A NASA tem grandes planos para a Lua. Através do Programa ArtemisA NASA planeja criar um programa de “exploração sustentada e desenvolvimento lunar”. Isso incluirá a criação do Lunar Gateway, um habitat orbital que facilitará as missões de e para a superfície, e o Acampamento Base de Artemis que permitirá estadias prolongadas. Através de sua Serviços comerciais de carga lunar (CLPS), a NASA contratou parceiros comerciais como a SpaceX e a Blue Origin para levar experimentos científicos e tripulação à superfície lunar.
No entanto, espera-se que esses esforços culminem na criação de um posto avançado permanente e presença humana na Lua. Isso exigirá muito mais em termos de tripulação e serviços de carga útil para garantir que as tripulações possam ser sustentadas a longo prazo. Em um white paper recente, “Lunar Surface Cargo”, pesquisadores da NASA identificaram uma lacuna significativa entre as capacidades atuais de entrega de carga e a demanda futura. O artigo indica que essa crescente demanda de carga só pode ser atendida pela criação de uma “frota de pousadores de carga mista”.
Principais conclusões
Como os autores indicam no artigo, a NASA Documento de definição de arquitetura da Lua para Marte (ADD) (Revisão A) cita a necessidade de uma ampla variedade de sistemas de pouso. Na seção 3 (subseção 1.4.8.4), o ADD aborda o programa CLPS e a necessidade de aterrissadores de carga como parte do assunto maior de sistemas de transporte:
“A exploração da superfície lunar exigirá a entrega de ativos, equipamentos e suprimentos para a superfície lunar. Enquanto alguns suprimentos e equipamentos podem ser entregues com a tripulação no HLS, os módulos de pouso de carga fornecem flexibilidade e capacidade adicionais para exploração robusta. No segmento HLR da campanha de exploração, a entrega de carga adicional pode ser fornecida por meio dos módulos de pouso CLPS Provider da NASA.”
Até o momento, a NASA selecionou quatorze empresas para entregar cargas úteis durante o Retorno Lunar Humano (HLR) segmento de exploração. Isso inclui SpaceX, Blue Origin, Ceres Robotics, Sierra Nevada Corporation e Tyvak Nano-Satellite Systems, selecionadas em novembro de 2019 para entregar tripulação e carga. Também as nove empresas adicionais que foram contratadas para entregar experimentos científicos em 2018 e 2022, como Firefly Aerospace, Intuitive Machines, Lockheed Martin Space, Moon Express e Astrobotic – o primeiro fornecedor comercial a lançar uma missão à Lua (Peregrino-1), que infelizmente não pousou na superfície lunar.
No entanto, à medida que o Programa Artemis transita do HLR para outros segmentos, a necessidade de entregas de carga se expandirá dramaticamente. Conforme declarado no ADD, isso incluirá o Exploração Fundamental (FE) segmento, que coincidirá com Ártemis IV e Ártemis V (atualmente planejado para 2026 e 2028, respectivamente) e consistirá na NASA expandindo suas “capacidades lunares, sistemas e operações de apoio a missões orbitais e de superfície complexas”. Ártemis VI acontece em 2031, a NASA prevê enviar uma missão tripulada por ano à Lua.
Neste ponto, o Evolução Lunar Sustentada O segmento (SLE) começará, consistindo em “capacitar capacidades, sistemas e operações para dar suporte à utilização regional e global (ciência, etc.), oportunidade econômica e uma cadência constante de presença humana na Lua e ao redor dela”.
Demanda crescente
Para avaliar a crescente necessidade de módulos lunares e sistemas de transporte, a NASA analisou uma amostra representativa de carga planejada para o Programa Artemis e necessidades potenciais. Mais uma vez, essas necessidades são divididas por segmento, com cada item de amostra representado por uma faixa de massa potencial (veja a tabela abaixo). Elas também incluem cargas úteis únicas para habitação, sistemas de mobilidade, energia e comunicações, freezers, várias cargas úteis de ciência e tecnologia e missões recorrentes de entrega logística que incluirão alimentos, água, ar, peças de reposição e outras necessidades.
Os autores observam que as missões tripuladas iniciais usando a Starship HLS (Ártemis III e 4) será de curta duração, então os módulos de pouso poderão transportar os suprimentos necessários. Entretanto, missões futuras precisarão de elementos de superfície adicionais para acomodar missões de maior duração, o alcance da exploração e o tamanho da tripulação. Por exemplo, conforme o segmento de Retorno de Pouso Humano transita para Exploração Fundamental, as cargas úteis planejadas e potenciais na amostra refletem essas necessidades crescentes.
