Un nuevo hito en la exploración espacial

La recolección de muestras de la Luna por parte de la Chang’e-5 fue un gran paso para China

Por FU YIFEI*

EL 24 de noviembre de 2020, China lanzó con éxito la sonda lunar Chang’e-5 en Wenchang, provincia de Hainan. Durante sus 20 días de viaje, la Chang’e-5 recolectó dos kilos de muestras de la Luna antes de retornar a la Tierra. Este viaje representó un gran paso en la carrera espacial china, al quedar demostrado que el país cuenta con la capacidad de realizar un viaje de ida y vuelta entre la Luna y la Tierra, lo cual sienta una base sólida para la futura exploración espacial.

Muestras en la superficie lunar

La sonda estudiada por la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China (CASC, siglas en inglés) es uno de los sistemas espaciales más complejos desarrollados y fabricados por China que existen en la actualidad. La Chang’e-5 se compone de varias partes: un orbitador, una cápsula de retorno, un aterrizador y un módulo de ascenso, además de abarcar 15 subsistemas. Por otro lado, la misión principal de este viaje, consistente en la extracción de muestras de manera automática desde la superficie lunar, ha sido un hito muy significativo en todo ello.

La Academia de Tecnología Espacial de China (CAST, siglas en inglés), bajo el alero de la CASC, se encarga del estudio de la principal tecnología de la sonda. Con el fin de obtener muestras en diversos puntos, el equipo encargado diseñó dos modos para “excavar el suelo”: por perforación y en la superficie. Después de aterrizar en la zona seleccionada de la superficie lunar, la Chang’e-5 comenzó la tarea de extraer material de la Luna durante dos días, siendo esta la primera vez que China sacaba muestras de cuerpos extraterrestres y las sellaba.

Tras finalizar la misión en la superficie lunar, la Chang’e-5 volvió a la Tierra. Sin embargo, esta no fue una empresa cualquiera, ya que era la primera vez en la historia que China llevaba a cabo un despegue desde la Luna en su carrera espacial.

El módulo de ascenso despegó de la Luna tras su ignición, en una operación de alta complejidad por la ausencia de una superficie plana para el despegue, así como de una torre de lanzamiento. De este modo, el módulo de ascenso solo pudo despegar desde el aterrizador que, al estar sobre una superficie irregular, corría el riesgo de volcarse, lo que aumentó considerablemente el grado de dificultad.

Ante este problema técnico, los expertos de la CAST señalaron la necesidad de considerar una serie de factores en el despegue, así como el acoplamiento entre el módulo de ascenso y el aterrizador. En ese sentido, se impuso fijar la posición con gran precisión para que, una vez lanzado, el módulo entrase en órbita. A fin de lograrlo, se realizaron muchos ensayos en la Tierra, verificando los motores para despegue y elevación. Así y todo, debido a las condiciones especiales de la Luna, como la baja gravedad, las pruebas que se llevaron a cabo en la Tierra no fueron fáciles.

Tras superar estas dificultades técnicas, a través de una serie de ensayos y verificaciones, se determinó que la

La misión Chang’e-5

Cohete portador Gran Marcha-5

17 de diciembre Separación de la cápsula de retorno y la órbita y regreso a la Tierra

7

Aterrizaje de la cápsula de retorno

Centro de Lanzamiento Espacial de Wenchang

1

24 de noviembre de 2020 Lanzamiento exitoso en el Centro de Lanzamiento Espacial de Wenchang, provincia de Hainan, y entrada en la órbita de transferencia Tierra-Luna.

módulo de ascenso 1 de diciembre Aterrizaje del conjunto compuesto por el aterrizador y el módulo de ascenso en la zona seleccionada como lo previsto de la superficie de la Luna y comienzo del trabajo de exploración

3

Aterrizaje

aterrizador

cápsula de retorno

orbitador

Del 12 al 16 de diciembre La nave espacial compuesta por el orbitador y la cápsula de retorno realiza dos incidencias de transferencia LunaTierra y dos correcciones de órbita

6

Vuelo a distancia de transferencia LunaTierra 4

3 de diciembre Encendido del dispositivo de ignición, despegue y entrada con precisión en la órbita

5

6 de diciembre Acoplamiento y desplazamiento de muestras entre la nave espacial compuesta por el orbitador y la cápsula de retorno

Vuelo a distancia de transferencia Tierra-Luna

2

La sonda realiza dos correcciones de órbita y dos frenados cerca de la Luna, además de entrar exitosamente en la órbita lunar

Visual People

Chang’e-5 podía despegar de la Luna de manera segura.

