La difícil tarea de aterrizar en la Luna (y contarlo)

Por: Rafael Harillo Gomez-Pastrana

En los últimos meses hemos sido testigos de un autentico desfile de misiones robóticas a la Luna, tanto por parte de agencias espaciales nacionales como de empresas privadas. Esta aglomeración podemos indicar que se inicia en 2019 y ha venido acelerándose. Me centraré en los aterrizadores (landers), es decir, aquellos objetos espaciales destinados a posarse en la superficie de nuestro satélite de forma suave y controlada

La Luna y por extensión el espacio cislunar es, sin duda, un gran objetivo de la actividad espacial en la actualidad. El desarrollo del programa Artemis de la Nasa, el Programa Espacial Chino y las iniciativas de otros países como India, Rusia y Japón compiten con la iniciativa de empresas privadas que ven un claro objetivo comercial para el desarrollo de tecnología, ciencia y, como no, la utilización de sus recursos naturales para proveer las futuras bases que se pretenden instalar en su superficie, tanto habitadas como automatizadas.

La luna no solo es tremendamente importante por si misma, sino que supone el ecosistema ideal para probar las tecnologías, sistemas y capacidades para el gran reto que supone el viaje a Marte. El disponer de un enorme laboratorio a tres o cuatro días de la tierra es una ventaja muy importante. De no disponer de un satélite con las características del nuestro, el salto al siguiente planeta seria enorme. Sin duda, vino bien disponer de Las Canarias en los viajes a América y las similitudes de las singladuras náuticas de siglos pasados y las del océano cósmico son obvias.

Si bien mi perfil es eminentemente jurídico, el interés por las ciencias espaciales, especialmente la astronáutica, me anima a abordar este tema desde un gran respeto a los especialistas. La participación durante años en el equipo español participante en el Google LunarX Prize, el Barcelona Moon Team, no solo en los aspectos legales, sino en el core del equipo, me permite disponer de información y conocimientos de primera línea de las dificultades que estas misiones ofrecen. Aprovecho para indicar que aquel proyecto finalmente no vio la luz por la misma razón que el resto de los participantes: los aspectos económicos y de financiación; la realidad tecnológica se consiguió de la mano de algunas de las empresas más relevantes de este país y no tengo la menor duda de que estaríamos en disposición de llevar a cabo una misión lunar de estas características. Pero esa es otra historia.

La Luna y el espacio Cislunar

En primer lugar, es necesario una primera aproximación al objeto de esta exploración. Hemos hablado del ámbito cislunar, que queda definido en las siguientes ilustraciones:

Vemos, además del esquema del espacio cislunar, que incluye Tierra, Luna y puntos Lagrange, una ilustración que establece el ∆ V necesario para realizar los desplazamientos por el citado espacio.

Pero no solo se trata de un ámbito físico, teniendo en cuenta que se esperan unas 250 misiones a la luna durante la presente década y que la economía lunar moverá unos 100 billions de dólares,  se está ante una realidad como nunca se había previsto hasta la fecha.

Establecido el marco genérico, enfocaremos ahora hacia la Luna, teniendo en cuenta que la mayoría de las misiones se dirigen a la cara visible, salvo alguna misión China y futuros planes de otras naves; si bien algunas de las misiones han buscado un descenso en diversas zonas de la luna, ( priorizando el testeo de tecnologías  de aterrizaje)  es cierto que el destino preferente es el polo sur lunar, dado que es el lugar donde se han descubierto localizaciones óptimas para establecer una base y desarrollar actividades vinculadas con el recurso más preciado: el agua. Es en el polo sur donde existen una serie de cráteres en los que se dan dos circunstancias favorables: una noche eterna en su fondo, que es lo que ha permitido la existencia de hielo de agua, a la vez que en los bordes de los cráteres siempre incide el sol, lo que permitirá la instalación de equipos fotovoltaicos para la obtención de energía (siendo este uno de los elementos contemplados, junto a pequeños generadores nucleares; la redundancia es esencial)

Ilustro esta situación con una foto de la cara visible de la luna y otra con las ubicaciones seleccionadas por la NASA como potenciales lugares de aterrizaje. Obviamente, cada agencia u operador elige los suyos, pero hay bastante coincidencia en que esta va a ser la zona de confluencia de vuelos.

Como veremos, las dificultades para lograr un soft landing son enormes, ya que las operaciones deben llegarse a cabo de forma lo más automatizada posible, ya que el retraso en las comunicaciones Tierra-Luna (casi tres segundos ida-vuelta) hace que un guiado en directo para aterrizar en un suelo irregular, rocoso y polvoriento, sea complicado. Utilizaré indistintamente los términos alunizar y aterrizar, en su concepción de tomar tierra, no necesariamente siempre en la Tierra, pero que el contexto fácilmente ubicará.

Seguiré un orden cronológico.

I). –El 22 de febrero de 2019 se lanzaba en un Falcon 9 de SpaceX desde cabo Cañaveral la nave Beresheet (Génesis), bajo la cobertura de Israel Aeroespace Industries y con el soporte de la Agencia Espacial Israelí. Este Lander es un desarrollo del proyecto que originariamente creó SpaceIL en el seno del ya referido Google Lunar X Prize; al finalizar el concurso sin que ningún equipo hubiera alcanzado la Luna, las autoridades israelíes y dos mecenas, decidieron seguir con el proyecto de enviar el aterrizador a la Luna y con un presupuesto de 100 millones de dólares, estuvieron cerca de conseguirlo.

Beresheet medía aproximadamente 1 metro de alto por 2,3 metros de ancho con el tren de aterrizaje y las patas desplegadas. La Masa era de 585 kg (1,300 lb) en el lanzamiento; Aproximadamente 400 kg de esa masa es propelente. El Motor era un Leros británico y disponía de propulsores auxiliares para las maniobras de control de actitud.

