Logística espacial - Space logistics

La logística espacial es "la teoría y la práctica de impulsar el diseño del sistema espacial para su operatividad y de gestionar el flujo de material, servicios e información necesarios a lo largo del ciclo de vida de un sistema espacial", e incluye la logística terrestre en apoyo de los viajes espaciales, incluidos los adicionales " diseño y desarrollo, adquisición, almacenamiento, movimiento, distribución, mantenimiento, evacuación y disposición de material espacial ", movimiento de personas en el espacio (tanto de rutina como para emergencias médicas y de otro tipo) y contratación y suministro de los servicios de apoyo necesarios para mantener el espacio viaje.

Historia

Ya en 1960, Wernher von Braun habló de la necesidad y el subdesarrollo de la logística espacial:

Tenemos un problema de logística en el espacio ... que desafiará el pensamiento de los ingenieros de logística más visionarios. Como saben, actualmente estamos investigando tres regiones del espacio: cerca de la Tierra, la región lunar y los planetas . Si bien es seguro decir que todos sin duda hemos sido conscientes de muchos o la mayoría de los requisitos y problemas logísticos en la discusión, al menos de manera general, creo que también es seguro afirmar que muchos de nosotros no nos hemos dado cuenta. el enorme alcance de las tareas realizadas en el área de logística. Espero que las discusiones permitan comprender mejor el hecho de que el apoyo logístico es una parte importante de la mayoría de los grandes proyectos de desarrollo. El apoyo logístico, de hecho, es una de las principales causas del éxito o fracaso de muchas empresas.

En 2004, cuando la NASA inició una iniciativa gubernamental para explorar la Luna , Marte y más allá, se identificaron una serie de deficiencias tanto en la capacidad como en la capacidad para soportar las necesidades logísticas incluso en la órbita terrestre baja.


Para 2005, los analistas reconocieron la próxima oportunidad para que los gobiernos nacionales involucrados con el programa del Transbordador Espacial reduzcan costos mediante la adquisición de servicios logísticos de transporte de carga comercialmente después de la finalización de la fase de construcción de la Estación Espacial Internacional , que entonces se esperaba para 2010.

Actividades posteriores a 2005

Según Manufacturing Business Technology,

La NASA ha otorgado $ 3.8 millones a dos profesores de ingeniería del MIT para que realicen un estudio interdisciplinario para adaptar la logística de la cadena de suministro para respaldar el transporte y la transferencia de material interplanetario. Los profesores David Simchi-Levi y Olivier de Weck de la División de Sistemas de Ingeniería del MIT encabezarán el proyecto en asociación con el Laboratorio de Propulsión a Chorro , Payload Systems y United Space Alliance .
La exploración espacial sostenible es imposible sin una gestión adecuada de la cadena de suministro y, a diferencia de Apollo, la exploración futura tendrá que depender de una red de suministro compleja en tierra y en el espacio. El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un marco integral de gestión de la cadena de suministro y una herramienta de planificación para la logística espacial. El eventual marco de logística espacial integrada abarcará el movimiento terrestre de material e información, la transferencia a los lugares de lanzamiento , la integración de la carga útil en los vehículos de lanzamiento y el lanzamiento a la órbita terrestre baja , la transferencia espacial y planetaria y la logística de la superficie planetaria. El modelo de gestión de la cadena de suministro interplanetaria liderado por el MIT adoptará un enfoque de desarrollo de cuatro fases:
1. Examen de la experiencia adquirida en la gestión de la cadena de suministro de proyectos comerciales y militares basados ​​en la Tierra, incluida la logística de los submarinos navales y el ártico
2. Análisis de la red de logística espacial basados ​​en modelos de órbitas Tierra-Luna-Marte y sitios de exploración y aterrizaje previstos
3. Modelado de oferta / demanda que abarca la incertidumbre en la demanda, la combinación de carga, los costos y las interrupciones de la cadena de suministro.
4. Desarrollo de una arquitectura de cadena de suministro interplanetaria.