Primer acoplamiento en la órbita lunar

Aunque el módulo de ascenso de la Chang’e-5 despegó desde la superficie de la Luna y llegó a la órbita lunar, no podía llegar a la Tierra por sí solo. Por ello, debió acoplarse al orbitador y a la cápsula de retorno, que, a su vez, cumpliría la siguiente parte del trayecto de vuelta a la Tierra.

Tras varias décadas de estudios, China ha logrado un gran manejo de la tecnología de acoplamiento en la órbita terrestre baja (low Earth orbit). Sin embargo, el caso de la órbita lunar, a 380.000 km de distancia del planeta, marcó un hito sin precedentes tanto para China como para el ser humano, suponiendo un gran reto para la CAST. Según sus expertos, este acoplamien-

24 de noviembre de 2020. Un cohete Gran Marcha-5, con la sonda lunar Chang’e-5 a bordo, despega del Centro de Lanzamiento Espacial de Wenchang, en la provincia de Hainan. Visual People

17 de diciembre de 2020. Un investigador abre una escotilla de la Chang’e-5 en la Quinta Academia de la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China (CASC), a fin de sacar de su interior el contenedor con muestras lunares. Xinhua

to se realizó sin el apoyo de señales de navegación satelital, toda vez que el proceso de acoplamiento y desplazamiento de muestras conllevó un alto grado de complejidad. De este modo, fue necesario diseñar un plan de acoplamiento con relación a una serie de condiciones específicas, como la medición y el control del sondeo, la iluminación, la fuente eléctrica, entre otras.

En el proceso de acoplamiento en la órbita lunar, la capacidad de apoyo en medición y control de la superficie de la Tierra estaba limitada por el tamaño del mecanismo de acoplamiento, que exigía gran precisión. Además, el mecanismo de acoplamiento debía considerar el diseño de la nave espacial para el envío de muestras. Por lo tanto, la doble tarea de diseñar el mecanismo de acoplamiento y el de desplazamiento de muestras supuso una ardua labor.

Desde que el módulo de ascenso entró en la órbita lunar hasta que la nave espacial compuesta por el orbitador y la cápsula de retorno, junto con el módulo de ascenso, cumplió el acoplamiento y la transferencia de muestras, el equipo encargado llevó a cabo una serie de acciones para que la misión de la Chang’e-5 fuese exitosa.

Regreso veloz a la Tierra

Cuando la nave espacial de la órbita terrestre baja vuelve otra vez a la capa atmosférica, la velocidad generalmente es de 7,9 km por segundo, que es la primera velocidad cósmica. Sin embargo, cuando la Chang’e-5 se dirigió desde la Luna hacia la Tierra, su velocidad se acercó a los 11,2 km por segundo, la segunda velocidad cósmica. Se temía que esta diferencia de aproximadamente 3 km por segundo pudiese generar un gran impacto: si la velocidad de retorno de la Chang’e-5 era demasiado alta, el módulo chocaría con la Tierra y todos los esfuerzos iban a quedar en nada. Por eso, para garantizar la velocidad adecuada, el equipo de investigadores propuso que primero la cápsula de retorno entrara en la capa atmosférica a gran velocidad y que, desde allí, continuara con la primera velocidad cósmica para su retorno a la Tierra.

En 2014, China lanzó un dispositivo de ensayo para la ida y retorno de la Chang’e-5, con el fin de simular todo el proceso, desde el viaje a la Luna, la entrada en órbita y el retorno a la Tierra. Con ello, China pudo probar exitosamente esta tecnología, convirtiéndose en el tercer país del mundo, tras Estados Unidos y la antigua Unión Soviética, con una nave espacial que podía regresar desde la órbita lunar a la Tierra.

Han transcurrido diez años de esfuerzos por parte del equipo detrás de la Chang’e-5. Durante este proceso se analizaron y heredaron las tecnologías y experiencias sobre satélites de órbitas baja y alta, el encuentro y acoplamiento de una nave espacial