Como carga útil incluía un magnetómetro, por el Instituto de Ciencias Weizmann;
un conjunto de retrorreflectores láser, proporcionados por el Centro de vuelo espacial Goddard de la Nasa y, según se supo más tarde, una tripulación de tardígrados, junto a una cápsula del tiempo que incluía una “biblioteca Lunar”, La Torá y varios elementos nacionales como el himno, la bandera y la declaración de independencia de Israel.

El alunizaje estaba previsto para el 11 de abril de ese año, ya que, al ir de carga secundaria en el lanzador, no en una misión dedicada, debía proceder a un acercamiento a la Luna mediante órbitas progresivas a la Tierra hasta ser captada por el campo gravitatorio lunar.

El tiempo de operación aproximado en la superficie lunar iba a ser de 2 días, ya que al no tener control térmico, se espera que se sobrecalentase pronto; si sobrevivía a eso, el no disponer de una fuente de energía como los RTG de plutonio de las naves chinas, por ejemplo, harían que también dejaran de funcionar.

Ilustro la nave y la trayectoria prevista:

Llegado el crítico momento del alunizaje, previsto en el Mar Serenitatis, se produjo una serie de fallos, iniciados con el mal funcionamiento de un giróscopo, que derivó en un apagado del motor antes de tiempo y a pesar de que el sistema pudo reiniciarse, afrontó la fase que podíamos denominar aproximación corta final en términos aeronáuticos, con un ángulo incorrecto y a 500/Km hora. El resultado fue que, tras emitir un par de fotografías, se estrelló…

Sin embargo, frente a lo que siempre hay quien  califica de fracaso, es cierto que, si bien no se logró el soft landing, Israel se convirtió en el cuarto país que logró “depositar” una nave espacial en la Luna y el expertise adquirido en el proceso es indiscutible.

Respecto a los pasajeros inesperados, los tardígrados, bueno…; estos curiosos organismos pueden aguantar las temperaturas lunares, tanto el frio como el calor, pueden estar diez años sin agua y como se demostró en la misión de la sonda FotonM3 de la ESA y Rusia, pueden ser expuestos al espacio y sobrevivir; por lo tanto, es más que razonable de que cuando las misiones tripuladas vuelva a la Luna, haya comité de bienvenida.(aunque para ello, ciertamente, deberían haber revivido del estado de deshidratación en el que viajaron). Este aspecto de la misión fue controvertido, ya que hay protocolos relacionados con la protección planetaria, los organismos biológicos etc. y parece ser que se obviaron totalmente al entender que la Luna es un cuerpo inerte y desprovisto de biología, si bien es cierto que hasta la fecha no se han desarrollado investigaciones sobe hielo lunar.

II). – Uno de los grandes actores en la exploración lunar y un decidido candidato a establecer una futura base lunar, además de patrocinar vuelos tripulados para el final de esta década, es China, que dispone de un muy sólido programa espacial y especialmente lunar; en este caso me referiré a la misión Chang´e 5, una misión compleja que incluye la recogida de muestras y su reenvío a la Tierra y que toma el nombre de la diosa china de la Luna. Era la primera misión de recogida de muestras lunares desde 1976 por parte del Luna 24 Soviético.

El lanzamiento se produjo el 23 de noviembre de 2023 desde el centro de lanzamiento de Wenchang a bordo de un Long March 5, alunizando el uno de diciembre en Mons Rümker, en el Oceanus Procellarum, enviando los casi dos kilogramos de muestras de rocas y suelo tomadas rumbo a la Tierra el 16 del mismo mes.

La nave china, debido al hecho de que tenia que recoger muestras y enviarlas de vuelta a la tierra tiene una arquitectura compleja, ya que se compone de cuatro elementos: El aterrizador, el vehículo de ascenso con las muestras, un orbitador o módulo de servicio y la cápsula de regreso a la Tierra.

El orbitador de Chang’e 5 incluye todos los sistemas necesarios para llevar el resto de elementos hasta la Luna, permanecer en órbita lunar durante el tiempo necesario para el desarrollo de las operaciones en superficie, reunirse con el vehículo de ascenso en órbita  e iniciar el regreso con la cápsula que debe descender a la superficie terrestre con las muestras.

Está equipado con paneles solares generadores de energía, sistemas de comunicación para la transmisión de comandos desde la Tierra y de telemetría, así como un sistema de propulsión y propulsores de control de actitud utilizando propulsores hipergólicos El sistema de propulsión del módulo de servicio se utilizaría para realizar maniobras de corrección de trayectoria de camino a la Luna, el encendido de inserción en órbita lunar, el mantenimiento orbital y el encendido de inyección transterrestre al final de la misión.

El módulo de aterrizaje tiene una masa en seco de más de una tonelada métrica y una masa con combustible de hasta 3.800 kilogramos. Cuatro patas de aterrizaje primarias están instaladas en el módulo de aterrizaje utilizando un diseño de tipo voladizo con parachoques y elementos interiores de amortiguación en los puntales primarios y puntales secundarios multifuncionales que interactúan con el panel inferior del módulo de aterrizaje. Las patas tendrán que crear un aterrizaje suficientemente suave después de que el motor principal se apague a unos cuatro metros por encima de la superficie lunar.

El sistema de propulsión consiste en un motor principal que puede proporcionar un empuje de 1,5 a 7,5 kilonewtons para realizar un único encendido continuo de aterrizaje mientras que el control de la actitud se realiza mediante 28 propulsores que proporcionan niveles de empuje de 10N y 150N para el control de tres ejes durante el vuelo orbital y la secuencia de aterrizaje. La energía se suministra mediante dos paneles solares que pueden abrirse y cerrarse a voluntad. La navegación se realizará mediante una plataforma de guiado inercial, un sistema de medición láser, un altímetro y una cámara óptica de descenso.

