¿Cómo nos iremos de Marte?

2 de octubre de 2015

Cuando los ingenieros de la NASA miran hacia Marte, ven un cazamariposas del tamaño del planeta Venus.

Esto nos atrapa con la promesa del descubrimiento científico- aunque por el momento podemos aterrizar, la gravedad y el duro clima conspirarán para mantenernos atrapados en la superficie.

Y no se trata de una opción. Si “The Martian” sostiene una lección para la exploración espacial en la vida real, lo que el público no va a permitir es malgastar millones de dólares en hacer que los astronautas se queden atrapados en otros mundos. La parte más importante en cualquier plan de la NASA para visitar el planeta rojo es, sin duda, poder salir de él.

La nave espacial que debería construir la NASA para hacer el trabajo, el “Mars Ascent Vehicle” (MAV), representa un reto formidable para la ingeniería. Cuando está cargado de combustible pesa demasiado como para despegar de la Tierra y aterrizar en Marte sin peligro.

En lugar de esto, el vehículo necesitaría estar pre-montado y enviado al planeta rojo- años antes de la llegada de los astronautas- donde haría de auto-propulsor expulsando el aire de la atmósfera marciana a presión.

¿Y después de esto? La construcción del MAV debe de ser lo suficientemente fuerte como para permanecer en pleno funcionamiento a pesar de que las tormentas de polvo y la exposición a los rayos UV lo castiguen. Cuando el vehículo por fin despegue, tiene que ser capaz de albergar a los astronautas durante días, mientras maniobran para encontrarse con el vehículo en órbita que los lleve finalmente a casa.

El “Mars Ascent Vehicle” será una misión sin misión: una nave espacial tripulada puesta en órbita desde la superficie de un planeta extraterrestre.

Y solo hay una oportunidad para hacerlo bien.

Llevar Todas Nuestras Cosas

Una misión a Marte será la primera caravana de la humanidad al espacio profundo. Serán necesarias al menos cinco naves espaciales independientes para transportar a los astronautas y su cargamento al planeta rojo.

Parte del cargamento se puede dividir en partes pequeñas que después se pueden volver a ensamblar cuando lleguen por los astronautas, pero no el MAV. “No quieres estar en Marte intentando atornillar los motores, en un ambiente rodeado de polvo, con guantes y llevando un traje espacial,” dice Michelle Rucker, una ingeniera de sistemas del “Johnson Space Center” de la NASA. En el lenguaje de la NASA, esto hace de el MAV el “mayor elemento de carga indivisible” en la misión, con un peso estimado de 18 toneladas. Como dato, el objeto más pesado que se ha enviado a la superficie de Marte ha sido el robot Curiosity, de una tonelada.

Hacer que un objeto aterrice en Marte- especialmente uno cuyo peso es de varias toneladas- no es tan fácil como hacerlo en la Tierra, donde básicamente una cápsula cae del cielo, reduciendo la velocidad de descenso gracias a la resistencia de la atmósfera.

En Marte, donde el aire es una centésima parte de el de la Tierra, “hay la atmósfera suficiente como para ser como un grano en el culo, pero no la necesaria como para resultar útil,” comenta Rucker. O dicho de otra forma, se consumirá por completo pero no reducirá su velocidad.

Esta es la razón por la cual la NASA está desarrollando tecnología como como el “Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator”- un escudo infalible gigante para el calor con forma de cono que además serviría de sistema de frenado.

El escudo se desplegaría al entrar en contacto con la atmósfera marciana, disminuyendo la velocidad de aterrizaje de hiper a simplemente supersónica. En este momento los motores del cohete entrarían en juego para controlar el aterrizaje.

Y hay mucho para enviar. El propulsor se debería montar en Marte.

Viviendo De La Tierra

Si las expediciones al planeta rojo van a tener alguna oportunidad de éxito, necesitarán vivir de la tierra.

Haciendo el combustible en Marte, la NASA puede liberarse muchas toneladas de la masa de carga útil. Y después de que la misión inicial haya concluido, el equipo se puede dejar en Marte para servir como infraestructura incipiente para aumentar las facilidades de elaboración no solo de combustible, si no también agua y aire para los exploradores futuros.

