¿Cómo saldremos de Marte?

el 2 de octubre de 2022

Cuando los ingenieros de la NASA miran a Marte, ven una red de mariposas del tamaño del planeta Venus.

Nos cierra con la promesa del descubrimiento científico: incluso si podemos aterrizar por el momento, la gravedad y el tiempo conspirarán para mantenernos atrapados en la superficie.

Y esto no es una opción. Si ‘The Martian’ ofrece una lección de exploración espacial real, el público no permitirá que se desperdicien millones de dólares al tener astronautas atascados en otros mundos. La parte más importante de cualquier plan de la NASA para visitar el Planeta Roig es sin duda salir.

La nave espacial que la NASA debería construir para realizar este trabajo, el Mars Ascent Vehicle (MAV), es un gran reto de ingeniería. Cargado de combustible, es demasiado pesado para despegar con seguridad de la Tierra y aterrizar en Marte.

En cambio, se espera que el rover sea premontado y transportado al Planeta Roig, años antes de que lleguen los astronautas, donde actuaría como vehículo autopropulsado, expulsando el aire de la atmósfera marciana a presión.

¿Y después de esto? El diseño del MAV debe ser lo suficientemente robusto para funcionar completamente a pesar de la exposición a tormentas de polvo y rayos UV. Cuando finalmente el helicóptero despega, debe ser capaz de alojar a los astronautas durante varios días mientras maniobran para encontrarse con el aterrizaje en órbita que finalmente les llevará a casa.

El Mars Landing Vehicle será una misión sin misión: una nave espacial tripulada lanzada a la órbita desde la superficie de un planeta alienígena.

Y sólo hay una forma de hacerlo bien.

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Una misión en Marte será la primera caravana de la humanidad en el espacio profundo. Se necesitarán al menos cinco naves espaciales separadas para transportar a los astronautas y su carga al Planeta Roig.

Algunas cargas útiles pueden dividirse en piezas más pequeñas que se pueden montar más tarde cuando lleguen para los astronautas, pero no para MAV. ‘No queréis estar en Marte intentando dañar motores en un entorno polvoriento con guantes y un traje espacial’, dice Michelle Rucker, ingeniera de sistemas del Centro Espacial Johnson de la NASA. Esto hace que el MAV sea el mayor elemento de carga útil indivio’ de la misión, según la NASA, con un peso estimado de 18 toneladas. El objeto más pesado enviado a la superficie de Marte fue el rover Curiosity de una tonelada.

Aterrizar un objeto en Marte, especialmente uno que pesa varias toneladas, no es tan fácil como aterrizar en la Tierra, donde una cápsula cae esencialmente del cielo, ralentizada por el arrastre de la atmósfera.

En Marte, donde el aire es una centésima parte del de la Tierra, ‘hay suficiente atmósfera para hacer daño, pero no lo suficiente para ser bueno’, dice Rucker. O bien, se consumirá completamente pero no se ralentizará.

Por eso la NASA está desarrollando tecnologías como el desacelerador aerodinámico hinchable hipersónico, un escudo térmico gigante, resistente y en forma de cono que funciona como sistema de frenado.

El escudo se disiparía al entrar en contacto con la atmósfera marciana, ralentizando la velocidad de descenso de hiper a supersónico. En ese punto los motores de los cohetes empezarían a controlar el aterrizaje.

Y hay mucho que enviar. El motor debería montarse en Marte.

vive de la tierra

Para que las expediciones al Planeta Roig tengan posibilidades de éxito, tendrán que vivir de la tierra.

Al producir combustible en Marte, la NASA puede liberar varias toneladas de masa de carga útil. Y tras la misión inicial, el equipo podría dejarse atrás en Marte para servir como infraestructura inicial para complementar no sólo el combustible, sino también las instalaciones de generación de agua y aire para los futuros exploradores.

Los motores del MAV serán alimentados con metano y oxígeno líquido. Si sabe dónde buscar, todos los ingredientes necesarios para hacer el combustible (carbono, hidrógeno y oxígeno) se pueden encontrar en el planeta rojo.