El el módulo de descenso se ubica la carga científica, consistente en cámaras, espectrómetros, sistemas de análisis de gases del suelo, detectores térmicos y un georradar. En cuanto a las operaciones de obtención de muestras, disponía de un brazo robótico, un martillo rotativo percutor, una pala y tubos contenedores de Kevlar para las muestras, que habían de ser depositadas en el vehículo de ascenso situado en la parte superior de la nave. El sistema tiene una facultad de penetración de hasta dos metros en la superficie lunar. Una interfaz central entre el módulo de aterrizaje y el vehículo de ascenso está fijada en la parte superior del vehículo mediante un brazo que puede moverse hacia un lado para despejar el camino para el lanzamiento del vehículo desde la cubierta superior del módulo de aterrizaje.

Esta interfaz incluye las eléctricas y de datos, ya que el vehículo de ascenso dejará sus dos paneles solares en una configuración de estiba para el vuelo a la Luna y la misión de superficie. La interfaz también facilita el mecanismo de transferencia de muestras.

Chang’e 5 utilizó un brazo robótico de cuatro grados de libertad para la adquisición de muestras de regolito y pequeñas rocas que el brazo robótico entregará al módulo de ascenso que incluye un sistema de propulsión principal construido en torno a un motor principal central que se enciende para despegar de la superficie lunar, transportando las muestras de vuelta a la órbita lunar para enlazar con el módulo de servicio y el vehículo de retorno mediante sensores de encuentro desarrollados para la nave espacial Shenzhou, incluidos sensores ópticos y de alcance láser. A continuación, las muestras se transfieren al Vehículo de Retorno mediante un sistema robotizado de especificaciones actualmente desconocidas.

Por su interés, reproduzco las características del sistema de muestreo y empaquetado en superficie:

“Muestreador A – De unos 35 cm de longitud, el muestreador A, con forma de pala, está diseñado específicamente para recoger regolito suelto. La vibración y el impacto durante el cierre del muestreador es un elaborado diseño para desalojar el exceso de escombros, cincelar grandes trozos de regolito, encerrar firmemente las muestras y depositar con precisión las muestras seleccionadas en el contenedor sin contaminar el entorno.

Muestreador B – De unos 30 cm de longitud, el Muestreador B se utiliza para recoger muestras pegajosas perforando el suelo con aletas metálicas en forma de dientes cuando se abre. Captura las muestras deseadas al cerrarse estas aletas metálicas. El pistón del interior del muestreador empuja las muestras pegajosas hacia el contenedor durante el depósito de la muestra cuando las aletas se abren gradualmente.

Cámaras de campo cercano – Resistente al calor hasta 130 grados Celsius, cada toma muestras lleva acoplada una cámara de campo cercano. Esta cámara proporciona una función de monitorización y guía visual para ayudar a seleccionar muestras lunares científicamente valiosas. La función de guiado por visión también permite al toma muestras depositar las muestras en el contenedor, agarrarlo y transferirlo al ascensor con precisión.

Sistema de sellado y envasado – Con un peso de 1,5 kilogramos, de los cuales el contenedor de muestras pesa sólo 360 gramos y se utiliza para sellar y almacenar las muestras lunares para su retorno a la Tierra, este sistema incluye el despliegue de un embudo para proteger el contenedor de muestras de la contaminación cuando se deposita el regolito lunar y una acción de barrido para cepillar el exceso de muestra y garantizar que la tapa del contenedor pueda cerrarse correctamente”.

Una vez finalizada la transferencia de las muestras, la Unidad de Ascenso se separa para que el Módulo de Servicio pueda impulsar el vehículo fuera de órbita y transportar el Vehículo de Retorno de vuelta a la Tierra.

III). – La tercera referencia viene de la mano de la empresa japonesa Ispace y el lander Hakuto I, lanzado el 11 de diciembre de 2022 desde cabo Cañaveral con un Falcon 9 de SpaceX, con destino a un punto cerca del cráter Atlas en Mare Frigoris. Esta nave fue construida y operada por la empresa Ispace, que tiene sedes en Japón, Estados Unidos y Luxemburgo y deriva de uno de los equipos participante en el Google Lunar X Prize también, el Whitel Label Space.

La nave tenia unas dimensiones de alrededor de 2,3 m de diámetro y 1,5 m de altura, disponiendo de un tren de aterrizaje de cuatro patas, que dan soporte a un prisma octogonal de 1.64 metros de altura y 1,6 metros de diámetro; Sobre este cuerpo se montaban los paneles solares que ofrecían una potencia máxima de 250 W, cargando una batería de iones de litio. Las comunicaciones (enlace ascendente y descendente) se realizan por la banda X.

El Lander tenía una capacidad de transportar 30 kg de carga útil a la superficie lunar en compartimentos protegidos. En este caso, es relevante hacer referencia a los dos rovers que debían haber desembarcado: el primero es un rover lunar de los Emiratos Árabes Unidos (EAU), denominado Rashid con una masa aproximada de 10 kg, destinado a estudiar las propiedades del suelo lunar, la geología de la Luna, el movimiento del polvo y el entorno de plasma de la superficie. El segundo rover, de origen japonés, se configuraba como una pequeña esfera de 8 cm de diámetro con una masa de unos 0,25 kg que se abrirá en forma cilíndrica, básicamente un eje con dos ruedas semiesféricas, portando cámaras para observaciones de la superficie.

El coste declarado  de la misión fue de 90 Millones de dólares.

A los efectos de optimizar las reservas de combustible, Hakuto llevó a cabo una trayectoria que podíamos denominar “lenta”, ya que tardó cinco meses en llegar a la luna tras recorrer 1.400.000 Kms. Ya insertada en órbita lunar, inició el descenso final cuando se encontraba a 100 Km de altitud, a una velocidad de 1 m/s.

Sin embargo, en el último tramo de la trayectoria de  aterrizaje se produjo un error que básicamente hizo pensar al Lander que estaba a altitud “0” cuando  todavía estaba a cinco kilómetros sobre la superficie del satélite; en consecuencia, apagó el motor y se estrelló.