Ejemplos de clases de suministros

Entre las clases de suministro identificadas por el Centro de Logística Espacial del MIT:

  • Propelentes y combustibles
  • Disposiciones y operaciones de la tripulación
  • Mantenimiento y conservación
  • Estiba y sujeción
  • Desechos y eliminación
  • Habitacion e Infraestructura
  • Transporte y transportistas
  • Diverso

En la categoría de transporte espacial para el apoyo de la ISS , se podría enumerar:

Tianzhou (nave espacial) es la única nave espacial de reabastecimiento no tripulada prescindible a la Estación Espacial China .

Estado de la capacidad logística de la ISS en 2005

En 2005 se proporcionó una instantánea de la logística de una única instalación espacial, la Estación Espacial Internacional, a través de un estudio exhaustivo realizado por James Baker y Frank Eichstadt. Esta sección de artículo hace una amplia referencia a ese estudio.

Requisitos de carga de la ISS

A partir de 2004, el transbordador espacial de los Estados Unidos , el progreso ruso y, en una medida muy limitada, los vehículos rusos Soyuz eran los únicos sistemas de transporte espacial capaces de transportar carga de la EEI.

Sin embargo, en 2004, ya se anticipó que el Vehículo de Transferencia Automatizado Europeo (ATV) y el Vehículo de Transferencia H-IIA Japonés (HTV) entrarían en servicio antes del final del Ensamblaje de la ISS . A partir de 2004, el US Shuttle transportó la mayor parte de la carga presurizada y no presurizada y proporciona prácticamente toda la capacidad de masa descendente recuperable (la capacidad de reentrada no destructiva de la carga).

Capacidades del vehículo de carga

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005:

Es necesario comprender los requisitos futuros de carga de la ISS para dimensionar un vehículo de carga comercial diseñado para reemplazar las capacidades y capacidades del Shuttle y aumentar los vehículos alternativos actualmente planeados. Es difícil establecer estimaciones precisas de los requisitos de transferencia de carga de la ISS debido a los cambios continuos en los requisitos logísticos, los niveles de atención de la tripulación, la disponibilidad de vehículos y el papel en evolución que la ISS desempeñará en los objetivos de exploración e investigación espacial de la NASA.
Se muestra un mayor requisito de entrega de carga sin presión durante los años 2007–2010. Este aumento en la tarifa es el resultado de un plan actual para preposicionar repuestos sin presión en la ISS antes de la jubilación del Shuttle. La provisión de un transportador de carga comercial capaz de transportar repuestos sin presión para complementar el Shuttle elimina el requisito de posicionamiento previo y alinea los promedios estimados durante 2007-2010 a aproximadamente 24,000 kg para carga presurizada y 6800 kg para carga no presurizada. Teniendo en cuenta la capacidad de entrega de los sistemas restantes después de que se retira el Shuttle, los rendimientos.
La retirada del Shuttle y la dependencia de Progress, ATV y HTV para la logística de la ISS no darán lugar a una capacidad de masa descendente recuperable significativa. Además, ninguna evidencia sugiere que alguno de estos sistemas de transporte de carga pueda aumentar las tasas de producción y lanzamiento para cubrir la deficiencia de entrega de carga.

Oportunidad comercial

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005:

