Los planes para traer muestras de Marte

por Daniel Marín

¿Cuál es la prioridad de la comunidad científica cuando hablamos de Marte? Pues ni más ni menos que traer un pedazo de su superficie para que sea analizado en la Tierra. La razón es que, por muy sofisticados que sean los instrumentos que puedas llevar hasta el planeta rojo, siempre existirán todo tipo de limitaciones. En la Tierra las muestras pueden ser analizadas con instrumentos extremadamente complejos en decenas de laboratorios repartidos por todo el mundo e incluso se podrán utilizar técnicas que todavía no han sido inventadas. No es de extrañar por tanto que la NASA considere que una misión de retorno de muestras de la superficie de Marte deba ser su próxima gran misión y que además deba servir para allanar el camino de la primera misión tripulada.

El orbitador SRO recoge la cápsula con muestras de la superficie de Marte antes de dirigirse hacia la Tierra (NASA).

Sin embargo la agencia no tiene dinero para llevar a cabo una misión de este tipo, aunque ha incluido la recogida de muestras entre los cometidos del rover Mars 2020. Esta sonda, gemela de Curiosity, recogerá varias muestras y las dejará sobre la superficie almacenadas en tubos para que puedan ser recogidas por una futura misión. En vista de las carencias presupuestarias la NASA daba por sentado que no podría desarrollar la arquitectura MSR (Mars Sample Return) hasta después de 2030. Pero, como vimos el año pasado, los acontecimientos se han precipitado. La NASA quiere ahora lanzar la misión MSR en 2026 para tener las muestras en la Tierra en 2029.

El renovado interés en la misión MSR se debe a varios factores. Por un lado, es una forma de llamar la atención de la nueva administración Trump a ver si es más receptiva que la anterior en lo tocante a este proyecto. Por otro lado se trata de reconducir el programa de exploración de Marte en un momento en el que algunos críticos señalan una preocupante falta de objetivos concretos a partir de la misión Mars 2020. Por último, no podemos olvidarnos de la influencia que haya podido tener el anuncio de China de llevar a cabo una misión de retorno de muestras alrededor de 2030.

Fases de la nueva propuesta para traer muestras marcianas a la Tierra en 2029 (NASA/JPL).

Como ya se había perfilado desde hace años, o mejor dicho, desde hace casi dos décadas, la misión MSR constará de tres sondas distintas. La primera, el ya mencionado rover Mars 2020 que recogerá las muestras propiamente dichas y las distribuirá en una o varias zonas de la superficie como si fueran deposiciones de un organismo metálico (de esta forma se quiere evitar el riesgo de que las muestras se pierdan por culpa de un fallo del rover antes de lo previsto y, además, se pretende que el rover 2020 pueda seguir con su misión normalmente sin que sus encargados teman que sopesar en todo momento la idoneidad de llevar las muestras por según que terrenos o zonas). El siguiente elemento sería una sonda de aterrizaje SRL (Sample Return Lander) dotada de un pequeño rover que recogería los tubos con las muestras y las depositaría en una cápsula situada en el extremo de un cohete de combustible sólido denominado MAV (Mars Ascent Vehicle). El último elemento es el orbitador SRO (Sample Return Orbiter) que recogería las cápsulas en órbita del planeta rojo y las llevaría hasta la Tierra usando propulsión SEP (motores iónicos o de plasma alimentados por paneles solares).

Rover Mars 2020 (NASA).

Desde el septiembre pasado en el que el grupo MEPAG de la NASA presentó el concepto actual de MSR se han producido algunos cambios. No obstante, el núcleo del proyecto sigue siendo el mismo: desde el aterrizaje del SRL hasta que las muestras partan rumbo a la Tierra no deben pasar más de 455 días, incluyendo 240 soles para recoger las muestras (130 soles de conducción del rover, 20 soles para recoger los veinte tubos de muestras y 90 soles para solucionar problemas). El diseño del SRL no está decidido aún, aunque en cualquier caso se tratará de una sonda dotada de un tren de aterrizaje que aterrizará gracias al uso de paracaídas y retrocohetes, como Phoenix (hace una década se propuso usar el sistema Sky Crane de Curiosity y Mars 2020). El diseño del cohete MAV sí ha sido fijado y, como ya pudimos ver el año pasado, será un lanzador de una sola etapa de propulsión híbrida. Su masa alcanzará los 300 kg y tendrá una longitud de 2,4 metros y un diámetro de 0,57 metros. Podrá aguantar nueve meses en la superficie de Marte y será capaz de situar la cápsula OS (Orbiting Sample) con las muestras en una órbita marciana de 320 kilómetros de altura y 18º de inclinación (las características orbitales precisas dependerán del lugar de aterrizaje final de la misión Mars 2020).

Sonda de aterrizaje SRL con el cohete MAV (NASA).

Otros conceptos de SRL (NASA/JPL).

Detalles del cohete MAV (NASA).

Diseños descartados para el MAV (NASA).