Como suele suceder en este tipo de accidentes, las causas fueron varias, incluyendo una modificación del lugar de aterrizaje para el que se habían estado haciendo las simulaciones que pudieron afectar al software de vuelo

Según se indica directamente por Ispace, “la razón más probable de la estimación incorrecta de la altitud del módulo de aterrizaje fue que el software no funcionó como se esperaba. Basándose en la revisión de los datos de vuelo, se observó que, mientras el módulo de aterrizaje navegaba hacia el lugar de aterrizaje previsto, la altitud medida por los sensores de a bordo aumentó bruscamente cuando pasó por encima de un gran acantilado de aproximadamente 3 kms de elevación en la superficie lunar, que se determinó que era el borde de un cráter. Según el análisis de los datos de vuelo, se produjo una discrepancia mayor de lo esperado entre el valor de altitud medido y el valor de altitud estimado fijado de antemano. El software de a bordo determinó por error que la causa de esta discrepancia era un valor anormal notificado por el sensor, y a partir de entonces se interceptaron los datos de altitud medidos por el sensor. Esta función de filtro, diseñada para rechazar una medición de altitud con una gran diferencia respecto a la estimación del módulo de aterrizaje, se incluyó como una medida robusta para mantener un funcionamiento estable del módulo de aterrizaje en caso de un problema de hardware que incluyera una medición incorrecta de la altitud por parte del sensor”.

Si bien es cierto, como en el caso anterior, que se falló en el soft landing, se cumplieron 8 de los 10 hitos previstos en la misión, según se destaca en la tabla proporcionada por la propia empresa.

Ello lleva a que, con las lecciones aprendidas, se esté ya trabajando en el Hakuto 2 y Hakuto 3, con vuelos previstos para 2024 y 2025. Como estamos viendo, el aterrizaje lunar no es tarea fácil, pero debe tomarse cumplida nota de todas las incidencias para ir mejorando y convertir el vuelo en algo seguro.

Y no solo se trabaja en las citadas misiones; Ispace Technologies US, forma parte de un equipo liderado por la empresa Draper que ha conseguido contrato con la NASA dentro del programa CLPS (Commercial Lunar Payload Services), para una misión que tiene como misión el aterrizaje en la cara oculta de la Luna en 2025, y entre otras tareas, recoger regolito lunar, material esencial en el desarrollo de futuras infraestructuras. En esta línea se está desarrollando otro modelo de Lander, el Apex 1.0, que podrá disponer de hasta 300 kilogramos de carga útil, (con capacidad de alcanzar los 500 Kg). El módulo de aterrizaje también permite lanzar satélites en órbita lunar, que se utilizarán en la misión CLPS para retransmitir comunicaciones desde su lugar de aterrizaje en la cara oculta de nuestro satélite.

IV). –  Rusia tienen también a la Luna en su radar, sobre todo en virtud de sus acuerdos con China dentro del programa ILRS para el establecimiento de una base automatizada en el polo sur lunar.

Y ese era el objetivo del Luna 25, que retoma donde se quedaron las misiones lunares rusas; concretamente el Luna 24, que alunizó en agosto de 1976, volviendo a la Tierra con 170 gramos de muestras lunares. Esta, a diferencia de las misiones de empresas privadas a las que también hago referencia, es una misión enmarcada en el programa lunar ruso, liderado por Roscosmos, no tratándose de una misión low cost.

Luna 25 despegó de Vostochni el 11 de agosto  de 2023 a bordo de un Soyuz 2 1b, provisto de un modulo Fregat-M destinado al último impulso  rumbo al cráter Bogustawsky, en el polo sur lunar, con las misiones es estudiar el regolito lunar, buscar agua y analizar compuestos orgánicos volátiles.

El Lander llevaba a bordo una importante carga de instrumentos científicos (que luego detallaré) en un compartimento no hermético para mejor accesibilidad. La unidad de potencia se alimentaba de paneles solares que proporcionarían electricidad y almacenarían en baterías. Además, a diferencia de otros landers, este si disponía de una unidad RTG para generar electricidad y calor, así como un par de unidades de control térmico. El conjunto lo completaban un par de antenas, direccional y no direccional para las comunicaciones con la Tierra.

En cuanto a la propulsión, básicamente se disponía de dos sistemas, uno de los cuales controlaba la trayectoria, proporcionaba capacidad de corrección y de frenado; el otro sistema se encargaba de la orientación y estabilización de la nave en sus ejes.

La carga científica se componía, esencialmente, de los siguientes equipos e instrumentos:

LASMA-LR, un analizador de masas destinado a proporcionar datos sobre la composición del suelo

LIS-TV-RPM: Un espectrómetro infrarrojo para la detección de minerales.

ADRON-LR: Un detector activo de radiación de neutrones; esencialmente un buscador de agua.

ARIES-L: Un espectrómetro de iones destinado a estudios del viento solar y su interacción con el regolito

PmL: Un monitor de partículas.

LMK, destinado al análisis de muestras de regolito

STS-L; un sistema de ocho cámaras.

El perfil de misión era bastante directo, a diferencia de otras misiones que optan por caminos más largos, como puede verse en el siguiente esquema.

Durante la aproximación a la maniobra de alunizaje, la nave tuvo oportunidad de obtener diversas fotografías, señal de que los equipos de abordo funcionaban debidamente.

Pero el 20 de agosto, se pierde el contacto con la nave y se determina que se estrelló en la superficie lunar. Se informó por parte de Roscosmos que la nave “tomo una órbita no prevista debido al desvió de los parámetros reales de impulso”; es decir, una unidad de control no apagó los propulsores en el momento debido porque no recibió los datos de uno de los acelerómetros, que a su vez no se encendió debido probablemente a la posible entrada de una misma matriz de datos de comando con diferentes prioridades para su ejecución. Un fallo se software que lleva a que los propulsores no actúen de la manera esperada en el momento critico y que, a falta de corrección in situ, provoca que la nave se estrelle.

