Programa Artemis de la NASA: impacto en crecimiento económico y competitividad

Es indudable el valor estratégico que tiene la Luna. De hecho se dice que quien domine la Luna, dominará el Espacio… Ahora, el Programa Artemis de la NASA, devolverá a los humanos a la superficie lunar en esta década. Creará una presencia humana sostenible en los próximos años y proporcionará la experiencia y la tecnología para realizar las primeras misiones humanas a Marte. Si bien proporciona beneficios científicos, liderazgo geopolítico y el valor perdurable de la exploración espacial humana y robótica, el programa también ofrece la perspectiva de un crecimiento económico sustancial y una mayor competitividad (EEUU).

La NASA financia iniciativas lunares comerciales que siguen los pasos de los exitosos programas Commercial Orbital Transportation Services (COTS), Commercial Reupply Services (CRS) y Commercial Crew (CCrew) que revolucionaron el transporte espacial, el suministro de carga a la órbita terrestre baja y los vuelos espaciales con humanos. El programa Commercial Lunar Payload Services (CLPS), el programa Human Landing System (HLS) y las iniciativas lunares NextSTEP Broad Agency Announcement (BAA) buscan financiar empresas comerciales y privadas para llevar cargas útiles, servicios y astronautas a la superficie lunar. Al igual que los programas comerciales anteriores, la intención es aumentar la capacidad técnica comercial de EE. UU., ampliar el sector espacial y proporcionar el impulso para la innovación.

Este estudio realizado y publicado por la NASA resume los beneficios económicos y de competitividad nacional del programa Artemis para complementar sus valores inherentes de descubrimiento científico, desarrollo tecnológico, exploración espacial y liderazgo mundial. Incluye una breve reseña sobre el éxito de las históricas iniciativas espaciales comerciales de la NASA y cómo el programa Artemis es una extensión de COTS y Commercial Crew. También examina cómo el programa Artemis puede beneficiar a la economía de EE. UU. impulsando la innovación y nuevas capacidades, reduciendo el costo de acceso al espacio, mejorando la competencia en el mercado y ampliando la base de clientes potenciales. Finalmente, proporciona una evaluación del papel del programa Artemis para ayudar a las empresas estadounidenses a competir en el mercado global y el papel del gobierno en la financiación del desarrollo tecnológico en etapa inicial.

Puntos clave del Programa Artemis

• La selección de la NASA del vehículo SpaceX Starship para una misión humana de alunizaje ayuda a construir una nueva capacidad de lanzamiento comercial. Debido a su tamaño, este vehículo puede reducir significativamente los costos de lanzamiento en órbita, expandir la base de clientes potenciales para los servicios de lanzamiento y aumentar la participación en el mercado de EE. UU.
• El programa CLPS proporciona contratos de servicio a empresas que construyen módulos de aterrizaje lunares robóticos con un costo más bajo y un cronograma de desarrollo más corto que las misiones anteriores. Estas empresas también ofrecen servicios de entrega de carga útil a clientes comerciales e internacionales. CLPS apoya el desarrollo de un nuevo subsector espacial multimillonario en operaciones en la superficie lunar.
• Artemis impulsa la innovación con requisitos de programa desafiantes y su enfoque «impulsado por la misión». Las posibles soluciones para las misiones en la superficie lunar incluyen tecnologías en potencia compacta sistemas, biología sintética, fabricación aditiva, transferencia de combustible en órbita, movilidad en la superficie lunar y ciencia de los materiales.
  • La actividad económica de los programas “Moon to Mars” en los EE. UU. incluye:
  • Más de 69.000 puestos de trabajo
  • Gastos que respaldan más de $14 mil millones en producción económica total
  • Un estimado de $1.5 mil millones en ingresos fiscales federales, estatales y locales en todo el país
• Los impactos en la competitividad nacional incluyen la difusión de nueva tecnología espacial más ampliamente en la empresa espacial de EE. UU., la expansión de la fuerza laboral técnica de EE. UU. y la fuente de talento STEM, la mejora del poder blando de EE. UU. y una mayor capacidad de las empresas espaciales de EEUU para competir globalmente.