La cápsula SO tendrá una masa de 12 kg y un diámetro de unos 28 centímetros. Tendrá capacidad para albergar hasta 31 tubos con muestras. Su superficie estará recubierta con oro y será altamente reflectante, de tal modo que pueda ser vista por las cámaras del orbitador SRO a una distancia de 3.300 kilómetros. El lanzamiento del MAV desde la superficie marciana será vigilado por el SRO para poder determinar con precisión la órbita final de la cápsula. El SRO, localizado en una órbita 30 kilómetros por encima de la de la cápsula, tardará aproximadamente un mes en saber dónde está la cápsula y situarse en una órbita cercana. Una vez se haya colocado en una órbita a diez kilómetros de distancia tardará dos semanas en acercarse hasta cien metros ayudado por cámaras y un LIDAR. A partir de ese punto el SRO usará sus propulsores de maniobra para alcanzar la cápsula en una maniobra que durará una hora aproximadamente. La falta de estaciones de tierra y satélites GPS dificultará la captura de la pequeña cápsula en comparación con las maniobras de las naves que se acoplan con la ISS en órbita terrestre.

Cápsula SO para el retorno de muestras (NASA).

Detalle del interior de la cápsula SO con las muestras (NASA).

En teoría el orbitador SRO llevaría la cápsula hasta la atmósfera terrestre, pero en las últimas semanas se ha discutido la idoneidad de enviarla primero a la estación lunar LOP Gateway (Lunar Orbital Platform Gateway). Sea como fuere, el principal obstáculo del proyecto es económico. De acuerdo con el presupuesto provisional de la NASA entre 2019 y 2023 solo está previsto invertir unos mil millones en misiones marcianas aparte de Mars 2020, incluyendo MSR, una cifra a todas luces insuficiente para lanzar dos sondas tan complejas como SRL y SRO. Solo el rover Mars 2020 ya costará cerca de 2.500 millones de dólares. Precisamente el periodo 2019-2023 es fundamental para desarrollar las sondas SRL y SRO si se quiere llevar a cabo un lanzamiento de la SRL en 2026. O bien se incrementa la financiación del programa o la NASA puede despedirse de traer una muestra de Marte antes de 2030.

Secuencia de lanzamiento del MAV con las muestras (NASA).

Secuencia de aproximación y captura de las muestras por la sonda SRO (NASA).

Sistema de captura de la cápsula SO (NASA).

Pero los EEUU no son el único actor en este asunto. China ha anunciado su intención de traer muestras del planeta rojo en 2030. No hay muchos datos sobre esta misión, aunque en cualquier caso estaría en una fase de desarrollo inicial. Es de suponer que esta misión usará elementos de la sonda marciana china de 2020, que incluirá un orbitador y un rover. Lo único que ha transcendido de este proyecto es que China quiere eliminar la complejidad de la arquitectura de la NASA basada en múltiples sondas gracias al uso del lanzador gigante Larga Marcha CZ-9. De este modo todos los elementos de la misión podrán viajar hacia Marte al mismo tiempo.

Misión china a Marte de 2020 (Xinhua).

Además, y aunque no sean muestras de la superficie de Marte, no olvidemos que Japón planea lanzar la sonda MMX (Martian Moons eXploration) para recoger muestras de Fobos, la mayor luna marciana. MMX debe despegar en 2024 de tal forma que las muestras de Fobos llegarán a la Tierra en 2029, el mismo año en el que la NASA quiere que las muestras de la misión MSR lleguen a nuestro planeta. Precisamente, MMX cuenta con la colaboración de la NASA y el CNES francés.

Sonda MMX japonesa para retorno de muestras de Fobos (JAXA).

Y, hablando de Fobos, Rusia mantiene su intención de lanzar durante la próxima década la sonda Bumerán, que no es otra cosa que una versión mejorada de la malograda sonda Fobos-Grunt para retorno de muestras de Fobos que quedó varada en órbita terrestre en 2011. Bumerán podrá traer unos 500 gramos de regolito de Fobos, mientras que la cantidad de muestras de MMX alcanzaría los 100 gramos. En los últimos años Rusia ha intentado convencer a la agencia espacial europea (ESA) para convertir Bumerán en una misión conjunta, por el momento sin éxito. Más allá de Bumerán Rusia también tiene su propio proyecto de retorno de muestras de la superficie marciana, denominado Ekspeditsia-M, aunque evidentemente no tiene dinero para hacerlo realidad en solitario.

Sonda rusa Bumerán para retorno de muestras de Fobos (Roscosmos).

Detalles de la sonda Bumerán (Roscosmos).

Esta misión consistiría en dos sondas: una de aterrizaje para recoger las muestras y enviarlas a la órbita del planeta rojo y otra que recogería la cápsula con las mismas y las traería hasta la Tierra. La sonda de aterrizaje dispondría de un cohete MAV y la plataforma de descenso podría estar basada en la de ExoMars 2020, construida por Rusia, mientras que el orbitador estaría basado en Bumerán. Consciente de sus limitaciones, el objetivo de Rusia es convencer a la ESA o a otra potencia espacial para que participe en el proyecto. Es poco probable, pero no podemos descartar una colaboración con China en este campo después de que los dos países hayan llegado a un acuerdo de cooperación en el espacio. Así que la suerte está echada. ¿Cuándo veremos la primera muestra de Marte en la Tierra?

Fuente: danielmarin.naukas.com