La Luna demanda volver a ser explorada. Lejos ha quedado ya el 21 de julio de 1969 cuando millones de personas se agrupaban en los televisores para ver como Neil Amstrong decía aquello de “Esto es un pequeño paso para el hombre, pero un gran salto para la humanidad”. La NASA está más decidida que nunca en revivir este momento.

Para ello, ha apostado por la compañía norteamericana Lockheed Martin Space Systems, a quién le ha encomendado la galáctica tarea de diseñar la nave que nos lleve de nuevo a nuestra queridísima Luna.

El cohete se llama Orion y su objetivo no es únicamente llegar a la luna, sino que pretende ir más allá. Buscará explorar el espacio como hasta entonces nunca se ha hecho.

Aunque se han conseguido hitos muy importantes, la Vía Láctea es un territorio aún inexplorado, y las propiedades de la Luna no se han estudiado de manera exhaustiva. Y es que el compromiso de la NASA es establecer una presencia sostenible en la luna para traer nuevos conocimientos y prepararse para enviar astronautas a Marte.

Y, aunque pueda parecer futurista o sacado de una película de ciencia ficción, Lockheed Martin ya está en plena producción de seis misiones espaciales Orion. Esta nave tiene una clara misión: llevar a los astronautas de la Tierra a la Luna, y devolverlos sanos y salvos a su hogar.

La aeronave lunar cuenta con una capacidad para trasportar hasta seis personas y consta de tres módulos principales:

  • Tripulación
  • Servicio
  • Anulación de lanzamiento

Diseñar un vehículo con capacidad para ir al espacio, ya sea la luna, Marte o el mismísimo Plutón, tiene una complejidad muy elevada y supone una inversión de mucho tiempo. Por ello, contar con tecnologías que simplifiquen el proceso es toda una ventaja.

El conocido como análisis de elementos finitos (FEA, por sus siglas en inglés: Finite Element Analysis) permite modelar productos y sistemas en un entorno virtual y está desempeñando un papel decisivo en el diseño de los tres módulos de la nave lunar.

La FEA permite a los diferentes equipos de trabajo tener una visión y una comprensión del conjunto de las cargas y tensiones que experimentarán estos módulos durante todas las fases. Esa comprensión se utiliza entonces para optimizar diferentes factores de la aeronave:

  • El peso,
  • La rigidez
  • La selección de materiales
  • La forma y la resistencia de piezas individuales

Houston, la Luna está más cerca

Este proceso se vuelve aún más complejo cuando se trata del diseño de una nave con destino la Luna. En muchos sentidos, este es el proceso típico entre analistas estructurales y diseñadores, que utilizan estudios comerciales basados en FEA para optimizar un diseño. Excepto en este caso, el proceso lleva años, y los modelos de elementos finitos (FE) pueden ser enormes (hasta un millón de elementos).

Los ingenieros de Lockheed Martin, capacitados para construir satélites y naves espaciales, se enfrentaban a más de 900 casos de carga asociados con el lanzamiento y la anulación. Modelos FE con hasta un millón de elementos y un gran volumen de datos de resultados que necesitaban ser clasificados para determinar casos de carga críticos. Para simplificar el proceso, de diseño optaron por la integración de dos soluciones: el software Femap™ y el software NX™ Nastran®, ambos de Siemens.

Concretamente, Femap es una aplicación de simulación de ingeniería que permite crear, editar, importar y reutilizar modelos de análisis de elementos finitos. Todo esto puede sonar muy complejo, pero, dicho de una manera sencilla, permite simplificar el proceso de validación de productos. La reducción del número de prototipos también conlleva una reducción de los costes y del tiempo de desarrollo.

Esta solución también se puede combinar con una amplia variedad de sistemas CAD y solvers de análisis de elementos finitos, incluida la aplicación líder del sector, NX Nastran. De esta manera, los ingenieros cuentan con una solución integral de análisis que garantiza que el cohete funcione tal y como se ha diseñado. 

¿Cómo se diseña una nave para ir a la Luna?

Concretamente, en el proyecto lunar de Orion participaron 60 expertos que utilizan Femap con NX Nastran. Pero, ¿cuáles son realmente las ventajas de utilizar ambos software?

  • Facilidad de uso. Ayuda a los expertos a cambiar los estudios comerciales rápidamente. Permite cambiar uno o más componentes y comprobar, de manera sencilla, los efectos en todo el sistema. Estos análisis comerciales se pueden realizar ahora en dos o tres semanas.
  • Una solución muy visual. Esta herramienta te permite visualizar el modelo de muchas maneras diferentes y activar y desactivar diferentes elementos y geometrías, lo que ayuda a comprobar y detectar posibles errores.
  • Clasificar una gran cantidad de datos. Femap permite, a través de su funcionalidad de clasificación, ordenar los casos de carga y mostrar el máximo y el mínimo número de datos de manera muy rápida, lo que ahorra tiempo.
  • Mejora de la precisión. Gracias a las herramientas de visualización y manipulación de geometría que ofrece, ayuda a los especialistas a confirmar que el modelo FE se creó correctamente.
  • Ahorro de tiempo. La automatización de las tareas rutinarias a través de scripts ahorra tiempo.

Otra de las ventajas de Femap es que utiliza el sistema operativo Windows. Esto permite a los ingenieros obtener, de manera fácil, información de los modelos de este software en otras herramientas como Excel y extraer imágenes, lo que acorta también los tiempos y simplifica el proceso.

¿Cómo se digitalizan los sistemas aeroespaciales?

Más allá de viajar a la luna, el sector aeroespacial busca construir vehículos que satisfagan las demandas de los gobiernos, pero también de muchos inversores multimillonarios. Hoy, son muchos los que sueñan con ver la Tierra desde el espacio y buscan la forma de conseguirlo a un coste reducido. Por ello, el sector busca aeronaves:

  • Con un peso ligero
  • Un elevado rendimiento
  • Con capacidad de ser reutilizables
  • Mayor fiabilidad para reducir los costes de la puesta en órbita

Esto exige un entorno digital colaborativo que combine estructura, mecánica, ingeniería de sistemas, pruebas medioambientales y gestión de programas. Aquí Siemens juega un papel muy importante ya que está ayudando a la NASA a volver a la Luna. Además, está digitalizando el sector aeroespacial con soluciones como:

  • El análisis y elaboración de informes que ofrecen a las empresas aeroespaciales y de defensa una mayor visibilidad de toda la empresa.
  • Fabricación avanzada para la creación de productos
  • Visualización de modelos 3D
  • Planificación y validación de producción
  • Ingeniería de automatización
  • Ejecución de la producción y gestión de vida del producto

Todas estas soluciones permiten al sector mejorar su productividad y satisfacer las crecientes demandas del mercado. Y es que el proceso de fabricación debe configurarse perfectamente para garantizar el máximo rendimiento y eficiencia. 

En definitiva, el sector aeroespacial está en plena actividad y busca conquistar el espacio. Tal y como ya vivieron la generación de los 60, parece más cercano que los más jóvenes puedan experimentar el histórico momento de ver a un astronauta volver a pisar la Luna, y quien sabe, quizá Marte también.