En teoría, el oxígeno podría extraerse de la atmósfera marciana, que es un 95% de dióxido de carbono (CO2) y agua líquida congelada (H2O) enterrada bajo la superficie. El carbono y el hidrógeno restantes se combinarían para formar metano líquido.

Un escudo hinchable se desplegaría cuando el aterrizaje de Marte entrara y aterrizara en la atmósfera marciana. Imagen de la NASA

Sin embargo, perforar el agua añadiría un elemento aburrido e inquietante a una misión ya difícil. El proceso de extracción es más complicado que el proceso de extracción de la atmósfera marciana. ‘El otro problema con la producción de agua subterránea es que te obliga a bajar hasta dónde estás seguro de que habrá agua’, dice Rucker. Si tienes que cavar y ‘aterrizar en algún sitio donde te encuentras en la roca de la cama, entonces todas las apuestas están desactivadas’, dice.

Si no se pudiera extraer hidrógeno del agua marciana, el Plan B sería enviar una carga útil de hidrógeno a Marte como suministro inicial para la producción de metano. Sin embargo, la idea no se considera para la misión inicial. Aunque el hidrógeno no pesa, requiere grandes depósitos para almacenar algo que ocuparía un espacio valioso.

‘Tenemos un aterrizaje, es un caparazón con una superficie plana en la parte superior’, dice Tara Polsgrove, ingeniera aeronáutica del Marshall Space Flight Center de la NASA. ‘El MAV actualmente ocupa casi todo el espacio de esta cubierta. No hay mucho espacio para un depósito de hidrógeno.’

Los ingenieros de la NASA podrían hacer espacio para los depósitos de hidrógeno si hicieran el MAV más alto en lugar de hacerlo más amplio. Pero aumentar la altitud de la nave espacial es una opción que desean evitar. Creen que si el vehículo está demasiado alto, hay más riesgo de volcar al aterrizar.

Y, según Rucker, un mayor MAV podría agobiar más a los astronautas. Si uno o más de ellos quedan incapacitados durante una misión, lo último que quieren hacer es subir por una gran escalera. La facilidad de acceso debe ser una de las prioridades.

Así, el plan actual es enviar un rover completamente lleno de metano líquido y equiparlo con una planta química para extraer oxígeno líquido de la atmósfera marciana.

El proceso debería durar entre uno y dos años. Una vez que los tanques del MAV estén llenos, la tripulación humana será enviada a Marte, sabiendo que un vehículo propulsado con gasolina les esperará para llevarlos al espacio.

Pero los ingenieros de la NASA no están listos para hacer anuncios de ‘Misión cumplida’. ‘Uno de los retos es que estamos utilizando un propulsor criogénico’, explica Rucker. ‘Una vez haya hecho propelente a Marte, debe mantenerlo frío durante unos años antes de poderlo utilizar, sin hervirlo.

‘Tenemos el combustible, pero de momento no tenemos válvulas de fuga cero’, añade Polsgrove. ‘Hay que pensarlo, por eso favorecemos el desarrollo tecnológico en el ámbito de las válvulas con fugas mínimas’.

Mirando más allá, los ingenieros se dieron cuenta de que el tiempo no estaba de su lado. MAV tardará entre uno y dos años en producir combustible. Entonces, una tripulación humana tardará 200 o 350 días en llegar a Marte, y allí explorarán el Planeta Roig, que puede tardar 500 días.

En total, esto significa que el MAV debe permanecer operativo y preparado para despegar cuatro años después del primer aterrizaje en Marte. ‘Se instaló en el entorno marciano’, explica Rucker. ‘Se instaló en el polvo. Existe una radiación UV muy intensa. ¿Cómo serían sus muebles de exterior después de pasar tanto tiempo al aire libre? Y esto es en la Tierra, donde hay mucha más protección que ahí.

Vístete

De las muchas preguntas que los ingenieros deben tener en cuenta a la hora de diseñar un MAV, ¿una de las más importantes es qué llevarán los astronautas?

