Poner un hombre en Marte 3











Créditos: Naukas / Antonio Martínez, Javier Peláez, Miguel Artime y José Cuesta.

Por qué es tan difícil poner un hombre en Marte

Un hecho que suele pasar bastante desapercibido para el gran público es que la NASA carece actualmente de un plan oficial para poner un hombre en Marte. Y eso que, coincidiendo con el primer lanzamiento de la nave Orión, la agencia espacial norteamericana anunció a bombo y platillo que esta cápsula serviría para poner un ser humano en la superficie del planeta rojo. Hasta 2010 la NASA sí tenía una arquitectura oficial de referencia para un viaje a Marte denominada DRA 5.0 (Design Reference Architecture 5.0) -de la que hemos hablado en este blog en innumerables ocasiones-, pero quedó en suspenso cuando la administración Obama canceló el Programa Constelación.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / ¿Puede la NASA poner un hombre en Marte antes de 2040? / Boeing/NASA

La DRA 5.0 hacía uso del cohete gigante Ares V, naves con propulsión térmica nuclear y sistemas de aerocaptura para llevar a cabo una misión a Marte. Hoy en día la NASA no tiene a su disposición el Ares V, pero si todo va bien a partir de 2018 podrá usar el enorme cohete SLS (Space Launch System), una especie de Ares V en miniatura. Debido a estas limitaciones de masa -y presupuesto-, los planes de la agencia no le dan prioridad a una misión a la superficie marciana, sino que abogan por viajar a la órbita lunar, los asteroides cercanos o la órbita de Marte. Pero, ¿se podría poner un astronauta en la superficie de Marte usando el SLS si tuviésemos el dinero necesario? A falta de una arquitectura oficial DRA 6.0, la empresa Boeing ha desarrollado un proyecto en el que se detalla una misión tripulada a Marte con el SLS y demás tecnologías asociadas.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / Futuro cohete SLS de la NASA / Boeing/NASA

Como viendo siendo habitual en este tipo de arquitecturas la misión elegida es de tipo conjunción, es decir, se espera que la tripulación pase más de un año en la superficie de Marte. Por contra, en los años 60 y 70 se favorecían misiones de tipo oposición, más cortas y por lo tanto más fáciles de realizar con la tecnología de la época. Las misiones de tipo conjunción suelen ser además más eficientes desde el punto de vista energético, o sea, se puede lanzar más carga útil con un lanzador determinado.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / El primer SLS lanzaría el hábitat de superficie y una etapa SEP / Boeing/NASA

De acuerdo con el plan de Boeing sería posible llevar a cabo un viaje a Marte empleando cinco cohetes SLS y seis elementos modulares: la nave Orión, un hábitat inflable para el viaje a Marte (TransHab), un remolcador a base de propulsión eléctrica solar (SEP), un hábitat para la superficie marciana (MCL) y una nave tripulada para ir y volver desde la superficie del planeta rojo (ML). Una misión tripulada requeriría de este modo de dos naves espaciales, una de carga y otra tripulada, que serían puestas en órbita mediante dos cohetes SLS cada una.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / Etapas y lanzamientos requeridos para el viaje tripulado a Marte de acuerdo con el plan de Boeing / Boeing

Los pasos para lograr esta hazaña serían los siguientes:

El primer lanzamiento del SLS sería usado para poner en órbita el primer remolcador SEP (SEP-1) con el hábitat de superficie marciano MCL (Mars Cargo Lander) de unas 40 toneladas. Los motores iónicos del SEP a base de kriptón impulsarían la nave no tripulada lentamente hasta el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Luna (EML2), situado sobre la cara oculta de la Luna, donde se encontraría una estación espacial tripulada (el viejo proyecto de estación Gateway). La energía necesaria para alcanzar Marte desde el punto EML2 es menor que la requerida desde la órbita baja, de ahí que haya sido elegido como punto de partida para una misión de este tipo.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / Elementos para un viaje tripulado a Marte / Boeing/NASA