Exemplos incluem a entrega do Veículo de Mobilidade Lunar (LMV), Vertical Solar Array Technologies, um relé de superfície lunar móvel, um sistema de mobilidade IP, o Rover de Resistênciaum Freezer de Retorno de Amostras e um Poder de superfície de fissão (FSP) reator (uma expansão do reator da NASA Projeto Kilopower). Essas cargas úteis permitirão atividades extraveiculares (EVAs), o fornecimento de energia e comunicações para um futuro habitat e a capacidade de conduzir missões de retorno de amostras da Bacia do Polo Sul-Aitken.
Além disso, a NASA prevê a entrega dos elementos que compõem o Acampamento Base de Artemis. Isso inclui um Rover Pressurizado – também conhecido como Plataforma de Mobilidade Habitável (HMP) – e a Habitação de Superfície Inicial – o Habitat de Superfície da Fundação Lunar (LFSH) – que culminará na criação de Habitats de Superfície regulares. Eles também consideram as necessidades logísticas para equipes de dois operando com o HMP e equipes de quatro operando dentro do LFSH. Durante o segmento de Evolução Lunar Sustentada, há as entregas associadas à criação de uma Planta Piloto ISRU e as necessidades logísticas contínuas.
Em suma, a NASA prevê que as futuras demandas por carga variarão de 2.500 a 10.000 kg (~5.510 a 22.045 libras) por ano para logística recorrente anual. Eles também preveem que entregas ocasionais de grandes cargas (rovers ou módulos habitacionais) de até 15.000 kg (33.070 lbs) pode ocorrer durante o segmento da campanha de Exploração Fundacional. O white paper “Lunar Mobility Drivers and Needs”, parte da série 2024 Moon to Mars Architecture, fornece uma análise detalhada dos requisitos logísticos.
Capacidades
Em relação às atuais capacidades de carga útil, os autores reconhecem a cooperação da NASA com a indústria privada e parceiros internacionais. Isso inclui os programas CLPS, HLS e Human-class Delivery Landers (HDL), responsáveis pelo desenvolvimento de veículos de pouso de tripulação e carga. Enquanto isso, parceiros internacionais como a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) estão colaborando em potenciais serviços de entrega de carga. Como eles demonstram, pequenas cargas úteis de 500 kg (1100 lbs) que darão suporte à logística no segmento SLE estão dentro das capacidades do programa CLPS.
As cargas úteis mais pesadas, que incluem os elementos do Artemis Base Camp, variam de 12.000 a 15.000 kg (26.455 a 33.070 lbs), o que está dentro das capacidades do programa HDL. Isso deixa uma lacuna entre os 500 kg e 12.000 kg, o que representa a grande maioria das cargas úteis necessárias no segmento FE. Essas cargas úteis são fundamentais para os planos de longo prazo da NASA para um programa de “exploração e desenvolvimento lunar sustentado”. Como resultado, a demanda por esses elementos e os serviços de suporte relacionados é alta.
Considerações adicionais
Além de aterrissadores fornecerem entregas de carga, eles devem fornecer acesso a diversos locais na Bacia do Polo Sul-Aitken que satisfaçam os objetivos da missão. Locais específicos que são nomeados incluem a Cratera Hawthorn, o pico perto da Cratera Shackleton, a borda da Cratera Faustini, a Cratera De Gerlache, Malapert Mastiff e cumes de conexão cobrindo uma região medindo cerca de 500 km2 (310 milhas2). Esses locais são locais importantes para painéis solares, coleta de gelo e redes de transporte.
A NASA também identificou lacunas para carga lunar e retorno de amostras, onde a capacidade dos veículos existentes excede em muito a capacidade de retorno. Para esse fim, o white paper recomenda uma gama de provedores de carga que permitirão diversidade e flexibilidade. Essa abordagem aborda “algumas lições importantes aprendidas com a Estação Espacial Internacional, incluindo a necessidade de redundância diferente para evitar uma situação em que qualquer sistema se torne um único ponto de falha”.
Concluindo, a NASA identificou uma “lacuna arquitetônica substancial na capacidade do módulo de pouso” que crescerá conforme o segmento de Exploração Fundamental continua e abre caminho para a fase de Evolução Lunar Sustentada. Mas, como eles observam, isso apresenta grandes oportunidades para a NASA e parceiros da indústria criarem uma frota de módulos de pouso de carga mista que “atenda às demandas de entrega de carga, permita missões mais longas, envie mais membros da tripulação para a superfície e capacite uma pegada de exploração maior”. Isso, eles acrescentam, é essencial para atingir os objetivos da arquitetura da missão Lua a Marte da NASA.
Detalhes adicionais sobre serviços de carga útil e transporte são fornecidos em outro white paper, “Motoristas e necessidades da mobilidade lunar”, lançado simultaneamente com o artigo mencionado acima. Essas e outras considerações serão abordadas com mais detalhes no Revisão do conceito de arquitetura 2024 (2024 ARC), que deve ser lançado no final deste ano. Esta revisão incluirá white papers sobre a estratégia de superfície lunar da NASA e as necessidades de retorno de carga.
Leitura adicional: NASA