Es el tercer siniestro encadenado en los intentos de llegar a la luna, lo que evidencia la dificultad manifiesta de esta operación, con independencia de las características, relevancia y experiencia del promotor de la misión.

V). – La India es otro de los actores relevantes en la actividad espacial desde hace unos años, con un programa principalmente enfocado a prestar servicios a su nutrida población, pero que no ha descuidado misiones científicas y algunas claramente diseñadas a posicionar el país ante los retos más relevantes: Marte, la Luna y misiones tripuladas (hace poco se presentaron los cuatro miembros de la que será primera misión tripulada India)

Dentro de este panorama se incluyen las misiones Chandrayaan, literalmente vehículo lunar; como podemos ver, casi todos los países hacen referencia al concepto luna en la designación de sus misiones.

La idea era construir un vehículo a un coste reducido (el Chandra 3, del que hablaremos, tuvo un presupuesto de 82 millones de dólares.)

El Lander se compone del aterrizador propiamente dicho, llamado Vikram (valeroso) y un pequeño rover autónomo de 26 km llamado Pragyan (sabio); la estructura tiene unos dos metros de alto y una masa de 1700 Kg. Las comunicaciones se llevan a cabo con un satélite relé en orbita lunar, (básicamente, una de las etapas del lanzador); disponía de cuatro motores con aceleración ajustable (pulsatil), para un mejor control de actitud. La energía se la proporcionaban paneles solares. El resto de los equipos esenciales eran, según datos extraídos de las propia ISRO: 

“1. Altímetros basados en láser y radiofrecuencia

2. Velocímetros: Velocímetro láser Doppler y cámara de velocidad horizontal del módulo de aterrizaje

3.Medición inercial: Giroscopio láser basado en referenciación inercial y paquete de acelerómetro

4. Sistema de propulsión: motores de líquido de 800 N, propulsores de actitud de 58 N y electrónica de control del motor.

5.Navegación, Guiado y Control (NGC): Diseño de trayectoria de descenso motorizado y elementos de software asociados.

6.Detección y evasión de peligros: Cámara de detección y evasión de peligros del módulo de aterrizaje y algoritmo de procesamiento

7.Mecanismo de la patas de aterrizaje.”

El Lander embarcaba también un gran número de payloads científicos para desarrollar actividad durante los catorce días estimados de actividad en la superficie lunar antes de que las bajas temperaturas (del orden de -180º).

“Espectropolarimetría del Planeta Tierra Habitable (SHAPE) , que permitirá estudiar las medidas espectrales y polarimétricas de la Tierra desde la órbita lunar.

Radioanatomía de la ionosfera y la atmósfera hipersensibles a la luna (RABHA), que medirá la densidad del plasma cerca de la superficie (iones y electrones) y sus cambios con el tiempo.

Experimento termofísico de superficie de Chandra (ChaSTE) que medirá la conductividad térmica y la temperatura de la superficie lunar.

Instrumento para la Actividad Sísmica Lunar (ILSA) que medirá la sismicidad alrededor del lugar de aterrizaje.

Conjunto de retro-reflectores láser (LRA); Experimento pasivo para comprender la dinámica del sistema lunar y las variaciones en la distancia tierra Luna.

La sonda Langmuir (LP) estimará la densidad del plasma y sus variaciones.

El espectroscopio de descomposición inducida por láser (LIBS) realizará un análisis elemental cualitativo y cuantitativo y derivará la composición química e inferirá la composición mineralógica para mejorar nuestra comprensión de la superficie lunar.

Y finalmente el espectrómetro de Rayos X de partículas Alfa (APXS) determinará la composición elemental (Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Fe) del suelo lunar y las rocas alrededor del lugar de alunizaje.”

Una parte relevante de la ciencia a desarrollar está relacionada con la actividad sísmica, elemento interesante dado que una de las opciones que se está estudiando para futuras bases lunares pasa por utilización de túneles de lava o estructuras subterráneas, por lo que entender la dinámica del suelo lunar es relevante.

El lanzamiento tuvo lugar el 14 de Julio de 2023 utilizando un lanzador indio GSLV Mk III

y el aterrizaje, que fue un éxito, tuvo lugar el 23 de agosto.

Se llevaron a cabo diversas órbitas tanto alrededor de la Tierra como de la Luna, siguiendo el siguiente esquema, hasta alcanzar una órbita lunar circular a 100 Km de altitud, desde la que se afrontó el aterrizaje final:

Tenemos alguna fotografía en las fases finales del alunizaje.

El cuatro de septiembre de 2023, la nave apagó todos los sistemas, ante la inminencia de la noche lunar; las baterías estaban cargadas, pero transcurrida esta, la nave no despertó, debido al frio intenso que probablemente perjudicó los sistemas que, en principio no estaban diseñados para aguantar los parámetros térmicos.

Una de las cuestiones que se suscitaron fueron las declaraciones de responsables del programa lunar chino, que indicaron que Chandra 3 había alunizado a 69º de latitud sur, muy lejos de lo que sería el polo sur lunar (89, 5º o 90º) es decir, que ni habían llegado al polo sur ni se habían acercado.

ISRO respondió indicando que en ningún momento habían dicho que habían llegado al polo sur lunar, sino que había sido la misión que más cerca se había acercado al polo sur. Tema de matiz lingüístico sin duda, que no quita mérito al hito indio y quizás deba enmarcarse en las tensiones geopolíticas que tradicionalmente agitan las relaciones Chino – Hindúes.

En este caso, tras los tres siniestros anteriormente descritos, si se alcanzó la superficie lunar y se sobrevivió para contarlo.

VI). –  Sin duda, falta en la relación uno de los grandes actores de la nueva carrera a la Luna, los Estados Unidos, y este es el momento de la empresa Astrobotic y su Lander Peregrine (oficialmente Peregrine mission one).