Programas espaciales comerciales en perspectiva

El programa COTS permitió a la industria privada de EE. UU. desarrollar capacidades de transporte espacial con el objetivo de un acceso seguro, confiable y rentable a órbita terrestre baja. En última instancia, este programa entregó dos nuevos vehículos de lanzamiento estadounidenses de bajo costo que transportaban carga hacia y desde la ISS: SpaceX Falcon 9 y Orbital Antares. Los vehículos también se pueden usar con una ventaja de ahorro de costos para misiones científicas de la NASA pequeñas y medianas (por ejemplo, Transiting Exoplanet Survey Satellite, Jason-3, Sentinel-6 Michael Freilich). Aprovechando el éxito del Falcon 9, SpaceX aumentó su participación en el mercado de lanzamiento comercial mundial del 0 % en 2011 al 78 % en 2020 (y más del 50 % del mercado de lanzamiento general en todo el mundo en 2021, sin incluir China). SpaceX también impulsó los mercados de nanosatélites y CubeSat.

Con el éxito de los vehículos de lanzamiento, la NASA celebró importantes contratos de servicios comerciales de reabastecimiento de carga (CRS) de miles de millones de dólares con las dos empresas, lo que creó una solidez futura para el transporte de carga de la ISS. Sobre la base de estos programas, la NASA inició el programa CCrew para que las empresas del sector privado lleven a los astronautas estadounidenses a la órbita. Hasta la fecha, SpaceX ha lanzado cuatro misiones tripuladas a la ISS (con varias misiones adicionales planificadas). Un segundo competidor, el vehículo Starliner de Boeing, está en desarrollo y está programado para una misión de demostración tripulada en 2022.

Impactos económicos del programa Artemis

Es importante tener en cuenta que el programa Artemis reconstruye capacidades que no estaban presentes en la empresa espacial estadounidense desde la era Apolo. En muchos casos, una capacidad no ha existido durante décadas, el conocimiento de producción ha desaparecido y se debe inventar nueva tecnología.

Artemis ofrece la oportunidad de reconstituir el programa lunar estadounidense, que incluye vehículos de lanzamiento superpesados ​​(SLS, Starship); Nave espacial tripulada con capacidad de retorno a la Tierra (Orion); acoplamiento a la órbita lunar; sistema de aterrizaje lunar (Starship HLS); y trajes de superficie lunar EVA. Además, la presencia humana sostenible requiere elementos completamente nuevos, incluido el Gateway, las transferencias de combustible en órbita y la habitación en la superficie lunar y capacidades de movilidad ampliadas. Un ejemplo comercial destacado central de Artemis es SpaceX Starship HLS. Otro es Gateway Logistics Services.

La NASA tiene la intención de que el contrato inicial del Sistema de aterrizaje humano ($ 2.9 mil millones) procure la entrega de carga útil de múltiples toneladas de carga y astronautas a la superficie de la luna en la década de 2020. La selección del cohete Starship en desarrollo y el módulo de aterrizaje de la tripulación HLS para llevar a los astronautas estadounidenses a la superficie lunar puede tener impactos de gran alcance. Las siguientes secciones describen cómo Artemis puede expandir el crecimiento económico de manera similar a los programas espaciales comerciales anteriores (COTS, CRS, CCrew).

Nuevas capacidades y menor costo de acceso al Espacio

• Starship HLS proporcionará una capacidad de entrega de carga y aterrizaje de astronautas para la NASA. Otros ingresos potenciales en el futuro incluyen el turismo lunar y la entrega de carga útil (las estimaciones son muy variables y oscilan entre varios millones y más de mil millones de dólares).ii La capacidad de entregar toneladas de carga, que pueden incluir cargas útiles científicas y comerciales, simultáneamente con aterrizajes de astronautas. ofrece una importante oportunidad de viaje compartido para avanzar en los objetivos de desarrollo científico, diplomático y económico. Además, los intereses gubernamentales estratégicos más amplios en el espacio cislunar pueden ser posibles con esta nueva capacidad.
• Al igual que con la ISS, el suministro regular de carga y la entrega de la carga útil respaldan el futuro establecimiento a largo plazo de una sólida ancla. Artemisa es la infraestructura necesaria en la superficie de la luna y en la órbita lunar (Gateway). Debido al costo y la complejidad que implican estas misiones, la NASA y los socios internacionales serán los primeros clientes, pero la base de clientes eventualmente puede evolucionar hacia una mayor participación del sector comercial y privado. El flujo constante inicial de contratos gubernamentales puede garantizar que se mantengan las nuevas capacidades y servicios hasta que alcancen la rentabilidad comercial.
• La capacidad de elevación de Starship (>100 t a LEO) es significativamente mayor que la de los vehículos de lanzamiento comerciales existentes (SLS Blk 2 tendrá una capacidad similar).

