Estación Espacial

Una estación espacial es una nave espacial capaz de mantener a una tripulación humana en órbita durante un período prolongado de tiempo y, por lo tanto, es un tipo de hábitat espacial. Carece de grandes sistemas de propulsión o aterrizaje. Una estación orbital o una estación espacial orbital es un satélite artificial (es decir, un tipo de vuelo espacial orbital). Las estaciones deben tener puertos de acoplamiento para permitir que otras naves espaciales se acoplen para transferir tripulación y suministros. El propósito de mantener un puesto de avanzada orbital varía según el programa. Las estaciones espaciales se han lanzado con mayor frecuencia con fines científicos, pero también se han producido lanzamientos militares.

Las estaciones espaciales han albergado hasta ahora la única presencia humana directa de larga duración en el espacio. Después de la primera estación Salyut 1 (1971) y su trágica tripulación Soyuz 11, las estaciones espaciales han sido operadas consecutivamente desde Skylab (1973), lo que ha permitido una progresión de presencia humana directa de larga duración en el espacio. Las estaciones han sido ocupadas por tripulaciones consecutivas desde 1987 con el sucesor de Salyut, Mir. La ocupación ininterrumpida de estaciones se ha logrado desde la transición operativa de la Mir a la ISS, con su primera ocupación en el año 2000. La ISS ha albergado el mayor número de personas en órbita al mismo tiempo, llegando a 13 por primera vez durante los once día de acoplamiento de STS-127 en 2009.

A partir de 2022, hay dos estaciones espaciales en pleno funcionamiento en órbita terrestre baja (LEO): la Estación Espacial Internacional (ISS) y la Estación Espacial Tiangong de China (TSS). La ISS ha estado habitada permanentemente desde octubre de 2000 con las tripulaciones de la Expedición 1 y el TSS comenzó a habitar continuamente con las tripulaciones de Shenzhou 14 en junio de 2022. La ISS se utiliza para estudiar los efectos de los vuelos espaciales en el cuerpo humano, así como para proporcionar una lugar para llevar a cabo un mayor número y mayor duración de los estudios científicos de lo que es posible en otros vehículos espaciales. Tiangong de ChinaLa Estación Espacial está programada para terminar su construcción de fase 1 para fines de 2022 con la adición de dos módulos de laboratorio. En julio de 2022, Rusia anunció su intención de retirarse de la ISS después de 2024 para construir su propia estación espacial. Ha habido numerosas estaciones espaciales fuera de servicio, incluidas Salyuts de la URSS, Mir de Rusia, Skylab de la NASA y Tiangong 1 y Tiangong 2 de China.

Historia

Comenzando con el desafortunado vuelo de la tripulación Soyuz 11 a Salyut 1, todos los récords recientes de duración de vuelos espaciales tripulados se han establecido a bordo de estaciones espaciales. El récord de duración de un solo vuelo espacial es de 437,75 días, establecido por Valeri Polyakov a bordo de la Mir de 1994 a 1995. A partir de 2021, cuatro cosmonautas han completado misiones únicas de más de un año, todas a bordo de la Mir. La última estación espacial de uso militar fue la Salyut 5 soviética, que se lanzó bajo el programa Almaz y estuvo en órbita entre 1976 y 1977.

Conceptos tempranos

La primera mención de algo parecido a una estación espacial ocurrió en "The Brick Moon" de Edward Everett Hale de 1869. Los primeros en dar una consideración seria y científicamente fundamentada a las estaciones espaciales fueron Konstantin Tsiolkovsky y Hermann Oberth con aproximadamente dos décadas de diferencia a principios del siglo XX. En 1929, se publicó El problema de los viajes espaciales de Herman Potočnik, el primero en imaginar una estación espacial de "rueda giratoria" para crear gravedad artificial. Conceptualizado durante la Segunda Guerra Mundial, el "cañón solar" era un arma orbital teórica que orbitaba la Tierra a una altura de 8.200 kilómetros (5.100 millas). Nunca se realizaron más investigaciones. En 1951, Wernher von Braun publicó un concepto para una estación espacial de rueda giratoria en Collier', haciendo referencia a la idea de Potočnik. Sin embargo, el desarrollo de una estación giratoria nunca se inició en el siglo XX.

