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La NASA nombró nueve compañías estadounidenses, incluida Lockheed Martin Corp, que competirán por el financiamiento del renovado programa lunar a largo plazo de la agencia espacial, Servicios de Carga Lunar Comercial de la NASA (CLPS, por sus siglas en inglés). Este es un compromiso público/privado de $2.6 mil millones para desarrollar tecnología con la idea de explorar la superficie lunar. En comparación con la primera “competencia lunar” de los años 60, las avanzadas tecnologías de fabricación, y en particular la fabricación aditiva, hacen que sea más rentable desarrollar y desplegar sistemas espaciales. Es así que tanto empresas emergentes como las empresas privadas pueden desempeñar un papel importante.
Recientemente hablamos con Masten Space Systems, una de las compañías privadas seleccionadas por la CLPS. Nos pusimos al corriente de cómo ellas, junto a su socia Elementum 3D, están usando la AM para ir a donde ninguna compañía privada ha llegado antes. El modelo de negocios de Masten Space Systems se basa en contratos comerciales para entregar cargas en la superficie lunar durante los próximos 10 años. Esto nivelará el camino para la exploración continua de la Luna y el sistema solar. Desde su inicio en 2004, el equipo de Masten ha estado trabajando preparándose para una misión lunar. Durante más de una década, Masten ha sido líder en vuelos terrestres propulsados por cohetes.
De los prototipos a la luna
“Nosotros, por supuesto, utilizamos procesos de plástico para la creación de prototipos y accesorios. Incluidos FDM y SLA según las necesidades”, dice Matthew Kuhns, Ingeniero Jefe de Masten Space Systems. “También utilizamos la AM de metal con el proceso DMLS, con volúmenes de construcción tan grandes como podemos encontrar. Para los motores de mayor empuje, como el Broadsword de 25.000 lbf por ejemplo. Gran parte de la producción directa de metales se realiza a través de Elementum 3D. Esta es una compañía de desarrollo e investigación de fabricación aditiva especializada en la creación de avanzados metales, compuestos y cerámicos.
En el 2009, Masten ganó el Desafío Lunar Lander de Northrop Grumman y ha continuado estableciendo récords para la reutilización y autonomía del sistema de cohetes. Durante los últimos 5 años, la compañía ha estado trabajando estrechamente con la NASA en el programa Lunar CATALYST, Lunar Cargo Transportation and Landing by Soft Touchdown. La idea es madurar aún más su enfoque en el desarrollo del módulo de aterrizaje y posicionar la ejecución de la misión lunar. A través de la iniciativa Lunar CATALYST, la NASA seleccionó competitivamente a tres socios en el 2014 para estimular las capacidades de transporte de carga comercial a la superficie de la Luna.
El acuerdo Space Act Agreement (SAA), sin intercambio de fondos, asocia a Masten Space Systems, así como a Astrobotic Technology y Moon Express Inc, todos seleccionados para el nuevo programa. Tiene como objetivo iniciar el desarrollo de capacidades que podrían conducir a naves espaciales robóticas comerciales que aterricen en la Luna. Potencialmente conducen también a habilitar nuevas misiones científicas de exploración, de interés para la NASA y para otras comunidades científicas y académicas. Asimismo, promueven la demanda emergente del sector privado para realizar actividades en la Luna.
Nuevas geometrías para vehículos espaciales
“Masten y Elementum 3D están trabajando juntas para madurar el proceso pendiente de patente PermiAM, junto al contrato SBIR bajo la NASA”, continuó Kuhns. “Esto permite la fabricación de geometrías porosas complejas in situ con material totalmente denso. Admite así un mejor enfriamiento y menores costos de fabricación para inyectores y cámaras de los motores de cohetes”.
El primer vehículo lunar de Masten es el XL-1, una nave espacial con 2 muelles de carga y la capacidad de entregar 100 kg en la superficie lunar. La nave espacial será puesta en una inyección translunar por un vehículo de lanzamiento más grande. Una vez en órbita lunar, disparará sus 4 motores principales para reducir la velocidad y descender de forma autónoma en un suave aterrizaje sobre una ubicación predeterminada en la superficie lunar. “El hardware de vuelo utilizará AM para los componentes de propulsión. Esto representa la mejor relación costo/beneficio debido a su complejidad”, continuó Kuhns explicando. “Incluye cámaras e inyectores, así como componentes de bombas eléctricas para nuestros proyectos de aterrizaje más grandes, como XL-2 y XEUS”.