Astrobotic es otro de los proyectos nacidos del GLPX, si bien su evolución posterior ha estado vinculada a varios contratos con la NASA, incluyendo el CLSP, así como una relación directa con el programa Artemis. La empresa se define como una compañía de logística lunar, con misiones a órbita, superficie lunar y utilización de rovers, con un modelo de negocio en le que se encarga de todos los aspectos respecto a la carga útil que se le entrega.

Peregrine es una nave de 2,5 metros de anchura, 1.9 metros de alto y 1,2 Tm de masa, con capacidad para depositar hasta 90 kg de payload en la superficie lunar y mantenerla operativa unas 192 horas. La propulsión está a cargo de 5 motores principales que ofrecen 667 N y cuenta con 12 motores ACS de control que proporcionan 45 n de empuje cada uno. La energía viene proporcionada por paneles solares.

Peregrine se presentaba como la primera misión comercial estadounidense a la luna y llevaba un nutrido grupo de cargas de pago de su vuelo original, que también lo era del nuevo lanzador de ULA, el Vulcan Centaur.

Entre estas destacan cinco cargas asociadas al programa Artemis de la NASA, concretamente:

• Un espectrómetro de masa con trampa para iones peregrinos
• Reflectores laser
• Espectrómetro volátil de infrarrojo cercano
• Espectrómetro de neutrones
• Espectrómetro de transferencia lineal de energía.

Además, lleva la que debía ser la primera misión mexicana a la Luna, la Misión Colmena, compuesta de cinco pequeños rovers que debían ser expulsados al llegar a superficie lunar. También iban restos de ADN de diversas personalidades, como expresidentes de los Estados Unidos (Washington, Eisenhower, JF Kennedy) y de miembros del reparto de la serie televisiva Star Trek y su creador. En total ,siete países habían entregado sus cargas de pago a Astrobotic. El lanzamiento se llevó a cabo de manera nominal desde cabo Cañaveral el 8 de enero de 2024 con destino a Sinus Viscositatis, con llegada prevista para el 23 del mismo mes, pero al poco de su separación del lanzador, que cumplió a la perfección su misión, se detectaron problemas para que la nave fuera orientada al Sol, maniobra necesaria para la obtención de energía por medio de sus paneles. Solucionada la pérdida de comunicaciones, se determinó que se había producido una pérdida crítica de combustible en el sistema de propulsión que hacia que la nave no pudiera alcanzar su objetivo lunar.

En un primer momento se pensó en utilizar al máximo las posibilidades de la nave y, descartado el alunizaje, mantenerla operativa para llevar a cabo la mayor parte posible de experimentos de ciencia que llevaba a bordo. Sin embargo, el riesgo de convertirse en un objeto inerte y a la deriva se valoró, por lo que se tomó la decisión de forzar una reentrada controlada, que se llevó a cabo en aguas del Pacífico Sur el día 18 de enero.

El cambio de plan de vuelo es visible en las dos imágenes que siguen: la que debía ser el vuelo lunar y la que finalmente se llevó a cabo.

En esta misión no se pudo comprobar la capacidad del sistema para lleva a cabo un alunizaje suave, pero dado que la empresa va a seguir contando con el soporte de la NASA, esperamos ver futuras misiones en las que esta tecnología sea puesta a prueba; de hecho, el segundo módulo recibe el nombre de Griffin y destinado a alcanzar zonas polares, es capaz de depositar en la superficie lunar 625 KG para operaciones que vayan más allá de los 14 días. Se prevé que en 2024 vuele, dando continuidad comercial a la compañía, ya que esta sigue teniendo un elevado número de clientes deseosos de alcanzar la superficie lunar.

VII). –  Japón viene demostrando su interés lunar no solo con el soporte de empresas privadas como ya hemos visto con Ispace, sino con el propio programa de Jaxa, la agencia espacial japonesa. En este contexto se desarrolla SLIM , siglas en inglés de Smart Lander for investigating Moon,  una misión que es llevada a cabo con un Lander con la misión de llevar a cabo aterrizajes de precisión, en un rango de menos de 100 m de error sobre el objetivo previsto. Para tener un comparativo, la zona de aterrizaje posible del Apolo 11 se extendía en una elipse de 20 km. Aquí se busca una precisión pensada en los futuros alunizajes en la zona polar, donde los cráteres y obstáculos son relevantes, pero a la vez se pretende aterrizar en sitios muy concretos. Estas misiones tienen su vinculación con el programa Artemis.

SLIM es una nave con una dimensiones de 2,4 x 1,7 x 2,7m, con una masa en vacío de 200 Km y con combustible de 730 Kg. dispone de dos motores principales de 500 N de empuje y doce ACS de maniobra y estabilización de 22N cada uno. Además de equipos de navegación, cámaras ópticas de navegación que identifican cráteres y comparan con imágenes previas, dispone de equipos de detección de obstáculos y una cámara multiespectral multibanda. SLIM también incorpora dos rovers, denominados LEV1 y LEV2.

El lanzamiento se llevo a cabo por medio de un H-IIA el seis de septiembre, alunizando el 19 de enero de 2024 en el cráter Shioli. El viaje se recoge en este esquema de trayectoria orbital:

El alunizaje consiguió su objetivo de precisión, ya que se produjo a tan solo 55 metros del lugar designado, cuando se consideraba un éxito que se hiciera en un rango de 100 metros; Pero durante la fase de descenso, falló uno de los dos motores principales, lo que evitó que la hazaña se redujera a tan solo un par de metros de desvío aceptable. Precisamente, la pérdida física de una de las dos toberas pudiera haber influido en desequilibrar la nave en un momento crítico.

Si bien el aterrizaje de precisión se logró, la toma fue complicada. Siendo un lander sin las típicas patas extensibles, la maniobra final se hace en dos fases: una en vertical, seguida de una inclinación de la nave y toma “tumbada”; es decir, los motores no se sitúan debajo, sino a un lado. Pues bien, esta maniobra fue parcialmente correcta, ya que, si bien se llevó a cabo el soft landing y la inclinación, los paneles solares quedaron apuntando en mala dirección, lo que provocó problemas para que la luz del sol accediera a los paneles que deben proporcionar energía a la nave.