Los motores del MAV estarán propulsados por metano y oxígeno líquido. Si sabes donde buscar, todos los ingredientes necesarios para fabricar el combustible- carbono, hidrógeno y oxígeno- se pueden encontrar en el planeta rojo.

En teoría, el oxígeno se puede extraer de la atmósfera marciana, que es en un 95 por ciento dióxido de carbono (CO2), y del agua líquida y congelada (H2O) enterrada bajo la superficie. El carbono e hidrógeno restantes se combinarían para formar metano líquido.

Sin embargo, tener que perforar para encontrar agua añadiría un elemento molesto y desconcertante a una misión ya bastante complicada. El proceso de excavar es más complejo que el de extraer de la atmósfera de Marte. “El otro problema con la producción con agua subterránea es que te obliga a aterrizar donde estés seguro de que habrá agua,” dice Rucker. Si necesitas cavar y “aterrizas en algún sitio donde resulta que estás sobre la roca madre, entonces se terminaron las apuestas,” comenta.

Si el hidrógeno no se pudiese extraer del agua marciana, entonces el Plan B sería enviar una carga útil de hidrógeno a Marte como un abastecimiento de semillas para hacer metano. Pero para una misión inicial, la idea no se contempla. Aunque el hidrógeno no es pesado requiere grandes depósitos para almacenar algo que ocuparía un espacio precioso.

“Tenemos el diseño de un módulo de aterrizaje, tiene una especie de cubierta con la superficie plana en la parte superior,” dice Tara Polsgrove, una ingeniera aeroespacial del Marshall Space Flight Center de la NASA. “Ahora mismo, el MAV está ocupando casi todo el espacio de esa cubierta. No hay mucho espacio para un tanque de hidrógeno.”

Los ingenieros de la NASA podrían conseguir espacio para los tanques de hidrógeno si hiciesen el MAV más alto en lugar de más ancho. Pero, aumentar la altura de la nave espacial es una opción que quieren evitar. Creen que si el vehículo es demasiado alto, hay mayor riesgo de volcar durante el aterrizaje.

Y, según Rucker, un MAV más alto podría agobiar más a los astronautas. Si uno o más de ellos se incapacitasen durante la misión, tener que trepar por una escalera alta sería lo último que querrían. Un acceso fácil tiene que ser una de las prioridades.

Como tal, el plan actual prevé enviar un vehículo completamente lleno de metano líquido y equipado con una planta química que permita la extracción de oxígeno líquido de la atmósfera de Marte.

Se espera que el proceso dure uno o dos años. Cuando los tanques del MAV estén llenos, la tripulación humana será enviada a Marte, con la certeza de que van a tener un vehículo a gas esperando a llevarlos de vuelta al espacio.

Pero los ingenieros de la NASA no están listos para que se cuelgue ningún anuncio de “Misión Cumplida”. “ Uno de los retos es que estamos utilizando propulsores criogénicos,” dice Rucker. “Una vez que haces tu propulsor en Marte, tienes que mantenerlo frío durante un par de años sin que entre en ebullición, antes de que realmente lo vayas a utilizar.”

“Tenemos propulsores, pero ahora mismo no tenemos ninguna válvula que tenga cero fugas,” añade Polsgrove. “Tienes que pensar en ello, por esto estamos priorizando el desarrollo tecnológico en el ámbito de las válvulas con fugas mínimas.”

Más ampliamente, los ingenieros se han dado cuenta de que el tiempo no está de su parte. El MAV necesitará uno o dos años para fabricar su combustible. Después la tripulación humana tardará 200 o 350 días en llegar a Marte, una vez allí explorará el planeta rojo, esto último podría durar 500 días.

Si lo sumamos todo, significa que el MAV debe permanecer operativo y listo para el despegue cuatro años después de su aterrizaje inicial en Marte. “Se ha instalado en el entorno de Marte,” dice Rucker. “Está asentado en polvo. Hay una radiación UV muy intensa. ¿Cómo estaría el mobiliario de tu patio después de pasar tanto tiempo fuera? Y eso en la Tierra, donde hay considerablemente más protección que allí.”

Vístete

En medio de tantas preguntas que los ingenieros necesitan tener en cuenta para diseñar el MAV, una de las más importantes es ¿Qué llevarán puesto los astronautas?”

