Recogiendo muestras superficiales de Marte desde la atmósfera
La misión Mars 2020 de la agencia espacial estadounidense (NASA), con el rover Perseverance, serán lanzados este año a Marte; teniendo este vehículo autónomo la misma misión que su predecesor y gemelo Curiosity, aunque con capacidades mermadas análisis, incluyendo en compensación la posibilidad de recoger y almacenar muestras en contenedores estancos; siguiendo la principal prioridad de la comunidad científica internacional de recoger muestras marcianas para estudiarlas en instalaciones de la Tierra.
Estos contenedores serán recogidos a partir de 2028 y lanzados a la órbita marciana por el proyectado rover SFR (Sample Fetch Rover) de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la sonda de amartizaje SRL (Sample Retrieval Lander) de la NASA. Para, más tarde, ser mandadas dichas muestras desde la órbita de Marte a la Tierra en el orbitador europeo ERO (Earth Return Orbiter) alrededor de 2031. Si se cumplen los plazos establecidos y todo funciona a la perfección.
Misiones de recogida de muestras de la NASA y la ESA (21 Century Tech Blog).
Sin duda esta es una misión de gran complejidad y envergadura, en la que muchos elementos deben funcionar adecuadamente para su éxito durante mucho tiempo. Pero, ¿Podría existir una alternativa más simple?
Representación artística de la sonda SCIM (NASA-BoldlyGo Institute).
Dentro de esta posibilidad, tendríamos arquitecturas más modestas y compactas, como la propuesta sonda Mars-Grunt rusa; o propuestas de recolectores de materiales de la atmósfera superior marciana de carácter público y privado, como la SCIM (Sample Collection for Investigation of Mars), propuesta en 2002; o la MASC (Mars Aeroflyby Sample Collection), propuesta actualmente por la agencia espacial japonesa (JAXA) dentro de su programa marciano. En estos últimos dos casos me centraré a continuación.
Diseño actual de la Mars-Grunt (Russian Space Web).
Diseño de la sonda SCIM (NASA).
Diseño de la sonda MASC (JAXA).
Obviamente, no es igual analizar los gases y partículas en suspensión de la atmósfera que tomar muestras de la superficie y subsuelo marciano; aunque podría servir para aclarar misterios relacionados con el planeta rojo sin amartizar y ponerse en órbita baja marciana, con el riesgo, la complejidad y el gasto de combustible y dinero que supondría. Estas sencillas sondas utilizarían un mecanismo de captura mediante aerogel similar al usado por la sonda Stardust de la NASA en 2004.
La propuesta SCIM ha sido desechada por la NASA en favor de la sonda Phoenix de 2007, pero, más tarde, retomada por el Instituto BoldlyGo de Colorado con financiación privada. Por otra parte, la JAXA desarrolla el MASC, que también pretende recoger muestras de la atmósfera marciana de forma similar.
Rejilla de aerogel colectora utilizada en la sonda Stardust (NASA).
Rejilla de aerogel de la MASC (JAXA).
Las sondas tendrían una forma similar a una cápsula de reentrada balística para una cabeza nuclear para facilitar el paso a través de la atmósfera marciana sin generar suficiente fricción para provocar la aerocaptura del vehículo. La sonda no tendría que situarse en órbita marciana, pues sólo necesita pasar muy cerca del planeta para cumplir con su misión; cruzando el cielo marciano como un meteoro a 6,22 km/s y 37 km de altura, para volver luego al espacio interplanetario y regresar a la Tierra.
Regreso de la MASC a la Tierra (JAXA).
Tras el sobrevuelo del planeta rojo, la sonda cambiaría su trayectoria por efecto de la gravedad marciana (si no se alinea con precisión para una asistencia gravitacional), por lo que sería necesaria una maniobra de espacio profundo (Delta V de 1 km/s) mediante un motor de 22 N para situar la nave en una ruta de intersección con la órbita terrestre.
Cerca de nuestro planeta se desplegaría una cápsula con las muestras (basada en las propias de los programas Luna, Genesis o Stardust) que reentraría en la atmósfera terrestre a velocidad de escape (11,75 km/s) con las muestras marcianas en su interior.