‘Has visto imágenes de la estación espacial’, dijo Rucker. “Van con pantalón corto y una camiseta. Cuando quieres estable en un vehículo grande, puedes ser así. Sin embargo, no hay espacio para tomar el ascensor. Si tienes un agujero en algún sitio, mejor que te pones un vestido.

¿Pero qué tipo de vestido? Los que llevarán a los astronautas cuando exploren la superficie de Marte, los trajes de actividad extraterrestre, son pesados ​​e incómodos. Si los astronautas le llevaran en un MAV, los ingenieros deberían aumentar el tamaño de la cabina.

Y hay un problema con el polvo marciano, se engancharía a los trajes. No es algo que los astronautas deberían llevar a casa sin los protocolos adecuados de protección planetaria.

Rucker cree que hay una mejor solución que dejar los grandes trajes en Marte, donde una misión futura podría salvarles. En cambio, durante el despegue, los astronautas se pusieron trajes de actividad intravehicular (IVA), aquellos trajes naranja hinchados que la tripulación llevaba en su nave espacial durante el lanzamiento y el aterrizaje.

Los trajes IVA pesan menos y son algo más flexibles. Además, pueden protegerse del polvo, limitando la exposición a los elementos del entorno marciano. Los astronautas abandonarían su hábitat y entrarían en el vehículo por el puerto de ensamblaje. Una vez dentro del vehículo, vistieron sofisticados vestidos de IVA y procedieron al MAV, al que entraron por un túnel de presión especialmente diseñado.

El inconveniente del túnel en Marte es que añade peso a los equipos que sólo se utilizarán una vez. Pero Rucker cree que el túnel podría tener un propósito distinto.

‘Creo que es genial tenerlo’, dice. ‘Ahora, en vez de un hábitat grande, puedes coger a más pequeños y tunelizarlos juntos… Normalmente no es bueno añadir cosas nuevas, pero resuelve muchos problemas, así que sería una ventaja’.

volver a casa

Por fin es hora de volver a casa.

El interior del MAV será espartano para reducir el peso. Es un taxi espacial de ida, no un hábitat. De hecho, los ingenieros ni siquiera incluyeron asientos, en cuyo caso los astronautas estarían de pie durante todo el viaje.

Tardará siete minutos en volar, pero el viaje no termina aquí. Los astronautas tendrán que quemar más combustible para maniobrar en una órbita que les permita llegar y atracar con el vehículo de regreso a la Tierra (ERV).

Esto significa que los astronautas pueden permanecer en el vehículo de lanzamiento hasta 43 horas, suponiendo que el ERV está en ‘órbita solar’, una órbita elíptica que se extiende entre 155 y 21.000 millas por encima de la Tierra. la superficie de Marte. Pero según Rucker, éste sigue siendo un problema no resuelto para los planificadores de la misión en Marte.

‘Los chicos de la propulsión espacial quieren mantener ese gran hábitat lo más alto posible’, dice. ‘No quieren que se adentre en el campo gravitatorio de Marte’. Les gustaría poder arrojarlo en 5 o 10 órbitas y llevar el lanzador.

El problema, dice Rucker, es que necesitarán equipo adicional durante su tiempo en el MAV.

‘Puedes llevar tu traje espacial y pasar cuarenta y tres horas sin sopa caliente ni bañarte’, dice. ‘Porque si empiezas a sumar todas estas cosas, aumentará el vehículo de despegue, que a su vez tardará tres, cinco, siete días.

‘Cuando finalmente se llegue al muelle (la tripulación y la carga se transfieren a la nave que les llevará de vuelta a la Tierra), el MAV se separará y realizará una última maniobra, colocándolo en una órbita que no interfiera con las misiones. el futuro en Marte; un final despreciable para un pequeño barco que ha tenido un papel tan primordial en la historia de la humanidad.

Conoce al autor, Ignacio Llorente
Ignacio Llorente

Ignacio Llorente es una amante del estudio de los planetas. Por eso nos enseña cómo poner en práctica los mejores consejos para avistarlos y analizarlos. Realiza largas caminatas por la naturaleza en plena noche con su equipo de astrónomos con frecuencia. Los mejores tips sobre planetas que podemos leer.

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