Allí esperaría al segundo elemento de la nave de carga, consistente en un módulo hábitat inflable (Transit Habitat o TransHab), quizás suministrado por la compañía Bigelow, y una etapa química para el viaje de regreso. Una vez acoplado el módulo al habítat marciano MCL y al remolcador SEP-1, la nave de carga pondría rumbo al planeta rojo en una trayectoria lenta de unos 510 días de duración para minimizar el gasto de combustible. Los enormes paneles de la etapa SEP generarían 1,5 megavatios de potencia para alimentar a los motores iónicos de kriptón. Una vez en órbita del planeta rojo, el hábitat MCL alcanzaría la superficie mediante un escudo térmico inflable de tipo HIAD (Hypersonic Inatable Aerodynamic Decelerator). La etapa final de descenso del hábitat usaría retropropulsión supersónica con motores a base de metano. Una vez que el hábitat estuviese en la superficie, el remolcador SEP-1 subiría su órbita hasta situarse a una altura de 17000 kilómetros, o sea, una órbita aerosíncrona. De este modo, la etapa SEP-1 ocuparía siempre el mismo lugar en el cielo vista desde la superficie de Marte e incluso se podría usar el exceso de electricidad de la etapa para transmitir energía a la expedición de superficie usando láseres o máseres.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / Aspecto de la etapa SEP con los motores iónicos poniendo rumbo al punto EML2 / Boeing/NASA

Con la nave de carga en Marte le tocaría el turno al vehículo tripulado. Otro cohete SLS lanzaría el segundo remolcador SEP (SEP-2) con la nave de aterrizaje ML (Mars Lander). Este vehículo, que también tendría unas 40 toneladas y motores de metano, estaría dividido en una etapa de descenso y otra de ascenso o MAV (Mars Ascent Vehicle). El MCL y la SEP-2 viajarían hasta Gateway y esperarían el lanzamiento del segundo módulo inflable (TransHab-2) con víveres para el viaje de ida. Entonces sería lanzada una nave Orión con los cuatro tripulantes de la misión y un módulo con combustible (kriptón) para la etapa SEP-2. Los astronautas llegarían a la estación Gateway tras sobrevolar la Luna y, después de acoplar su nave al vehículo interplanetario, pondrían rumbo a Marte. La nave tripulada usaría, además de la etapa SEP-2, una etapa química con metano y oxígeno líquido para reducir el tiempo de vuelo hasta los 250 días aproximadamente, reduciendo así los riesgos derivados de la radiación y el gasto de víveres y oxígeno.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / Segundo lanzamiento del SLS con un hábitat inflable para el viaje de regreso a Marte / Boeing/NASA

Al llegar a Marte la nave tripulada se situaría en una órbita aerosíncrona y se acoplaría con la SEP-1 de la misión de carga. A continuación la tripulación se subiría en el ML y, junto con la SEP-2, descendería hasta una órbita de 5500 kilómetros, desde donde procedería a llevar a cabo el impulso de frenado final. El viaje a la superficie se llevaría a cabo con otro escudo inflable HIAD. Los cuatro astronautas viajarían en la cabina superior del ML, donde también vivirían durante los primeros días sobre el planeta rojo. La SEP-2 volvería entonces a la órbita aerosíncrona para acoplarse con la SEP-1.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / La nave de carga llega a Marte / Boeing/NASA

La zona de aterrizaje estaría limitada por varios parámetros y por lo tanto estaría comprendida entre los 45º de latitud norte y 45º de latitud sur y quedarían excluidas las zonas más elevadas del planeta. En cualquier caso, el ML aterrizaría a no más de tres kilómetros del hábitat de carga, una precisión comparable a la del rover Curiosity. Los astronautas pasarían los primeros días llevando a cabo experimentos preliminares y desplegarían la carga de su nave, incluyendo paneles solares para generar energía eléctrica. En cualquier momento la tripulación podría abandonar la superficie del planeta y acoplarse con el hábitat en órbita si surgiese alguna emergencia. De hecho, si no fuese posible aterrizar cerca del MCL o si los astronautas no pudiesen entrar en el mismo, la expedición debería finalizar a los pocos días o semanas.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / El hábitat de carga se separa de la nave para descender a Marte. Mientras, el hábitat inflable se separa de la nave de carga / Boeing/NASA