Salyut, Almaz y Skylab

En 1971, la Unión Soviética desarrolló y lanzó la primera estación espacial del mundo, Salyut 1. A las series Almaz y Salyut finalmente se unieron Skylab, Mir y Tiangong-1 y Tiangong-2. El hardware desarrollado durante los esfuerzos soviéticos iniciales sigue en uso, con variantes evolucionadas que comprenden una parte considerable de la ISS, en órbita hoy. Cada miembro de la tripulación permanece a bordo de la estación durante semanas o meses, pero rara vez más de un año.

Las primeras estaciones eran diseños monolíticos que se construían y lanzaban en una sola pieza, y generalmente contenían todos sus suministros y equipos experimentales. Luego se lanzaría una tripulación para unirse a la estación y realizar una investigación. Después de que se agotaron los suministros, la estación fue abandonada.

La primera estación espacial fue Salyut 1, que fue lanzada por la Unión Soviética el 19 de abril de 1971. Todas las primeras estaciones soviéticas fueron designadas como "Salyut", pero entre ellas había dos tipos distintos: civiles y militares. Las estaciones militares, Salyut 2, Salyut 3 y Salyut 5, también se conocían como estaciones de Almaz.

Las estaciones civiles Salyut 6 y Salyut 7 se construyeron con dos puertos de acoplamiento, lo que permitió la visita de una segunda tripulación, trayendo consigo una nueva nave espacial; el transbordador Soyuz podría pasar 90 días en el espacio, momento en el cual necesitaba ser reemplazado por una nueva nave espacial Soyuz.Esto permitió que una tripulación manejara la estación continuamente. El American Skylab (1973-1979) también estaba equipado con dos puertos de acoplamiento, como estaciones de segunda generación, pero el puerto adicional nunca se utilizó. La presencia de un segundo puerto en las nuevas estaciones permitió que los vehículos de suministro de Progress se acoplaran a la estación, lo que significa que se podrían llevar suministros nuevos para ayudar en misiones de larga duración. Este concepto se amplió en Salyut 7, que "acopló" con un remolcador TKS poco antes de que fuera abandonado; esto sirvió como prueba de concepto para el uso de estaciones espaciales modulares. Los últimos Salyuts pueden verse razonablemente como una transición entre los dos grupos.

Mir y Apolo-Soyuz

A diferencia de las estaciones anteriores, la estación espacial soviética Mir tenía un diseño modular; se lanzó una unidad central, a la que luego se agregaron módulos adicionales, generalmente con un rol específico. Este método permite una mayor flexibilidad en la operación, además de eliminar la necesidad de un solo vehículo de lanzamiento inmensamente poderoso. Las estaciones modulares también están diseñadas desde el principio para que sus suministros sean provistos por embarcaciones de apoyo logístico, lo que permite una vida útil más larga a costa de requerir lanzamientos de apoyo regulares.

Estación Espacial Internacional

La ISS se divide en dos secciones principales, el segmento orbital ruso (ROS) y el segmento orbital estadounidense (USOS). El primer módulo de la Estación Espacial Internacional, Zarya, fue lanzado en 1998.

Los módulos de "segunda generación" del segmento orbital ruso pudieron lanzarse en Proton, volar a la órbita correcta y acoplarse sin intervención humana. Las conexiones se realizan automáticamente para energía, datos, gases y propulsores. El enfoque autónomo ruso permite el montaje de estaciones espaciales antes del lanzamiento de la tripulación.

Los módulos rusos de "segunda generación" se pueden reconfigurar para adaptarse a las necesidades cambiantes. A partir de 2009, RKK Energia estaba considerando la eliminación y reutilización de algunos módulos de ROS en el Complejo Experimental y de Montaje Pilotado Orbital después de que se alcance el final de la misión de la ISS. Sin embargo, en septiembre de 2017, el jefe de Roscosmos dijo que se había estudiado la viabilidad técnica de separar la estación para formar OPSEK y que ahora no había planes para separar el segmento ruso de la ISS.

