Hasta la Luna y Más Allá

En noviembre de 2022, la NASA hizo historia cuando lanzó su cohete más poderoso jamás producido, el Sistema de Lanzamiento Espacial, que llevó la cápsula Orion no tripulada a la órbita de la Luna antes de regresar a la Tierra 25 días después. Este evento innovador marcó la primera misión en el ambicioso programa de exploración lunar Artemis de la agencia espacial, que tiene como objetivo llevar humanos a la luna en 2025.

El programa Artemis marca el primer viaje de la NASA a la Luna con humanos a bordo en más de 50 años, y muchas cosas han cambiado desde la última misión Apolo en 1972. Hoy, la NASA no está desarrollando todas las tecnologías espaciales requeridas por su cuenta, sino que se está asociando con una variedad de empresas privadas, desde gigantes como SpaceX hasta nuevas empresas más pequeñas como Astrobotic Technology , Intuitive Machines y Firefly Aerospace (todas parte del Programa Ansys Startup ), entre otras, para obtener componentes críticos y ejecutar misiones.

Según la directora del Centro Espacial Johnson de la NASA, Vanessa Wyche, el concepto de colaboración público-privada es fundamental para la misión de innovación y descubrimiento de la NASA en la actualidad. “Esta misión allana el camino para la expansión de la exploración humana del espacio profundo y presenta nuevas oportunidades para los descubrimientos científicos, las asociaciones comerciales, industriales y académicas y la Generación Artemisa”, dijo Wyche en un comunicado de prensa.

Durante los próximos dos años, la NASA continuará enviando vuelos de prueba no tripulados a la Luna, ya que demuestra las capacidades tanto del cohete como de la cápsula espacial para completar con seguridad el viaje de ida y vuelta de casi medio millón de millas. Al mismo tiempo, la NASA también entregará suministros a la superficie de la Luna mientras realiza experimentos científicos, prueba nuevas tecnologías de campo, identifica una posición de aterrizaje y construye un campamento base Artemis en preparación para misiones humanas.

Las empresas privadas, incluidos varios clientes de Ansys, están desempeñando un papel de liderazgo en la entrega de estos suministros a la Luna. La simulación de ingeniería es un componente clave de los esfuerzos de estas empresas. Les permite cumplir con los requisitos de la misión a medida que desarrollan componentes de manera más rápida y menos costosa de lo que podían hacerlo de la manera anterior, mediante la construcción y prueba de múltiples prototipos.

“La simulación de ingeniería está diseñada específicamente para diseñar y validar productos en un entorno virtual de bajo riesgo y bajo costo donde las pruebas físicas requieren mucho tiempo, son costosas o simplemente no son posibles”, dice James Woodburn, miembro de Ansys en ingeniería de misión digital. “Obviamente, estas compañías no pueden realizar vuelos de prueba a la Luna. Por lo tanto, solo tiene sentido aplicar la simulación para desarrollar y verificar sus naves espaciales, sistemas de lanzamiento y sistemas de aterrizaje antes de esas misiones críticas. Con todo el mundo mirando, la simulación de Ansys les da la confianza de que sus diseños innovadores funcionarán como se espera en condiciones increíblemente exigentes”.

A través de la iniciativa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA, se han otorgado más de $ 2.6 mil millones en contratos a estos socios hasta 2028. Según un comunicado de la agencia espacial, la NASA analizó múltiples factores al revisar las propuestas de financiamiento, incluida la viabilidad técnica, precio y horario.

Después de examinar a los proveedores, evaluar las propuestas y otorgar fondos, la NASA brinda una supervisión mínima más allá de dictar los lugares de aterrizaje y especificar las cargas útiles para la entrega. En marcado contraste con las misiones de la NASA de hace 50 años, estas pequeñas empresas están desarrollando y desplegando de forma independiente sus propias naves espaciales, además de diseñar sistemas de lanzamiento y aterrizaje.

Al anunciar la primera ronda de premios, Chris Culbert, gerente del programa CLPS en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston, dijo: “La NASA está comprometida a trabajar con la industria para permitir la próxima ronda de exploración lunar. Las empresas que hemos seleccionado representan una comunidad diversa de pequeñas y emocionantes empresas estadounidenses, cada una con su propio enfoque único e innovador para llegar a la Luna. Esperamos trabajar con ellos para que nuestras cargas útiles sean entregadas y abrir la puerta para que los humanos regresen a la Luna”.

Tres de las empresas emergentes que recibieron fondos a través del programa CLPS son clientes de Ansys: Astrobotic Technology, Intuitive Machines y Firefly Aerospace. Según Woodburn, eso no debería ser una sorpresa.

“Lo realmente impresionante de estas tres empresas es su compromiso con la innovación extrema y el uso de prácticas de ingeniería avanzada como la simulación para ofrecer esa innovación”, dice Woodburn. “Ha sido gratificante ver a estas pequeñas empresas hacer planes increíblemente ambiciosos y lograrlos. Ansys tiene el honor de participar en sus logros históricos”.