Sin embargo, a pesar de la pérdida de comunicaciones, estas se retomaron una semana después y la nave llevó a cabo varias de las misiones encomendadas.

De hecho, expulsó el rover LEV” y éste pudo hacerle una fotografía que dio explicación al mal funcionamiento registrado:

Dentro de las misiones científicas que se pudieron desarrollar se encuentra el análisis de rocas de Olivino con la cámara espectral multibanda; como la nave no estaba destinada a sobrevivir a la noche lunar, fue una sorpresa que en febrero, transcurrida aquella, volviera a contactar, habiendo superado un hito para el que en principio no estaba diseñada. Finalmente el uno de Marzo volvió a quedar inactiva y está por ver si logra superar una segunda noche lunar, lo que seria una gran muestra de resistencia. La última foto recibida:

Esta misión demostró nuevamente las dificultades de alcanzar un alunizaje suave, seguro y operativo, y la gran cantidad de factores que absolutamente todas las misiones encuentran en su objetivo; pero a la vez, ponen de manifiesto el check list de problemas a los que las siguientes misiones deben prestar especial atención.

VIII). – La última de las misiones hasta la fecha es otra iniciativa privada estadounidense, la misión de la clase NOVA C de Intuitive Machines: el Módulo Odysseus (Ody).

Intuitive Machines pretendía ser la primera misión comercial a la luna desde el Apolo 17 en 1972. (tras el fallo de Astrobotic, que tenía idéntico propósito)

Despegó el 15 de febrero de 2024 desde la plataforma 39A de Cabo Cañaveral a bordo de un Falcon) rumbo al cráter Malapet A a 80,297º de latitud sur, llegando a la superficie lunar el 22 de febrero.

Odysseus es un lander con unas dimensiones de 4,3 m de alto, 1,5m de diámetro y ocupa, con las patas extendidas una superficie de 4,6m. Tiene una masa seca de 675 Kg y 1931 Kg a plena carga. Como dato relevante, estaba capacitada para aterrizar en superficies con una inclinación de 10º. Dispone de un motor principal con una potencia de 3,1 KN que permiten depositar 130 Kg de carga útil en la luna. Para el suministro energético, disponía de paneles solares situados en la parte superior y laterales de la nave.

Intuitive Machines forma también parte de los programas CLPS y Artemis de la NASA y fue adjudicataria de un contrato por valor de 77 millones de dólares para llevar los siguientes instrumentos a la superficie lunar ( y cito textualmente):

“ROLSES (Radio Observations of the Lunar Surface Photoelectron Sheath), un experimento del centro Goddard para estudiar el plasma en la superficie lunar en las frecuencias de 10 kHz y 30 MHz con el objetivo de entender cómo las partículas cargadas pueden hacer que el regolito lunar levite;

SCALPSS (Stereo Cameras for Lunar Plume-Surface Studies), cuatro cámaras que analizarán la interacción entre el escape del motor y el regolito de la superficie;

El instrumento NDL (Navigation Doppler Lidar for Precise Velocity and Range Sensing) del centro Langley, un avanzado LIDAR; ( que como veremos tuvo una participación importante e inesperada en la misión)

RFMG (Radio Frequency Mass Gauge statement), un experimento del centro Glenn para medir la cantidad de propelentes en los tanques de Nova-C mediante las emisiones en radio;

LN1 (Lunar Node 1 Navigation Demonstrator), un radio faro en banda S del tamaño de un cubesat construido por el centro Marshall que permitirá aumentar la precisión a la hora de determinar la posición de objetos sobre la Luna cuando forme parte de una red de aparatos parecidos;

Un retrorreflector láser (LRR) del centro Goddard de 20 gramos y 5,1 centímetros de diámetro para medir la distancia a la Luna y la velocidad con la que se aleja de la Tierra, un dispositivo que ya ha volado en misiones como la Chandrayaan 3 india y la SLIM japonesa, también citadas en este artículo.”

Al margen de estas cargas científicas, Odysseus también embarcaba una serie de cargas privadas, que también referencio literalmente de las fuentes originarias:

“EagleCam, una cámara que se separará a 30 metros de altitud que tenia la misión de grabar el descenso final y el aterrizaje de Odysseus

Elementos de un material térmico protector de la empresa de ropa deportiva Columbia.

Un experimento de la empresa Lonestar Data Holdings para aumentar la resistencia de los servidores de datos

125 esculturas del artista Jeff Koon.

También incorpora las cámaras astronómicas ILO-X, construidas por Canadensys Aerospace para ILOA Hawai’i con el fin de realizar las primeras imágenes de la Vía Láctea desde la superficie lunar.

Finalmente lleva, como en otras misiones privadas un compendio del saber humano organizado por la Arch Mission Foundation que incluye en formato miniaturizado toda la Wikipedia en Inglés, las obras del Proyecto Gutenberg y otras creaciones audiovisuales de nuestra especie.”

El referenciar las cargas de pago tiene el interés de verificar como pueden compaginarse los experimentos puramente científicos con una variopinta variedad de equipos y objetos, que son precisamente los que abren la posibilidad de obtener un rendimiento comercial ilimitado en cuanto a su configuración, ya que se puede llevar prácticamente de todo, como hemos podido tener la oportunidad de ver.

Al margen de las cargas de pago, uno de los hitos de la misión era validar el sistema de propulsión a base de metano líquido y oxigeno líquido, elementos que se pretende obtener in situ tanto de la Luna como de Marte.

Como curiosidad, también va a bordo una bandera estadounidense certificada por la NASA para volar en 1970. Finalmente consiguió su objetivo.

El lanzamiento fue exitoso, así como la transferencia a órbita lunar; los problemas aparecieron, de nuevo, en la crítica fase de descenso.

