Tres formas de poner un ser humano en la superficie de Marte en 2037

por Daniel Marín

La NASA tiene entre los objetivos de su programa tripulado mandar un ser humano a Marte. Claro que los planes de la agencia contemplan que no será antes de 2030 y, por ahora, no se ha destinado un centavo al proyecto. El reciente cambio de política espacial de los EE UU por parte de la administración Trump pone a la Luna al mismo nivel en cuanto prioridades que el planeta rojo, lo que significa que la NASA deberá desarrollar primero la estación lunar LOP Gateway antes de dirigirse a Marte. El núcleo de la estrategia de la agencia estadounidense para por usar el polémico cohete gigante SLS y la nave Orión, esta última construida en colaboración con la ESA europea. Como decíamos, no existe ningún plan definitivo para poner un ser humano en Marte, pero hace dos años la NASA, junto con otras organizaciones y empresas, presentaron varias propuestas sobre el tema. La mayoría de ellas incluía llevar a cabo una misión tripulada a Fobos en 2033 y una misión a la superficie marciana en 2039. ¿Siguen siendo válidos estos planes provisionales?

¿Cómo podemos hacer esta escena realidad? (Explore Mars).

En el último informe de la organización Explore Mars podemos comprobar que esta arquitectura ha sufrido algunos cambios significativos. Explore Mars es una organización sin ánimo de lucro formada por técnicos y especialistas de la NASA y de las empresas aeoespaciales involucradas en los proyectos de viajes a Marte, con la notable excepción de SpaceX. A pesar de que se trata de una organización no gubernamental, sus informes nos indican por dónde pueden ir las tendencias en esta materia. Entonces, ¿cómo podemos poner un astronauta en Marte antes de 2040?

Los integrantes de Explore Mars proponen tres estrategias. La primera, la más barata, es parecida a la recomendada por algunas empresas como Boeing u organizaciones como The Planetary Society. Esta arquitectura se basa en realizar una misión a la órbita marciana primero y luego una o varias de corta duración a la superficie que podrían tener continuación o no. Digamos que sería el equivalente al programa Apolo, pero en Marte. La segunda estrategia consistiría en una serie limitada de misiones de larga duración, mientras que la última, la más ambiciosa, aboga por instalar una base marciana habitada permanentemente. Todas ellas ponen como objetivo 2037 como fecha más temprana para colocar un astronauta en la superficie de Marte.

Elementos que hay desarrollar para viajar a Marte en cualquiera de los casos (Explore Mars).

El principal cambio del «plan tipo Apolo» con respecto al que hemos visto en los últimos años es la renuncia a realizar primero una visita a Fobos. Una misión a Fobos —o a Deimos— permitiría aprovechar científicamente el primer viaje tripulado a Marte aunque no se pise la superficie del planeta. Sin embargo, estudiar las pequeñas lunas marcianas es más complicado de lo que parece. Su gravedad es reducida, pero en modo alguno despreciable, lo que requiere un gasto energético considerable con respecto a una misión puramente orbital. Y también es necesario incluir algún tipo de nave/hábitat para aterrizar en estas lunas. Por eso, para el primer grupo de Explore Mars, es mejor lanzar la primera misión tripulada simplemente a una órbita marciana.

Elementos de la nave tripulada interplanetaria (Explore Mars).

Como ya se mencionaba en los planes anteriores, además del SLS y la Orión habría que desarrollar cuatro elementos adicionales: un remolcador con propulsión eléctrica solar (SEP) —o sea, con motores iónicos o de plasma—, un hábitat de espacio profundo (DSH, Deep Space Habitat), una etapa interplanetaria de propulsión química y un aterrizador. Dejando a un lado la etapa SEP, el resto de sistemas usaría combustibles hipergólicos convencionales. Esta decisión resta eficiencia a los vehículos y disminuye la masa útil, pero a cambio facilita enormemente su desarrollo y permite utilizar tecnologías ya disponibles. El primer viaje tripulado a la órbita de Marte se llevaría a cabo con solo tres lanzamientos del SLS, un lanzamiento menos que el requerido para una misión a Fobos, más un lanzamiento de un cohete comercial. Primero despegaría un SLS Block 2 de carga que pondría en órbita baja el hábitat DHS acoplado a dos etapas de propulsión química, de 40 toneladas cada una, la primera destinada a frenar en órbita de Marte y la otra para salir de la misma.

Posteriormente el segundo SLS acoplaría una etapa superior EUS (Exploration Upper Stage) para elevar el conjunto hasta una órbita alta o enviarlo a la estación Gateway. A continuación, un lanzador comercial —Falcon Heavy, Vulcan o New Glenn— lanzaría la etapa EDS (Earth Departure Stage) para enviar la nave fuera de la gravedad terrestre. Pero antes, un último SLS enviaría una Orión con la tripulación (cuatro personas). El viaje de ida y el de vuelta durarían 250 días cada uno y los astronautas pasarían 450 días en una órbita alta alrededor de Marte estudiando el planeta a distancia o, mejor dicho, poniendo a prueba las diferentes tecnologías —sobre todo los sistemas de soporte vital— de cara a las futuras misiones de aterrizaje.