Por el contrario, los principales módulos estadounidenses se lanzaron en el transbordador espacial y las tripulaciones los conectaron a la ISS durante los EVA. En este momento también se realizan conexiones para la energía eléctrica, los datos, la propulsión y los fluidos de refrigeración, lo que da como resultado un bloque integrado de módulos que no está diseñado para desmontarse y debe ser desorbitado como una sola masa.

El segmento orbital Axiom es un segmento comercial planificado que se agregará a la ISS a partir de mediados de la década de 2020. Axiom Space obtuvo la aprobación de la NASA para la empresa en enero de 2020. Hasta tres módulos Axiom se conectarán a la Estación Espacial Internacional. El primer módulo podría lanzarse a más tardar en 2024 y se acoplará al puerto avanzado de Harmony, lo que requerirá la reubicación del PMA-2. Axiom Space planea adjuntar hasta dos módulos adicionales a su primer módulo central y enviar astronautas privados para habitar los módulos. Los módulos algún día podrían separarse en la estación Axiom de una manera similar al OPSEK propuesto por Rusia.

programa tiangong

El primer laboratorio espacial de China, Tiangong-1, se lanzó en septiembre de 2011. El Shenzhou 8 sin tripulación realizó con éxito un encuentro y acoplamiento automáticos en noviembre de 2011. El Shenzhou 9 con tripulación luego se acopló con Tiangong-1 en junio de 2012, seguido por el Shenzhou 10 con tripulación. en 2013.

Según la Oficina de Ingeniería Espacial Tripulada de China, Tiangong-1 volvió a entrar sobre el Océano Pacífico Sur, al noroeste de Tahití, el 2 de abril de 2018 a las 00:15 UTC.

En septiembre de 2016 se lanzó un segundo laboratorio espacial Tiangong-2, mientras que un plan para Tiangong-3 se fusionó con Tiangong-2. La estación hizo un reingreso controlado el 19 de julio de 2019 y se quemó sobre el Océano Pacífico Sur.

La estación espacial Tiangong (chino:天宫; pinyin: Tiāngōng; lit. 'Palacio Celestial'), cuyo primer módulo se lanzó el 29 de abril de 2021, se encuentra en órbita terrestre baja, entre 340 y 450 kilómetros sobre la Tierra con una inclinación orbital de 42° a 43°. Su construcción planificada a través de 11 lanzamientos totales durante 2021-22 tiene como objetivo ampliar el módulo central con dos módulos de laboratorio, capaces de albergar hasta seis tripulantes.

Proyectos planeados

Estas estaciones espaciales han sido anunciadas por su entidad anfitriona y actualmente se encuentran en planificación, desarrollo o producción. La fecha de lanzamiento que se indica aquí puede cambiar a medida que haya más información disponible.