Para la delicada misión de alunizar, se pretendía emplear un sistema LIDAR propio, utilizado para determinar la altitud sobre la superficie lunar. Pero, según las fuentes, se produjo un error humano. Los representantes de la compañía declararon:

“mientras la nave espacial estaba en órbita lunar, Odysseus estaba teniendo algunas dificultades con la determinación de la órbita de la nave espacial. Se decidió encender el sensor láser construido por MDA para «hacer ping» en la superficie. Por desgracia, el láser no «disparó». Lo que descubrieron fue que el «interruptor de habilitación de seguridad», un interruptor electrónico, no estaba desactivado. El láser no era seguro, de ahí la necesidad de activar el seguro. Antes del lanzamiento, el seguro debería haberse desactivado. No había forma de que el control de la misión accionara el interruptor en órbita para que se pudiera utilizar el láser. Esto significaba que para esta misión no se podía utilizar la tecnología de MDA. Esto podría haber provocado el fracaso de la misión si no hubiera sido por un instrumento de tecnología experimental de la NASA a bordo”

Intuitive Machines y la NASA decidieron entonces actualizar el software y utilizar una de las cargas útiles de carácter experimental de la NASA, el sistema de guiado Navigation Doppler Lidar for Precise Velocity and Range Sensing (NDL). Esta fórmula tenia el efecto secundario de que la Eaglecam no se desplegase, pero la prioridad era el alunizaje.  

Con esta tesitura, se inicia el descenso, si bien la velocidad horizontal resultaba excesiva; parece ser que el equipo de navegación provocó un descenso más rápido de lo esperado y que llevó a la nave a una superficie del 12º de inclinación (recordemos que las especificaciones del Lander hablaban de un 10º de tolerancia y todo y que siempre hay unos márgenes, estos pueden ser críticos). El resultado fue que se alunizó, se produjo un arrastre, se rompió una de las patas y el lander cayó de costado apoyada en una roca.

Varios elementos son dignos de comentarios: Intuitive Machines declaró en un primer momento que el alunizaje había sido exitoso y que la nave se encontraba estable, cuando la realidad era diferente. Una de las razones que se ha esgrimido para esta actitud es que la empresa cotiza en Bolsa: a lo largo de la misión, la cotización experimentó dos subidas del 35% y 75% (el día 16, justo después del lanzamiento) y una caída del 32 % el 23 de febrero, al hacerse pública la posición real de la nave. Es una nueva realidad que debemos tener en cuenta: siendo empresas privadas, sujetas a las vicisitudes de la financiación y los mercados, los temas estrictamente técnicos y científicos tienen una repercusión directa y viceversa.

La aproximación final sigue siendo un elemento crítico y las tecnologías de mapeo, navegación y propulsión son esenciales para asegurar el aterrizaje suave y seguro que permita a los instrumentos desarrollar sus actividades (por las que han pagado un precio)

El programa CLPS de la NASA se materializa en varias de las misiones referenciadas. Tengamos en cuenta que la NASA dedica hasta 2028 la cantidad de 2600 millones de dólares para probar todas estas tecnologías y proveerse de una flota de aterrizadores que sean capaces de llevar cargas de forma segura y fiable a la superficie lunar en el marco del programa Artemis, que, recordemos, será tripulado; los suministros y equipos deberán llegar a los destinatarios por motivos evidentes de supervivencia y seguridad.

Repasadas someramente estas misiones (cada una de las cuales pueden dar para un extenso artículo de forma individual), podemos ver que ciertamente estamos ante un nuevo tiempo en el que la luna es el objetivo de múltiples misiones, privadas e institucionales, por parte de Agencias espaciales y de empresas que buscan un rendimiento económico claro como primer objetivo.  Las dificultades técnicas siguen siendo enormes dados los retos a conseguir, teniendo en cuenta que muchas de estas misiones buscan reducir costes y quedan lejos de programas de gran presupuesto que, si o si, deben cumplir sus objetivos al tratarse de misiones con fondos públicos.

Es evidente, por todo lo referido, que los aterrizajes automáticos en la Luna plantean grandes retos en la actualidad y que, dada la voluntad de asentarnos en nuestro satélite, se debe perseverar en conseguir estos hitos de manera segura y reiterada. Un mejor conocimiento de la orografía lunar que incluye necesariamente la necesidad de disponer de un mapeo muy preciso de su superficie, la mejora de los sistemas de navegación,  de detección de obstáculos, etc, son más que retos, necesidades; el mantenimiento de bases habitadas depende de un adecuado suministro de bienes y equipos que puedan llegar de forma automática. El desarrollo de puertos espaciales seguros en los que se pueda alunizar de forma reiterada es otra meta que conseguir en la que hay empresas como Astroport, que ya están trabajando.

No podemos olvidar el descenso final del Apolo 11; pero todos estos Lander no disponen del cerebro y la mano de Armstrong decidiendo en décimas de segundo y llevando con pulso la nave a lugar seguro; el vuelo tripulado siempre tendrá esa ventaja, pero los sistemas automáticos progresaran.

Quiero indicar que en la relación de misiones se echa de menos alguna de un país europeo o de la propia ESA a título individual.  El papel de Europa, todo y los esfuerzos de aumentos presupuestarios y planes de misiones, estimo que debe ser mucho más ambicioso en este y otros campos de las actividades espaciales, ya que las capacidades técnicas y profesionales existen y están fuera de toda duda, por lo que, si muy bien está formar parte de proyectos internacionales, también lo estaría visualizar hitos propios.

Conocidos son Tierra Novae, Heracles, Argonaut, etc. La situación geopolítica  en relaciona Rusia ha frustrado varias misiones en común y Europa ha de mirar también a las iniciativas privadas.

Muchas más son las misiones previstas para los próximos años, en donde veremos multitud de nuevos landers y misiones tripulados. Seguro que presentaran retos increíbles que podremos analizar y disfrutar.