El costo por kg en órbita se ha reducido para muchas aplicaciones. La reducción del costo de acceso al espacio históricamente ha abierto nuevos sectores espaciales, incluidos nanosatélites, CubeSats, observación de la Tierra y constelaciones de satélites de comunicaciones, así como el desarrollo de constelaciones más grandes y más Satélites sofisticados.

• El acceso de bajo costo al espacio ha invertido la curva histórica de oferta y demanda en el mercado de lanzamiento espacial. Donde antes los proveedores de alto costo tenían problemas para satisfacer la demanda, hoy la demanda supera el lanzamiento de bajo costo disponible suministro. En consecuencia, se hacen posibles clientes y arquitecturas completamente nuevos en órbita: desde universidades y ciudadanos privados hasta CubeSats de observación de la Tierra y constelaciones de Internet basadas en LEO. Si bien los impulsores de la demanda comercial para la superficie cislunar y lunar parecen incipientes ahora, a medida que disminuyen los costos y aumentan las oportunidades, es probable que la demanda cambie. La figura (derecha) muestra la proliferación de empresas lunares en todo el mundo en múltiples subsectores, incluidos intereses comerciales completamente nuevos, como ISRU.

Competencia en el mercado y mayor valor para el gobierno

• Las adquisiciones iniciales para CLPS, HLS y otros premios NextSTEP BAA fueron ampliamente competidos, con selecciones basadas en factores técnicos, de costo y de gestión. compañías. De manera similar, mientras que una sola empresa recibió un contrato de HLS, varias empresas compitieron y son elegibles para competir por misiones de seguimiento. La competencia del mercado respalda la ampliación de la experiencia en toda la industria y, en general, reduce los costos por misión. Los servicios de carga útil lunar robótica y el apoyo al aterrizaje de astronautas tripulados son ahora subsectores espaciales multimillonarios.
• La competencia firme muestra la fortaleza de la economía estadounidense y el sistema de gobierno, lo que contrasta notablemente con los programas espaciales de los sistemas capitalistas de estado y controlados por militares.

Expansión de la base de clientes para vuelos lunares, servicios y entrega de carga útil

• El Departamento de Defensa de EEUU (DOD) expresó interés en adquirir servicios de carga útil para los próximos vuelos comerciales hacia y alrededor de la luna. Dada la utilidad de este dominio y la capacidad de financiación del cliente, el Departamento de Defensa puede llegar a ser una importante fuente de ingresos.
• En los últimos años, la lista de países interesados ​​en enviar misiones robóticas a la luna creció para incluir a los Emiratos Árabes Unidos, Israel, Corea del Sur e India. Países interesados ​​en proporcionar instrumentos para las próximas misiones lunares incluyen Alemania, Francia, Arabia Saudita y otros. Astrobotic y otras compañías han reconocido que mantienen importantes contratos pendientes para servicios de entrega de carga útil lunar de más de una docena de países (aunque para muchos clientes puede haber una capacidad incierta para cumplir con estos compromisos). Una mayor base de ingresos para las empresas lunares estadounidenses brinda solidez financiera y certeza de mercado, lo que les permite hacer crecer sus operaciones y crear más empleos bien remunerados en los EE. UU.

Vuelo espacial tripulado comercial

El programa CCrew y la demostración exitosa de llevar astronautas a la ISS allanaron el camino para la reciente misión en órbita de Inspiration4, totalmente civil. Inspiration4 fue adquirida comercialmente por un ciudadano privado y contó con un elemento de recaudación de fondos de caridad. Después de años de aparente estancamiento, las misiones privadas de astronautas literalmente están despegando. Además de Inspiration4, Space Adventures llevó a un multimillonario japonés a la ISS a finales de 2021; una misión fletada por Axiom trajo ciudadanos privados a la ISS en abril de 2022; Roscosmos de Rusia llevó a un cineasta y actor principal a la estación para filmar una producción cinematográfica en octubre de 2021; Blue Origin ha volado en tres misiones comerciales; y Virgin Galactic ha volado una misión hasta el borde del espacio. El costo estimado por vuelo de estas misiones varía de varios cientos de miles de dólares a más de $70 millones, según el vehículo, el destino y la duración.