Nombre	Entidad	Programa	Tamaño de la tripulación	Fecha de lanzamiento	Observaciones
Portal Lunar	NASAESACSAJAXA	artemisa	4	noviembre 2024	Destinado a servir como plataforma científica y como área de preparación para los aterrizajes lunares del programa Artemis de la NASA y la misión humana de seguimiento a Marte.
Estación Axioma	Espacio de axioma	Programa de la Estación Espacial Internacional	Por determinar	2024	Eventualmente se separará de la ISS a fines de la década de 2020 y formará una estación espacial privada de vuelo libre para turismo comercial y actividades científicas.
Estación de servicio orbital rusa(ROSS)	Roscosmos	La estación espacial de próxima generación de Rusia.	Por determinar	2025	Con Rusia abandonando el programa ISS en 2024, Roscosmos anunció esta nueva estación espacial en abril de 2021 como reemplazo de ese programa.
Estación espacial Starlab	NanoRacksVoyager EspacioLockheed Martin	Privado	4	2027	"Plataforma comercial que respalda un negocio diseñado para permitir la ciencia, la investigación y la fabricación para clientes de todo el mundo".
Estación de arrecife orbital	Blue OriginSierra Espacio	Privado	10	segundo semestre 2020	"Estación comercial en LEO para clientes de investigación, industriales, internacionales y comerciales".
Por determinar	ISRO	Programa indio de vuelos espaciales tripulados	3	~2030	El presidente de ISRO, K. Sivan, anunció en 2019 que India no se unirá a la Estación Espacial Internacional y, en cambio, construirá una estación espacial de 20 toneladas por su cuenta. Está previsto que se construya en los próximos 5 a 7 años,
Estación orbital lunar(LOS)	Roscosmos		Por determinar	después de 2030
Por determinar	Northrop Grumman	Privado	4–8		"para proporcionar un módulo base para capacidades extendidas que incluyen ciencia, turismo, experimentación industrial"

Proyectos cancelados

La mayoría de estas estaciones fueron canceladas debido a dificultades financieras. Sin embargo, Mir-2 se fusionó con Freedom y formó la base de la Estación Espacial Internacional.

Nombre	Entidad	Tamaño de la tripulación	Observaciones
Laboratorio en órbita tripulado 1–7	NASA	2	Cancelado por costes excesivos en 1969
Skylab B	NASA	3	Construido, pero lanzamiento cancelado por falta de fondos. Ahora una pieza de museo.
OPS-4	URSS		Construido pero nunca lanzado, debido a la cancelación del programa Almaz.
Libertad	NASA	14–16	Fusionado para formar la base de la Estación Espacial Internacional
Mir-2	Roscosmos de la URSS	2
Colón MTFF	ESA	3 (visitando de Hermes)
Galaxia	Bigelow aeroespacial	Robótica	Cancelado debido al aumento de los costos y la capacidad de probar en tierra los subsistemas clave de Galaxy
Comercial Almaz	Excálibur Almaz	4 o más	Falta de fondos.
OPSEK	Roscosmos	Más de 2	Cancelado en 2017. En cambio, los componentes de OPSEK permanecerán conectados a la ISS.

Arquitectura

Se han volado dos tipos de estaciones espaciales: monolíticas y modulares. Las estaciones monolíticas consisten en un solo vehículo y son lanzadas por un cohete. Las estaciones modulares consisten en dos o más vehículos separados que se lanzan de forma independiente y se acoplan en órbita. Actualmente se prefieren las estaciones modulares debido a los costos más bajos y una mayor flexibilidad.

Una estación espacial es un vehículo complejo que debe incorporar muchos subsistemas interrelacionados, que incluyen estructura, energía eléctrica, control térmico, determinación y control de actitud, navegación y propulsión orbital, automatización y robótica, computación y comunicaciones, soporte vital y ambiental, instalaciones para la tripulación y transporte de tripulación y carga. Las estaciones deben desempeñar un papel útil, que impulsa las capacidades requeridas.

Órbita y propósito

Materiales

Las estaciones espaciales están hechas de materiales duraderos que tienen que soportar la radiación espacial, la presión interna, los micrometeoroides y los efectos térmicos del sol y las bajas temperaturas durante largos períodos de tiempo. Por lo general, están hechos de acero inoxidable, titanio y aleaciones de aluminio de alta calidad, con capas de aislamiento como Kevlar como protección de escudo balístico.

La Estación Espacial Internacional tiene un solo módulo inflable, el Módulo de Actividad Expandible Bigelow, que se instaló en abril de 2016 después de ser entregado a la ISS en la misión de reabastecimiento SpaceX CRS-8. Este módulo, basado en una investigación de la NASA en la década de 1990, pesaba 1400 kilogramos (3100 lb) y se transportaba mientras se comprimía antes de que el brazo de la estación espacial lo conectara a la ISS y se inflara para proporcionar un volumen de 16 metros cúbicos (21 yd3). Si bien inicialmente se diseñó para una vida útil de 2 años, todavía estaba conectado y se usaba para almacenamiento en agosto de 2022.