Aquí están los detalles de los tres clientes de Ansys que reciben fondos de CLPS. 

Astrobotic ha recibido 303,5 millones de dólares para entregar 11 cargas útiles a Lacus Mortis, un cráter en la cara visible de la Luna, a partir de finales de este año. En 2024, esta startup con sede en Pittsburgh entregará el Rover de exploración polar de investigación de volátiles de la NASA, o VIPER, al Polo Sur de la Luna para estudiar la disponibilidad de agua para apoyar la exploración humana.

“Trabajamos a través de una iteración muy rápida y cambios de diseño para afinar una estructura capaz de soportar el entorno de lanzamiento, el duro vacío del espacio y todas sus diferencias de temperatura, así como el propio aterrizaje”, dice Lauren Whitehouse, ingeniera de análisis estructural. en Astrobótica. “La simulación es fundamental para comprender estos entornos, las tensiones y los comportamientos de las estructuras que estamos creando. El uso de Astrobotic del software de simulación Ansys ha sido increíblemente valioso y es esencial para la misión”.

Intuitive Machines, con sede en Houston, está utilizando $ 201,5 millones en fondos de CLPS para entregar cinco cargas útiles a Mare Crisium, una cuenca baja en el lado cercano de la Luna, en 2023. La compañía también entregará el Polar Resources Ice Mining Experiment-1 de la NASA ( PRIME-1) sistema de muestreo de hielo al Polo Sur lunar a finales de este año. En 2024, Intuitive Machines realizará cuatro viajes a Reiner Gamma, un remolino lunar, para entregar el equipo necesario para estudiar este fenómeno natural único y sus impactos para los exploradores humanos. Inicialmente, la empresa pudo acceder a Ansys Mechanical , Ansys Fluent y Ansys HFSS como parte del Programa Ansys Startup, que brinda a las empresas jóvenes prometedoras licencias asequibles para respaldar sus innovaciones de ingeniería críticas.

“En Firefly, nuestro trabajo es literalmente ciencia espacial”, dijo Tom Markusic, director ejecutivo de Firefly, en un comunicado de prensa. “Se necesita una enorme cantidad de simulación y modelado para diseñar componentes que resistan los tremendos entornos de despegue, vuelo y espacio. Aprovechar el conjunto de herramientas de Ansys nos permite garantizar que un diseño funcione con iteraciones de prueba limitadas, proporcionando hasta $5 millones en ahorros de costos en el diseño de enfriamiento del motor, $10 millones en aumento del empuje del motor y hasta $500 000 en optimizaciones masivas”.

Astrobotic y Firefly también están utilizando los productos de ingeniería de misión digital de Ansys, el kit de herramientas de sistemas (STK) y el kit de herramientas de determinación de órbita (ODTK) , para diseñar la trayectoria de la misión y navegar sus módulos de aterrizaje en su camino a la luna. El uso de STK y ODTK durante la fase previa al lanzamiento permite a los proveedores de CLPS validar que el diseño de su misión es sólido en todo el rango de condiciones de rendimiento del motor de la nave espacial y el lanzamiento esperado. La importante cartera de misiones lunares anteriores voladas operativamente con STK y ODTK brinda a los proveedores confianza para lograr una misión exitosa.

Si bien el enfoque principal del programa CLPS es entregar cargas útiles para la NASA que se preparan para el aterrizaje de Artemis en 2025, la agencia espacial también alienta a los ganadores a llevar cargas útiles comerciales. Por ejemplo, el primer viaje de Astrobotic en 2023 incluirá 28 cargas útiles separadas, que representarán a seis países, docenas de equipos científicos y cientos de personas. Este enfoque está muy lejos de la “carrera espacial” competitiva de las décadas de 1960 y 1970: más evidencia de cuánto ha cambiado la NASA en las décadas siguientes.

“La demanda de acceso a la Luna está aumentando rápidamente a medida que toma forma nuestro programa Artemis, y estamos orgullosos de apoyar una economía lunar en crecimiento con nuestro proyecto CLPS”, dijo Thomas Zurbuchen a través de una publicación de blog de la NASA. Zurbuchen es administrador asociado de la Dirección de Misiones Científicas en la sede de la NASA en Washington.

La NASA anunció recientemente otro hito histórico: la tripulación de Artemis incluirá a la primera mujer, la primera persona de color y el primer canadiense en embarcarse en una misión lunar.

“La tripulación de Artemis II representa a miles de personas que trabajan incansablemente para llevarnos a las estrellas. Esta es su tripulación, esta es nuestra tripulación, esta es la tripulación de la humanidad”, dijo el administrador de la NASA, Bill Nelson, al anunciar la tripulación en abril. “Juntos, estamos marcando el comienzo de una nueva era de exploración para una nueva generación de soñadores y navegantes estelares: la Generación Artemisa”.