“Has visto fotografías de la estación espacial,”comenta Rucker. “Están con pantalones cortos y camisetas. Cuando estás en un vuelo estable en un gran vehículo puedes estar así. Pero en un vehículo de ascenso no hay ningún sitio al que ir. Si se hace algún agujero en algún sitio, es mejor tener puesto un traje.”

Pero ¿Qué traje? Los que llevarán los astronautas mientras exploren la superficie de Marte- los trajes de actividad extravehicular- son pesados y voluminosos. Si los astronautas llevasen eso a bordo del MAV, los ingenieros tendrían que aumentar el tamaño de la cabina.

Y hay un problema con el polvo de Marte, se quedaría pegado a los trajes. No es el tipo de cosas que los astronautas deberían estar trayendo a casa sin protocolos adecuados de protección planetaria .

Rucker cree que hay una solución mejor para dejar los trajes voluminosos en Marte, donde la futura misión los podría rescatar por trozos. En su lugar, durante el despegue los astronautas se vestirían con sus trajes de actividad intravehicular (IVA)-estos trajes hinchados de color naranja que la tripulación llevaba a bordo de su nave espacial durante el lanzamiento y el aterrizaje.

Los trajes IVA pesan menos y son ligeramente más flexibles. Y pueden mantenerse libres de polvo restringiendo su exposición a la intemperie del medio marciano. Los astronautas dejarían su hábitat y entrarían en un vehículo través de un puerto de atraque. Mientras estuviesen en el vehículo, se pondrían sus elegantes trajes IVA y conducirían hasta el MAV, al que entrarían por medio de un túnel presurizado especialmente diseñado.

El inconveniente de llevar un túnel a Marte es que aumenta peso en la parte del equipo que se va a utilizar solamente una vez. Rucker, sin embargo, cree que el túnel podría tener otros usos.

“Lo veo como algo genial para tener,” dice. “Ahora, en lugar de un hábitat único y grande, se pueden llevar más mas pequeños, y utilizar el túnel para unirlos…No suele ser bueno añadir nuevos elementos, pero este soluciona muchos problemas, así que sería una ventaja.”

De Vuelta A Casa

Por fin es hora de volver.

El interior del MAV será espartano para minimizar el peso. Es un taxi espacial de ida, no un hábitat. De hecho, los ingenieros ni siquiera han incluido asientos- en tal caso los astronautas estarían de pie durante el trayecto del viaje.

El ascenso en el cohete propulsado durará siete minutos, pero el viaje no termina ahí. Los astronautas necesitarán quemar más combustible para maniobrar en una órbita que les permita reunirse y acoplarse al Earth Return Vehicle (ERV).

Esto significa que los astronautas pueden llegar a estar subidos en el vehículo de ascenso hasta 43 horas, suponiendo que el ERV esté aparcado en “una órbita sol”- una órbita elíptica que varía en altura desde los 155 a las 21000 millas por encima de la superficie de Marte. Pero, dice Rucker, esto sigue siendo un problema no resuelto entre quienes planifican la misión a Marte.

“Los chicos de propulsion en el espacio quieren mantener ese hábitat grande tan arriba como sea posible,” comenta. “No quieren que se vea atrapado por el campo gravitatorio de Marte. Les encantaría poder dejarla a cinco o diez órbitas y hacer que el vehículo de ascenso llegase a ella.”

El problema con esto, dice Rucker, es que todo el tiempo que estén embarcados en el MAV requerirá comodidades adicionales.

“Puedes llevar puesto tu traje espacial y aguantar cuarenta y tres horas sin sopa caliente ni un baño,” dice. “Porque si empiezas a añadir todas esas cosas, hará que el tamaño del vehículo de ascenso aumente, haciendo a su vez, que se demore en tres, cinco o siete días.”

“Una vez que por fin se consigue el acoplamiento- la tripulación y la carga son transferidos a la nave que los llevará de vuelta a la Tierra- el MAV se separará y realizará una maniobra final, situándolo en una órbita que no interfiera en las misiones futuras en Marte; un final innoble para una pequeña nave que habrá tenido un papel esencial en la historia de la humanidad.