Construcción

• Salyut 1 - primera estación espacial, lanzada en 1971
• Skylab: lanzado en un solo lanzamiento en mayo de 1973
• MIR - primera estación espacial modular ensamblada en órbita
• Estación espacial internacional: estación espacial modular ensamblada en órbita
• Estación espacial Tiangong - Estación espacial china

Habitabilidad

El entorno de la estación espacial presenta una variedad de desafíos para la habitabilidad humana, incluidos problemas a corto plazo, como el suministro limitado de aire, agua y alimentos y la necesidad de gestionar el calor residual, y problemas a largo plazo, como la ingravidez y los niveles relativamente altos de radiación ionizante. Estas condiciones pueden crear problemas de salud a largo plazo para los habitantes de la estación espacial, que incluyen atrofia muscular, deterioro óseo, trastornos del equilibrio, trastornos de la vista y un riesgo elevado de cáncer.

Los futuros hábitats espaciales pueden intentar abordar estos problemas y podrían diseñarse para ocuparse más allá de las semanas o meses que suelen durar las misiones actuales. Las posibles soluciones incluyen la creación de gravedad artificial mediante una estructura giratoria, la inclusión de protección contra la radiación y el desarrollo de ecosistemas agrícolas en el lugar. Algunos diseños podrían incluso acomodar a un gran número de personas, convirtiéndose esencialmente en "ciudades en el espacio" donde las personas residirían de forma semipermanente.

El moho que se desarrolla a bordo de las estaciones espaciales puede producir ácidos que degradan el metal, el vidrio y el caucho. A pesar de la creciente variedad de enfoques moleculares para detectar microorganismos, los medios rápidos y sólidos para evaluar la viabilidad diferencial de las células microbianas, en función del linaje filogenético, siguen siendo difíciles de alcanzar.

Energía

Al igual que las naves espaciales no tripuladas cercanas al sol, las estaciones espaciales en el Sistema Solar interior generalmente dependen de paneles solares para obtener energía.

Soporte vital

El aire y el agua de la estación espacial se transportan en naves espaciales desde la Tierra antes de ser reciclados. El oxígeno suplementario puede ser suministrado por un generador de oxígeno de combustible sólido.

Comunicaciones

Ocupación

Las estaciones espaciales han albergado hasta ahora la única presencia humana directa de larga duración en el espacio. Después de la primera estación Salyut 1 (1971) y su trágica tripulación Soyuz 11, las estaciones espaciales han sido operadas consecutivamente desde Skylab (1973), lo que ha permitido una progresión de presencia humana directa de larga duración en el espacio. Las tripulaciones residentes de larga duración se han unido a tripulaciones visitantes desde 1977 (Salyut 6), y las estaciones han sido ocupadas por tripulaciones consecutivas desde 1987 con el sucesor de Salyut, Mir. La ocupación ininterrumpida de estaciones se ha logrado desde la transición operativa de la Mir a la ISS, con su primera ocupación en el año 2000. La ISS ha albergado el mayor número de personas en órbita al mismo tiempo, llegando a 13 por primera vez durante los once día de acoplamiento de STS-127 en 2009.

Operaciones

Vehículos de reabastecimiento y tripulación

Muchas naves espaciales se utilizan para acoplarse a las estaciones espaciales. El vuelo Soyuz T-15 de marzo a julio de 1986 fue el primero y, a partir de 2016, la única nave espacial en visitar dos estaciones espaciales diferentes, Mir y Salyut 7.

Estación Espacial Internacional

La Estación Espacial Internacional ha sido apoyada por muchas naves espaciales diferentes.