Además de las deficiencias del soporte de ISS, existen oportunidades alternativas para un sistema de transporte de carga comercial. El retiro del transbordador también resultará en la imposibilidad de realizar investigaciones de órbita terrestre baja (LEO) independientemente de la ISS. Un servicio de carga útil comercial podría servir como una plataforma de investigación de vuelo libre para satisfacer esta necesidad. A medida que surgen los requisitos de apoyo logístico para la iniciativa de exploración espacial de la NASA, se puede emplear el sistema comercial existente.
Por último, el incipiente interés en el desarrollo de estaciones espaciales comerciales no gubernamentales debe tener en cuenta los problemas de reabastecimiento. Indudablemente, estas consideraciones estarán sujetas a un análisis de fabricación / compra. Los sistemas existentes que han amortizado sus costos de desarrollo a través de múltiples programas gubernamentales y no gubernamentales deberían favorecer una decisión de "compra" por parte de los operadores de estaciones espaciales comerciales. A medida que surjan estos mercados, las empresas comerciales estarán en condiciones de proporcionar servicios de logística a una fracción del costo de los sistemas desarrollados por el gobierno. Las economías de escala resultantes beneficiarán a ambos mercados. Esta conclusión fue alcanzada por un estudio de Price-Waterhouse fletado por la NASA en 1991. El estudio concluyó que el valor del servicio de módulo comercial basado en activos de vuelo de SPACEHAB con un valor actual neto estimado de $ 160 millones le habría costado al gobierno de EE. UU. $ 1 mil millones para desarrollar y operar utilizando el costo estándar más la contratación. Las operaciones y desarrollos comerciales de SPACEHAB (como el Integrated Cargo Carrier) desde 1991 representan un mayor ahorro de costos en comparación con los sistemas operados y de propiedad del gobierno.
Es más probable que las empresas comerciales inviertan capital privado de manera eficiente en mejoras de servicio, disponibilidad continua garantizada y capacidad de servicio mejorada. Esta tendencia, común en aplicaciones no aeroespaciales, ha sido demostrada por SPACEHAB en el mercado de sistemas espaciales comerciales a través de mejoras continuas en los módulos y la introducción de nuevos transportadores logísticos.
Las deficiencias en la capacidad de transporte de carga de la ISS, las oportunidades emergentes y la experiencia obtenida de las operaciones terrestres y de vuelo existentes de SPACEHAB han alentado el desarrollo del Servicio de carga útil comercial (CPS). Como sistema desarrollado comercialmente, SPACEHAB reconoce que para optimizar su capacidad y asequibilidad se requieren ciertos enfoques en el desarrollo y las operaciones del sistema.
El primer enfoque impone requisitos moderados al sistema. La introducción de capacidades fundamentales en el front-end y la creación de cicatrices para capacidades mejoradas posteriormente reduce el costo de lanzamiento y acorta el tiempo de desarrollo.
El segundo es la utilización de la tecnología y las capacidades existentes, cuando corresponda. Una característica típica de los programas de la NASA es el alcance continuo de tecnologías desarrolladas recientemente. Si bien es atractiva desde una perspectiva de avance técnico, esta búsqueda es costosa y, a menudo, no logra crear capacidades operativas. Un módulo de carga desarrollado comercialmente maximizará el uso de las tecnologías existentes (listas para usar cuando sea posible) y buscará avances técnicos solo cuando los requisitos del sistema o las condiciones del mercado impulsen la necesidad de tales avances. Además, los costos asociados con el desarrollo de naves espaciales no se limitan a los asociados con los sistemas del vehículo. También se deben considerar los costos significativos asociados con la infraestructura. Las instalaciones de procesamiento de vehículos y logística existentes de SPACEHAB, ubicadas junto con la gama de lanzamiento Eastern y en las instalaciones de Sea Launch, permiten evitar costos significativos de desarrollo del sistema.
Finalmente, SPACEHAB ha logrado reducciones de costos y horarios al emplear procesos comerciales en lugar de procesos gubernamentales. Como resultado, la plantilla de integración de la misión de SPACEHAB para un transportista basado en Shuttle es de 14 meses, en comparación con 22 meses para un Módulo de logística multipropósito (MPLM) similar basado en Shuttle.

Capacidad de transferencia de rack

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005:

La ISS utiliza el bastidor de carga útil estándar internacional (ISPR) como la carga útil principal y la estructura de alojamiento del experimento en todos los módulos operados en EE. UU. La transferencia de ISPR hacia y desde la ISS requiere pasar a través de la escotilla que solo se encuentra en los lugares de atraque del Mecanismo de atraque común (CBM). El diámetro del CBM combinado con las proporciones de ISPR generalmente impulsa los diámetros de los vehículos de carga a tamaños que solo se adaptan a los carenados de carga útil de 5 m lanzados en los vehículos de lanzamiento fungibles evolucionados (EELV).