El siguiente paso sería alcanzar el MCL desde el ML, para lo cual los astronautas usarían un rover. Eso sí, antes asegurarían el ML para que no se deteriorase durante su larga estancia. Una vez en el MCL, vivirían en su interior durante unos 450 días realizando experimentos y explorando la superficie usando su rover. Mientras, la etapa SEP-2 y el hábitat que viajó a Marte con la tripulación (TransHab-2) se acoplaría en una órbita alta con el otro hábitat (TransHab-1) y la etapa SEP-1 de la nave de carga. Una vez finalizada su misión, los astronautas regresarían al ML y alcanzarían la nave en órbita marciana mediante dos etapas propulsivas del MAV. La tripulación pondría rumbo a la Tierra usando la etapa SEP-2 y la etapa química de metano que viajó originalmente con la nave de carga. El viaje de regreso duraría unos 200 días, tras los cuales la nave volvería al punto EML2 y a la estación Gateway para poder ser reutilizada previa recarga de combustible y víveres. Por su parte, la otra etapa SEP regresaría de forma separada al punto EML2. La tripulación se montaría en una nave Orión y amerizaría en el océano Pacífico unos días después después de haberse convertido en los primeros seres humanos en pisar otro planeta.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / El hábitat entra en la órbita marciana con un escudo inflable / Boeing/NASA

De acuerdo con el plan de Boeing, el primer lanzamiento de un cohete SLS para esta misión tendría lugar en 2031. La expedición tripulada partiría en 2035 y regresaría a la Tierra en 2038. Como todo esto queda muy lejos en el tiempo y en el presupuesto, Boeing ha propuesto realizar primero una misión tripulada a Deimos, la menor luna de Marte, para allanar el camino. Esta misión precursora ‘solo’ necesitaría cuatro lanzamientos del SLS. La nave incluiría una etapa SEP, un hábitat inflable, una nave para explorar Deimos y una sonda automática de retorno de muestras que se posaría en la superficie de Marte. La tripulación dirigiría las operaciones de captura de muestras de esta sonda mediante telepresencia desde la órbita marciana y posteriormente recogería la cápsula con las rocas para traerlas a la Tierra. Otra misión precursora más convencional sería visitar un asteroide cercano, para lo cual sólo se necesitaría una nave Orión, un módulo hábitat y otro módulo para posarse sobre el asteroide y, si fuera necesario, desviarlo de su órbita para demostrar la capacidad de prevenir que un asteroide cercano (NEO) choque contra la Tierra.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / La nave tripulada llega a Marte / Boeing/NASA

Este plan de Boeing no es nuevo. La empresa ya lo propuso en 2011 coincidiendo con la decisión del Congreso que obligó a que la NASA crease el cohete SLS y, junto a él, los planes para viajar a la Luna o a los asteroides cercanos. Desde entonces Boeing lo ha refinado considerablemente, aunque sigue siendo un simple proyecto de Power Point. Y es que simplemente no hay disponible suficiente dinero para viajar hasta el planeta rojo. Por ahora los planes de la agencia para la próxima década se limitan a lanzar la nave Orión hacia la Luna y, con suerte, usarla para recoger muestras de asteroides capturados (misión ARM) o para viajar a asteroides cercanos. Si, y es un condicional muy fuerte, hay dinero suficiente y el SLS no ha sido cancelado para entonces, una misión tripulada a Marte podría ser posible alrededor de 2040.

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / El tercer lanzamiento del SLS pondría en órbita una etapa SEP y la nave ML / Boeing/NASA

Vídeo sobre el concepto de misión tripulada a Marte de Boeing:


Ciencia Solar / The Path to Mars: Boeing Leading Charge in Deep Space Mission / Youtube.com


Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / La tripulación alcanzaría el espacio con una nave Orión a bordo del quinto último SLS / Boeing/NASA

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / La nave tripulada ya ensamblada en el punto EML2. A la derecha, configuración de lanzamiento del SLS / Boeing/NASA

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / La tripulación llega al hábitat de superficie MCL lanzado previamente / Boeing/NASA

Ciencia Solar / Toma de una muestra de sangre Ciencia Solar / El MAV deja atrás su primera etapa / Boeing/NASA