Impulsor de la innovación

• Los programas lunares de la NASA se basan en gran medida en el modelo, los procesos y los acuerdos contractuales promovidos por los programas espaciales comerciales (La NASA estima que el desarrollo de Falcon 9 costó $400 millones, o aproximadamente diez veces menos que si se construyera bajo contratos gubernamentales tradicionales.)
• Tales inversiones en I+D del sector privado han producido históricamente avances significativos en tecnología de lanzamiento, aviónica y diseño de naves espaciales no previstos ni planificados por el gobierno. (como cohetes reutilizables). Es probable que la complejidad del sistema de aterrizaje humano y las operaciones en la superficie lunar generen avances tecnológicos similares a cómo las misiones Apolo avanzaron con tecnología de punta en ciencia de materiales, microelectrónica, sistemas de soporte vital y otras áreas. La figura (arriba) ilustra el impulso significativo de la inversión del sector empresarial y privado en nuevas empresas espaciales. Esta financiación permite a las empresas desarrollar hardware/software nuevo e innovador, generar ingresos, ser rentables y contribuir al crecimiento económico nacional. También puede ayudar a las empresas a ampliar su base de clientes más allá del gobierno para fomentar una mayor estabilidad y solidez financiera.

• En un enfoque de innovación de “lanzamiento a la luna”, la I+D de alta tecnología históricamente ha tenido mayores impactos económicos que muchas otras áreas de inversión del sector público.
• Históricamente, los productos derivados de la tecnología han sido un beneficio significativo de la inversión del gobierno en I+D básica y aplicada, ampliamente difundida entre las empresas estadounidenses.
  • Actualmente, la necesidad de energía en la superficie de la luna está generando interés e inversión en pequeños reactores modulares. Si se establece como una tecnología viable, estos reactores tendrían una gran variedad de aplicaciones terrestres y podrían atender a las poblaciones actualmente desatendidas. (Véase, por ejemplo, una startup que desarrolla esta tecnología).
  • La comida para los exploradores del espacio puede ser desarrollado utilizando biología sintética, dada la ausencia de ingredientes orgánicos tradicionales y métodos agrícolas en el espacio. El proyecto SynBio de la NASA tiene como objetivo encontrar un camino para convertir el dióxido de carbono en compuestos orgánicos y permitir la biofabricación en el espacio. Dichas tecnologías podrían conducir al desarrollo de alimentos de larga vida útil, técnicas nuevas y más sostenibles para crear medicamentos y plásticos, y prácticas agrícolas globales más eficientes y menos derrochadoras.
  • La fabricación aditiva en el espacio, incluidos los paneles solares impresos en 3D en la superficie lunar, puede generar avances en la fabricación que pueden acelerar la creación de infraestructura espacial y utilizarse en la Tierra. El establecimiento de infraestructura es crucial para expandir la presencia humana en la órbita terrestre, el espacio cislunar y la superficie lunar. La fabricación en el espacio puede habilitar plataformas y satélites a escalas mucho mayores que las que se pueden poner en órbita.ix La fabricación en el espacio en la ISS ya produce fibra óptica de ultra alta fidelidad (p. ej., ZBLAN) y crecimiento de cristales de proteínas en microgravedad. que supera la calidad producida en los laboratorios terrestres. El uso de regolito en la luna para construir estructuras, incluidos escudos protectores contra la radiación solar, en última instancia puede permitir una presencia a largo plazo en la luna. Dicha tecnología fundamental también tiene aplicaciones terrestres, ya que las poblaciones remotas y las plataformas de exploración de recursos pueden beneficiarse enormemente de la capacidad de fabricar herramientas, piezas y otros artículos bajo demanda.
  • La ISS es un importante banco de pruebas y plataforma de demostración para las misiones Artemis. Durante su vida útil de aproximadamente 20 años, ha producido una serie de avances significativos con aplicaciones en medicina, física, química, ciencia de los materiales y otras áreas.

Alto impacto económico

• El amplio esfuerzo de la Luna a Marte emplea a miles de profesionales altamente calificados, y el gobierno de los EE. UU. canaliza miles de millones de dólares a los estados a través de sus contratos.
• El impacto económico de M2M va más allá de su empleo inmediato de funcionarios de la NASA. El programa crea una amplia gama de beneficios para las economías locales y estatales, así como para la economía de los EE. UU., ya que la contratación de la NASA impulsa la actividad económica en otras partes del país:
  • La actividad económica en los EE. UU. respalda más de 69,000 empleos.
  • El gasto respalda más de $14 mil millones en producción económica total en todo el país.
  • Los programas M2M generan un estimado de $1.5 mil millones en ingresos fiscales federales, estatales y locales en todo el país.
  • La base de proveedores para programas importantes, como SLS, se distribuye en los 50 estados de EE. UU., apoyando iniciativas como «Buy American» y fortaleciendo su cadena de suministro nacional.