Estrategia simple para realizar una misión a la órbita de Marte con solo tres lanzamientos del SLS y uno comercial (Explore Mars).

La primera misión de aterrizaje podría tener lugar en 2037, dos años antes de lo previsto gracias a no tener que pasar por Fobos. La misión requeriría cinco lanzamientos del SLS y dos de lanzadores comerciales. Esta misión sería más compleja y requeriría el envío de varios vehículos por separado. Primero un Falcon Heavy lanzaría hacia una órbita alta marciana una etapa de propulsión química para ser usada posteriormente. La etapa viajaría a Marte mediante una etapa SEP y luego realizaría aerofrenado para colocarse en una órbita baja marciana. Dos lanzamientos adicionales del SLS serían necesarios para poner en una órbita alta marciana el aterrizador (un SLS lanzaría el aterrizador y otro la etapa EUS para enviarlo a Marte; por su parte, el aterrizador realizaría aerocaptura —una maniobra que jamás se ha realizado— para colocarse en órbita del planeta rojo). Los otros tres lanzamientos del SLS y de un cohete comercial serían similares a la misión a la órbita de Marte antes descrita y servirían para ensamblar la nave marciana con cuatro astronautas.

Plan para poner cuatro personas en la superficie de Marte durante dos semanas usando cinco SLS (Explore Mars).

Una vez en una órbita alta marciana, la tripulación pasaría al aterrizador, que estaría esperándoles, y se dirigirían a la superficie de Marte. Después de dos semanas regresarían a una órbita baja marciana usando el módulo de ascenso y se acoplarían con la etapa propulsiva química, que les llevaría a la órbita alta marciana donde está su nave esperándoles. Para las siguientes misiones la tripulación tendría que pasar un año en la superficie de Marte, lo que requeriría enviar previamente hábitats con recursos al planeta rojo y, por tanto, aumentar el número de lanzamientos comerciales. El grupo de trabajo que abogaba por esta estrategia preveía lanzar una misión tripulada a Marte cada cuatro años con una media de dos lanzamientos del SLS por año.

Con esta arquitectura se podría llevar una misión tripulada a Marte cada cuatro años mediante cinco SLS (Explore Mars).

La segunda arquitectura estudiada por Explore Mars, más cara, consiste en pasar directamente de las misiones de la estación lunar Gateway a la superficie de Marte sin viajar a la órbita marciana. En planes anteriores se preveían hasta diez lanzamientos del SLS para enviar una misión de larga duración a Marte, pero ese número se podría reducir a ocho empleando parte de los recursos de la estación Gateway, más tres lanzamientos de vectores comerciales más baratos. Otro factor clave en la reducción del número de lanzamientos sería el empleo de etapas de propulsión nuclear térmica (NTP). Las etapas NTP y los vehículos de aterrizaje en Marte se probarían previamente en misiones no tripuladas, algunas de ellas a la Luna (quizás pasando por Gateway). El plan requeriría en este caso el uso de ISRU, es decir, tecnologías para aprovechar los recursos locales con el fin de fabricar combustible, oxígeno o agua. Por ejemplo, el MAV usaría el hielo marciano para disponer de agua potable y fabricar oxígeno líquido como comburente. Además el MAV sería reutilizable. En esta arquitectura la tripulación estaría formada por seis personas.

Segunda estrategia para viajar a Marte pasando previamente por la Luna y con etapas de propulsión nuclear (Explore Mars).

La tercera y última arquitectura es parecida a la que estudió la NASA oficialmente hace un par de años. Es el plan más complejo y costoso de todos, aunque no requiere del empleo la estación Gateway ni pasar por la órbita marciana. Para cada misión de corta duración a la superficie del planeta rojo se requeriría la friolera de 18 lanzamientos (!!), aunque no todos del SLS. En el caso de misiones de un año de duración el número de lanzamientos alcanzaría los 24 (!!!). La arquitectura hace uso de ISRU y todo tipo de vehículos. Una ventaja es que la tripulación usaría rovers presurizados y automáticos para explorar la superficie en detalle, por lo que el retorno científico sería colosal, casi igual que el coste de esta propuesta. Pero no olvidemos que el objetivo de esta estrategia es asegurar la presencia permanente de nuestra especie sobre el planeta rojo.

Serían necesarios 18 lanzamientos en el tercer tipo de arquitectura para llevar a cabo una misión de corta duración (Explore Mars).

Para una misión de un año de duración con seis personas se necesitarían 24 lanzamientos (Explore Mars).

En los tres casos el peligro de la radiación se tratará de forma pasiva (uso de reservas de agua y plásticos como escudos) y el estudio concluye que, en todo caso, habrá que aceptar los riesgos en el incremento de probabilidades de sufrir algún tipo de cáncer por parte de la tripulación. No cabe duda de que el primer tipo de arquitectura es la más realista por su precio —requeriría el mismo presupuesto anual que el dedicado actualmente a la ISS—, aunque incluso en este caso será necesario una inversión significativa durante la próxima década para desarrollar los nuevos elementos de un viaje a Marte. Y, por supuesto, ahora queda por ver si todos estos planes no quedarán obsoletos dentro de pocos años con el BFR de SpaceX.

Fuente: danielmarin.naukas.com