Cargas útiles recuperables presurizadas por reentrada

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005:

El vehículo Russian Progress ha servido durante mucho tiempo como un vehículo de carga que, al salir de una estación espacial, vuelve a entrar destructivamente en la atmósfera destruyendo toda la "carga" a bordo. Este enfoque funciona de manera muy eficaz para eliminar la masa no deseada de una estación espacial. Sin embargo, la NASA ha indicado que la devolución de las cargas útiles de la ISS es muy deseable [5]. Por lo tanto, un sistema comercial debe examinar las implicaciones de incluir una capacidad de retorno de carga útil presurizada, ya sea en el diseño inicial o como una característica mejorada del servicio que se introducirá en el futuro. Proporcionar dicha capacidad requiere la incorporación de un subsistema de protección térmica, subsistemas de orientación de desorbitación, subsistemas de recuperación de aterrizaje, infraestructura de recuperación de tierra y licencia de la FAA. La recuperación de cargas útiles sin presión presenta desafíos únicos asociados con la naturaleza expuesta de los portadores sin presión. Implementar un sistema de reentrada recuperable para cargas útiles sin presión requiere el desarrollo de un sistema de encapsulación. Las actividades de encapsulación deben ocurrir de forma autónoma antes de la reentrada o como parte de las operaciones asociadas con la carga del transportador de carga sin presión con la carga de regreso. En cualquier caso, el costo adicional asociado con los sistemas de la nave espacial o el aumento de los requisitos operativos será más alto que simplemente cargar y salir de un portaaviones presurizado para una reentrada destructiva.

Capacidad de manifiesto mixto

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005:

Normalmente, evitar las soluciones puntuales proporciona flexibilidad para que un sistema determinado proporcione capacidades variables. Diseñar un transportador de carga que combine sistemas presurizados y no presurizados puede generar un mayor costo si todos los alojamientos de carga asociados deben volar en cada vuelo. Para evitar costos innecesarios asociados con el diseño y la estructura de vuelo que se adapta a las capacidades relativas fijas de todo tipo de cargas útiles, se adopta un enfoque modular para CPS. Los requisitos de transporte de carga previstos para la ISS después de que se retire el transbordador indican que las misiones dedicadas presurizadas y no presurizadas pueden respaldar los requisitos de masa ascendente de la ISS. La utilización de características básicas comunes (es decir, módulo de servicio, sistema de acoplamiento, etc.) y modular los elementos portadores presurizados y no presurizados de la nave espacial asegura flexibilidad al tiempo que evita soluciones puntuales.

Transferencia de propulsor

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005:

El segmento ruso de la ISS (RSOS) tiene la capacidad a través de los mecanismos de acoplamiento de sonda y cono para soportar la transferencia de propulsor. La incorporación de la capacidad de transferencia de propulsantes introduce problemas internacionales que requieren la coordinación de múltiples organizaciones corporativas y gubernamentales. Dado que los requisitos de los propulsores de la ISS están adecuadamente previstos por el Russian Progress y el ATV de la ESA, se pueden evitar los costos asociados con la incorporación de estas características. Sin embargo, la naturaleza modular del CPS, junto con la capacidad inherente de los subsistemas seleccionados, permite alternativas económicas a la transferencia de propulsantes en caso de que lo requieran las necesidades de la ISS.
Los costos indirectos considerados en el desarrollo de la arquitectura CPS incluyen los requisitos de licencia asociados con el Reglamento de Tráfico Internacional de Armas (ITAR) y los requisitos de licencia de entrada y lanzamiento comercial de la Administración Federal de Aviación (FAA). La concesión de licencias ITAR impulsa la selección cuidadosa de los proveedores del subsistema de vehículos. Cualquier utilización o fabricación de subsistemas de naves espaciales por parte de entidades no estadounidenses solo puede implementarse una vez que se cuente con las aprobaciones correspondientes del Departamento de Estado y / o Comercio. Los requisitos de licencia de la FAA requieren una selección cuidadosa de los sitios de lanzamiento y aterrizaje. Los vehículos desarrollados por una corporación organizada de EE. UU., Incluso si se lanzan en otro país, requieren la revisión del sistema del vehículo, las operaciones y el programa de seguridad por parte de la FAA para garantizar que los riesgos para las personas y la propiedad estén dentro de los límites aceptables.

