la misma alrededor de la luna que alrededor de la tierra. Entonces, la única ventaja de tener una nave espacial de investigación alrededor de la luna es observarla. ¿Pero realmente necesitamos una gran ISS para hacer eso? Creo que las sondas enviadas a orbitar alrededor de la luna, como LRO (actualmente en órbita) y LCROSS (desorbitado) son bastante suficientes en ese sentido.

Aquí hay un cálculo aproximado :

Una trayectoria de inyección trans-lunar de baja energía requiere una velocidad de u_TLI = 10,902 km / s [1]. Tal trayectoria es aproximadamente un 25% más económica que una transferencia Hohmann habitual, pero supongo que querríamos optimizar al máximo la economía, sin tener en cuenta el tiempo de transferencia.

La velocidad promedio de la ISS en LEO es u_LEO = 7,66 km / sy su masa es m_ISS = 450t. Solo tenemos que aplicar la ecuación de cohete de Tsiolkovsky [3] para encontrar un cohete adecuado.

Du = u_TLI-u_LEO = (10,902-7,66) km / s = 3,242km / s

Supongamos que basamos nuestra configuración en la etapa superior SLS Ares I. El motor J2X (muy eficiente) tiene un impulso específico de Isp = 488s en vacío. La etapa tiene una masa seca de m_Ares = 17,5t incluyendo la sección entre etapas de 4,1t [4].

Así Du = Isp * g0 * ln (m0 / m1)
donde m0 = m_ISS + m_Ares + m_prop = m1 + m_prop
m1 = m_ISS + m_Ares = 467,5t

Resolviendo para m_prop …

m_prop = m1 * exp (Du / (Isp * g0)) – m1
m_prop = 467,5t * exp (3,242km / s / (488s * 9,81E-3km / s ^ 2)) – 467,5t
m_prop = 467,5t * (1.96838080138-1)
m_prop = 452.7t

Pero una sola etapa superior de Ares I puede contener solo m_prop1 = 138t de propelente. Requerimos 3.28 veces eso. Lo que significa que se necesitarán 3 de estos cohetes, con su aviónica destripada y un tanque de combustible adicional para marcar la diferencia. De lo contrario, y aún más si se requerirá una estructura de conexión adicional para juntar los cohetes y la estación, esto significará que la tarea tomará un 4to cohete.

De hecho, resolviendo nuevamente para 4 cohetes (m_Ares = 4 * 17,5t) …

m_prop = 503,6t
con m_prop / m_prop1 = 3.65

La nave espacial ensamblada sería un gigante de 1000 toneladas. 1023.6t para ser exactos.

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[1] Página en astrogatorsguild.com
[2] Estación espacial internacional
[3] Ecuación del cohete Tsiolkovsky
[4] Página en nasa.gov

Claro, dado suficientes cohetes de refuerzo para ser adaptados, y mucho combustible. Como ahora está construido, no.