• Futuro
  • Cazador de sueños de la Corporación Sierra Nevada
  • Nuevo vehículo de reabastecimiento de la estación espacial (HTV-X)
  • Roscosmos Orel
• Actual
  • Northrop Grumman Cygnus (2013-presente)
  • Roscosmos Progress (múltiples variantes) (2000-presente)
  • Energia Soyuz (múltiples variantes) (2001-presente)
  • Dragón 2 de SpaceX (2020-presente)
• Jubilado
  • Vehículo de Transferencia Automatizado (ATV) (2008-2015)
  • Vehículo de transferencia H-II (HTV) (2009-2020)
  • Transbordador espacial (1998-2011)
  • Dragón SpaceX (2012-2020)

Estación espacial Tiangong

La estación espacial Tiangong cuenta con el apoyo de la siguiente nave espacial.

• Shenzhen (2021-presente)
• Tianzhou (2021-presente)

Programa tiangong

El programa Tiangong se basó en la siguiente nave espacial.

• Programa Shenzhou (2011-2016)

Mir

La estación espacial Mir estuvo en órbita desde 1986 hasta 2001 y fue apoyada y visitada por las siguientes naves espaciales.

• Roscosmos Progress (múltiples variantes) (1986-2000): en 2001 se utilizó una nave espacial Progress adicional para sacar de órbita la Mir.
• Energia Soyuz (múltiples variantes) (1986-2000)
• Transbordador espacial (1995-1998)

Skylab

• Módulo de comando y servicio de Apolo (1973-1974)

Programa Salyut

• Energia Soyuz (múltiples variantes) (1971-1986)

Atraque y atraque

Mantenimiento

Investigar

La investigación realizada en la Mir incluyó el primer proyecto de investigación a largo plazo de la ESA basado en el espacio, EUROMIR 95, que duró 179 días e incluyó 35 experimentos científicos.

Durante los primeros 20 años de funcionamiento de la Estación Espacial Internacional se realizaron alrededor de 3.000 experimentos científicos en las áreas de biología y biotecnología, desarrollo tecnológico, actividades educativas, investigación humana, ciencias físicas y ciencias de la Tierra y el espacio.

Investigación de materiales

Las estaciones espaciales proporcionan una plataforma útil para probar el rendimiento, la estabilidad y la capacidad de supervivencia de los materiales en el espacio. Esta investigación es la continuación de experimentos anteriores, como la Instalación de exposición de larga duración, una plataforma experimental de vuelo libre que voló desde abril de 1984 hasta enero de 1990.

• Carga útil de efectos ambientales Mir (1996-1997)
• Experimento de la Estación Espacial Internacional de Materiales (2001-presente)

Investigación humana

Botánica

Turismo espacial

En la Estación Espacial Internacional, los visitantes a veces pagan $50 millones para pasar la semana viviendo como astronautas. Más tarde, está previsto que el turismo espacial se expanda una vez que los costos de lanzamiento se reduzcan lo suficiente. Para fines de la década de 2020, los hoteles espaciales pueden volverse relativamente comunes.

Finanzas

Como actualmente cuesta un promedio de $10,000 a $25,000 por kilogramo poner cualquier cosa en órbita, las estaciones espaciales siguen siendo competencia exclusiva de las agencias espaciales gubernamentales que se financian principalmente a través de los impuestos. En el caso de la Estación Espacial Internacional, el turismo espacial constituye otra parte del dinero para operarla.

Legado

Escisiones tecnológicas

Cooperación internacional

Impacto cultural

Los conceptos de estaciones espaciales y hábitats espaciales aparecen en la ciencia ficción. La diferencia entre los dos es que los hábitats son estructuras más grandes y complejas diseñadas como hogares permanentes para poblaciones importantes (aunque los barcos de generación también se ajustan a esta descripción, por lo general no se consideran hábitats espaciales ya que se dirigen a un destino), pero la línea entre los dos son confusos con una superposición significativa y el término estación espacial a veces se usa para ambos conceptos. El primer satélite artificial de este tipo en la ficción fue "The Brick Moon" de Edward Everett Hale en 1869, una esfera de ladrillos de 61 metros de ancho lanzada accidentalmente en órbita alrededor de la Tierra con personas todavía a bordo.