Las misiones lunares preliminares se diseñarán para responder preguntas de la comunidad científica mundial y para desarrollar infraestructuras que contribuyan a una presencia lunar sostenible. Masten planea continuar impulsando una economía lunar duradera y eventualmente vibrante al amoldar la entrega de diversos tipos de carga que efectuarán misiones lunares críticas y diversas.
Supra LunAM
Matt explicó a 3dpbm que la NASA, especialmente los ingenieros del Marshall Spaceflight Center, ha sido un recurso excelente. Su compañía trabaja para aumentar la madurez de los componentes del cohete AM a través de su asistencia en programas como 25k Broadsword Tipping Point, Electric Pump CAN, PermiAM SBIR y Lunar CATALYST.
Aunque empresas como Masten Space Systems son de propiedad privada, la NASA las apoya y las ayuda a avanzar en su trabajo al compartir su propia investigación. Por ejemplo, a través del programa AMDE (Additive Manufacturing Demonstrator Engine). “Este es un programa increíble”, confirmó Kuhns. “El trabajo que están haciendo está beneficiando a toda la industria. El programa AMDE es un excelente ejemplo de cómo la AM puede reducir dramáticamente el costo de desarrollo para los componentes del espacio”.
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La tabla anterior ofrece algunos comparables datos de costos. Por ejemplo, el desarrollo completo del motor dentro del programa AMDE costaría solo de 1 a 5 millones de dólares, comparado a los de 20 a 50 mil millones de dólares usando la tecnología de vanguardia actual. Esta es una reducción de 10 a 20 veces. La dramática reducción en el recuento de piezas bajaría el número de soldaduras requeridas de más de 100 a solo 30. Los plazos de desarrollo podrían reducirse desde 7 a 10 años hasta de 2 a 4 años. Esta es la promesa de la AM para el espacio y estas son las razones por las que los viajes espaciales pueden convertirse en un negocio comercial viable.
“Los beneficios de la AM para la industria de cohetes incluyen reducciones masivas de tiempo y costo de los componentes”, confirmó Matt. “La AM también permite geometrías complejas y mejoras de diseño que no son posibles con la fabricación tradicional. Un ejemplo de esto es el trabajo que realizamos en el programa 25k Broadsword NASA Tipping Point. Aquí se usa un sistema informático de alta potencia (HPC) para generar geometrías de enfriamiento mejoradas para motores de cohetes”.
Dando el próximo gigantesco salto
Las próximas gestiones de ingeniería Masten incluyen la integración final y las pruebas de vuelo del XL-1T. Este es el vehículo de demostración terrestre, que sirve como precursor tecnológico para su diseño lunar. La variante lunar, XL-1, está entrando en un diseño detallado con un plan de lanzamiento para fines del 2021. “Actualmente estamos madurando nuestro motor de aterrizaje lunar XL-1, que utiliza nuestro ecológico hipergol MXP-351. Tener el motor listo para volar a tiempo en las misiones lunares sería mucho más difícil y costoso sin la fabricación aditiva”, concluyó Kuhns.
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En 2022, la NASA espera comenzar la construcción de un nuevo laboratorio de estación espacial que orbitará la luna. Este actuará como una parada técnica para misiones a partes más lejanas de nuestro sistema solar, como Marte. “Cuando vamos a la Luna, queremos ser un cliente de muchos clientes en un mercado sólido entre la Tierra y la Luna”, dijo el administrador de la NASA, Jim Bridenstine.
Lockheed Martin también está trabajando en el módulo Lunar Lander, aunque aún se encuentra en la fase conceptual de diseño. Lockheed Martin confirmó a 3dpbm que se basará en el exitoso InSight Mars, con soportes de titanio impresos en 3D.
La nueva era para la exploración espacial está a la mano y parece claro que la AM jugará un papel importante para hacer, de esta nueva carrera espacial comercial, un real y verdadero negocio.
Traducido de: Masten Space Systems: AM will help us go back to the Moon, artículo original de Davide Sher