Downmass

Si bien el enfoque significativo de la logística espacial está en la masa ascendente , o la masa de la carga útil transportada hasta la órbita desde la Tierra, las operaciones de la estación espacial también tienen importantes requisitos de masa descendente. El retorno de carga desde la órbita terrestre baja a la Tierra se conoce como transporte de masa descendente , la masa de carga útil logística total que se devuelve desde el espacio a la superficie de la Tierra para su uso o análisis posterior. La logística descendente son aspectos importantes del trabajo de investigación y fabricación que se produce en las instalaciones espaciales orbitales. En la década de 2020, el término también comenzó a usarse en el contexto del movimiento de masas hacia y desde otros cuerpos planetarios . Por ejemplo, "la capacidad de masa ascendente y descendente [del módulo de aterrizaje lunar SpaceX Starship HLS ] excedió con creces los requisitos de la NASA".

Para la Estación Espacial Internacional , ha habido períodos de tiempo en los que la capacidad de masa descendente estaba severamente restringida. Por ejemplo, durante aproximadamente diez meses desde el momento del retiro del Transbordador Espacial después de la misión STS-135 en julio de 2011, y la pérdida resultante de la capacidad del Transbordador Espacial para devolver la masa de carga útil, una preocupación creciente se convirtió en el retorno de la carga descendente desde el nivel bajo. -La órbita terrestre a la Tierra para su posterior uso o análisis. Durante este período de tiempo, de los cuatro vehículos espaciales capaces de alcanzar y entregar carga a la Estación Espacial Internacional, solo el vehículo ruso Soyuz podría devolver incluso una carga útil de carga muy pequeña a la Tierra. La capacidad de descarga de carga de Soyuz fue limitada ya que toda la cápsula espacial se llenó al máximo con los tres miembros de la tripulación de la ISS que regresan en cada regreso de Soyuz. En ese momento, ninguno de los vehículos de reabastecimiento de carga restantes (el Progreso de la Agencia Espacial Rusa , el ATV de la Agencia Espacial Europea (ESA) , el HTV de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA)) podía devolver cualquier carga para uso terrestre o examen.

Después de 2012, con el atraque exitoso del SpaceX Dragon contratado comercialmente durante la misión Dragon C2 + en mayo de 2012, y el inicio de los vuelos de carga operativos en octubre de 2012, la capacidad de descarga de la ISS es ahora de 3.000 kilogramos (6.600 lb) por vuelo de Dragon. un servicio que proporciona la cápsula de carga Dragon de forma rutinaria. Una cápsula de retorno probada en 2018 llamada Cápsula de reentrada pequeña HTV (HSRC) podría usarse en futuros vuelos de HTV. El HSRC tiene una capacidad máxima de masa descendente de 20 kilogramos (44 libras).

Ver también

Referencias

  • Rodolfo Monti, ed. (2005). "Posibilidades infinitas Realidades globales: Actas seleccionadas del 55º Congreso de la Federación Astronáutica Internacional, Vancouver, Canadá, 4 a 8 de octubre de 2004". Acta Astronautica . Pergamon . 57 .
  • Evans, Andy (enero-marzo de 2005). "Space Logistics: The Ultimate Logistics Enterprise Challenge" . Espectro logístico . Sociedad Internacional de Logística . Consultado el 8 de agosto de 2011 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )

enlaces externos