Según estudios preliminares, deberían poder capturar unas mil partículas de polvo marciano de diez micras, dependiendo de la cantidad de polvo en suspensión. Una vez en la Tierra, la placa de aerogel sería recuperada y analizada para identificar las partículas de polvo marciano y someterlas a todo tipo de pruebas en los laboratorios más sofisticados del mundo.
Trayectoria propuesta para SCIM en torno a 2018 (BoldlyGo Institute).
Trayectoria propuesta para la MASC (JAXA).
Capsula con muestras de la sonda Stardust de la NASA (NASA).
La sonda SCIM desplegaría tres paneles solares y una antena circular durante la fase de crucero hasta Marte, que se plegarían en la parte trasera antes de iniciar la maniobra de cruce de la atmósfera marciana. Mientras que la MASC se estudia incluirla dentro de las misiones marcianas MELOS de la JAXA como una capsula accesoria.
Sonda SCIM en configuración de lanzamiento hacia Marte (BoldlyGo Institute).
Sonda SCIM en configuración de crucero (BoldlyGo Institute).
Programa de sondas marcianas MELOS (JAXA).
Este esquema es mucho sencillo, por lo que prácticamente cualquier potencia espacial podría desarrollar una misión marciana similar, como nos ha demostrado el orbitador marciano de estudio climático Al-Amal lanzado estos días por la agencia espacial de Emiratos Árabes Unidos. Pudiendo unir una capsula similar a la MASC japonesa a una etapa superior / módulo de propulsión interplanetario comercial, como la Fregat-M de NPO Lávochkin o el Photon de Rocket Lab (aligerando los 593 kg de la MASC a los 170 kg de capacidad del Photon); con el fin de simplificar al máximo la propia sonda.
Diseño de la sonda rusa Fobos-Grunt con una etapa superior Fregat como módulo de propulsión interplanetario
(IKI-Roscosmos).
Propuesta la etapa superior Photon de Rocket Lab (Microsiervos).
Etapa superior comercial Photon propuesta por la empresa Rocket Lab (Teslarati.com).
Etapa superior comercial Photon como vehículo interplanetario (Space.com).
Electrón con la etapa Photon (Pinterest).
No obstante, aquí no se queda esta concepción, una vez simplificada la sonda hasta este vehículo capaz de utilizar elementos ofertados en el mercado internacional y tener la posibilidad de ser lanzada por diversos lanzadores internacionales; puede seguir pareciendo poco ambicioso que una agencia espacial sólo opte por recoger muestras de la atmosfera marciana. Ahí es donde entra a escena una característica excepcional descubierta hace poco en Marte, y es que dada la tenue atmósfera de Marte, algunas tormentas de polvo marciano (según la principal teoría al respecto) proyectan materiales recogidos de la superficie marciana a capas superiores de la atmósfera, donde podría recopilarlos una sonda como las estudiadas. Obteniendo así muestras de la superficie marciana a una fracción del coste de otras opciones.
Esto implica que, según se siga avanzando con los modelos de estudio climático de Marte por parte de los datos de sondas como los orbitadores MRO, Mars Odyssey y MAVEN, así como los aterrizadores y rovers InSight y Curiosity de la NASA; el orbitador Mangalyaan indio, los orbitadores europeos TGO y Mars Express; y el nuevo orbitador emiratí Al-Amal; se podría crear un modelo predictivo y de seguimiento en vivo que permita guiar los sobrevuelos de estas sondas sobre estas “plumas” de material superficial marciano, cual géiseres de Europa y encelado.
Pluma de polvo marciana en la atmósfera superior observada por la sonda Mars Express de la ESA (Nature).
Lo que abriría la posibilidad de recoger y traer a la tierra los materiales superficiales más volátiles de Marte, además de muestras de polvo atmosférico y gases de su atmosfera. Lo cual sería un inspirador hito para un programa marciano modesto o proveniente de una potencia espacial con un presupuesto y capacidades de segundo orden.
Cápsula con muestras de las sondas Luna soviéticas, similar a la propuesta por la JAXA para la MASC (Airbase.ru).
Fuentes:
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