Marte barato: científicos trabajan para revolucionar el acceso al planeta rojo

- Ciencia y más
/ 28 septiembre 2021

Los conceptos incluyen helicópteros de Marte mejorados y orbitadores y módulos de aterrizaje económicos

Si bien los funcionarios de la NASA y la Agencia Espacial Europea, así como los planificadores en China, planean misiones ultra costosas y complicadas para devolver muestras de Marte, hay un número creciente de investigadores que diseñan formas novedosas y de bajo costo para explorar más a fondo al Planeta Rojo.

Ya sea a través de helicópteros mejorados o módulos de aterrizaje y orbitadores económicos, dicen que es hora de crear nuevas formas de recopilar más datos de una variedad de lugares en ese mundo remoto.

Bethany Ehlmann, científica planetaria del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, respalda cómo utilizar naves de precio relativamente bajo para una próxima ronda de investigación.

“Marte, como la Tierra, es diverso. Diferentes lugares capturan diferentes instantáneas ambientales”, dijo Ehlmann. Hay mucha exploración por hacer, agregó, citando la posibilidad de visitar sitios asombrosos y exóticos que las naves espaciales han captado desde la órbita, como el sistema de cañones Valles Marineris y los casquetes polares marcianos”.

“Un sistema tan complicado como Marte requiere amplitud y profundidad”, dijo Ehlmann, “y eso significa encontrar nuevas formas de explorar en múltiples ubicaciones al reducir el precio por misión de la nave espacial a través de la tecnología o nuevos paradigmas programáticos y colaboraciones. Imagínese media docena de exploradores móviles de Marte, operados por universidades de todo el país ... ¡Eso animaría a los estudiantes a desarrollar carreras en ciencias e ingeniería! .“

Después de décadas de exploración de Marte, muchas de las preguntas importantes que quedan pueden responderse sólo con botas en el suelo, sean esas “botas” robóticas o humanas, dijo Ehlmann.

“La NASA siempre ha sido una agencia muy reacia al riesgo. Esto es completamente comprensible, ya que los dólares de los contribuyentes se están gastando”, dijo Robert Lillis, Director Asociado de Ciencias Planetarias y Astrobiología del Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, Berkeley.

Lillis señala el programa de Pequeñas Misiones Innovadoras para la Exploración Planetaria (SIMPLEx) de la NASA como un “esfuerzo audaz” para facilitar la ciencia planetaria de primer nivel a una fracción del costo de una misión típica de Discovery. (El programa Discovery de la NASA apoya esfuerzos de exploración ambiciosos pero de relativamente bajo costo.

El límite de costo actual para una misión Discovery es de aproximadamente $ 500 millones).

SIMPLEx también sirve como un pionero para investigar el equilibrio entre costo y riesgo, dijo Lillis.

Por ejemplo, la misión Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (EscaPADE) es una empresa SIMPLEx, que promete una muy buena inversión en términos de ciencia por dólar, dijo Lillis, investigadora principal de EscaPADE.

El costo total de esta misión a Marte, que se proyecta que llegará a la órbita alrededor del Planeta Rojo en 2026, se estima en menos de $ 80 millones.

Las sondas gemelas EscaPADE proporcionarán una perspectiva “estéreo” única al sistema altamente complejo de la atmósfera superior de Marte, dijo Lillis. “Nuestras dos naves espaciales, Azul y Dorada, nos proporcionarán dos pares de ojos, lo que nos permitirá, por primera vez, comprender la respuesta en tiempo real de los patrones de pérdida atmosférica de Marte a las ráfagas electromagnéticas y los vendavales del viento solar ese buffet de Marte “, dijo.

Adoptar enfoques de “NewSpace” para el desarrollo de naves espaciales permitirá a las constelaciones de pequeños satélites explorar y monitorear la atmósfera marciana con una fidelidad y cobertura sin precedentes, dijo Lillis. “Podremos ver todas las partes del planeta en todo momento del día, desde la superficie hasta la atmósfera superior”.

Lillis agregó que este tipo de “conciencia de la situación” será crucial para proteger a los futuros exploradores humanos , de dos maneras principales. Primero, una mejor caracterización de la presión del aire y el viento cerca de la superficie permite una entrada, descenso y aterrizaje más seguros. En segundo lugar, el monitoreo del clima permitirá una previsión meteorológica precisa mediante la asimilación de datos.

“Cuando hablamos de que el pronóstico del tiempo en Marte es importante para la seguridad de los exploradores, estamos hablando de tormentas de polvo , regionales o globales”, dijo Lillis. “Las tormentas de polvo reducen la visibilidad y la generación de energía solar”.

Una nueva tecnología para aterrizar en Marte de forma económica y segura es el concepto de Dispositivo de Aterrizaje de Energía de Alto Impacto Pequeño (SHIELD), ahora en estudio en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California.

SHIELD es básicamente un módulo de aterrizaje y un amortiguador en uno”, dijo Louis Giersch, el investigador principal de SHIELD.

“No podrá poner una nave espacial como el rover Perseverance en la superficie, pero podría permitir a los científicos estudiar más de la superficie marciana mientras viajan junto con misiones más grandes de la NASA”, agregó Giersch.

“Todavía estamos evaluando qué tipo de instrumentos científicos tienen sentido, pero los sensores meteorológicos, las cámaras y los espectrómetros de masas están en la mesa de dibujo”.

El objetivo de SHIELD es reducir los costos del módulo de aterrizaje de Marte en un orden de magnitud, haciendo factible un amplio conjunto de misiones potenciales.

Por ejemplo, la tecnología podría permitir que la NASA derribara docenas de robots individuales en un período de tiempo relativamente corto, salpicando el planeta distante con módulos de aterrizaje.

Giersch dijo que SHIELD impondrá más limitaciones a las cargas útiles científicas en comparación con los módulos de aterrizaje de Marte más convencionales.

Las cargas útiles científicas deberán ser aún más compactas y resistentes, dijo, pero con el beneficio anticipado de un acceso más frecuente a la superficie marciana como resultado de la reducción del costo de la misión.

“La oportunidad de acceso frecuente a bajo costo a Marte está aquí”, agregó Nathan Barba, ingeniero de sistemas de SHIELD de JPL. Esa puerta se abrió cuando los cubosats Mars Cube One (MarCO) A y B, apodados EVE y WALL-E, completaron un sobrevuelo exitoso de Marte en noviembre de 2018. El dúo, que costó solo $ 18.5 millones para que JPL construyera y operara, se enganchó un paseo con el módulo de aterrizaje InSight Mars de la NASA.

SHIELD podría entregarse como un único módulo de aterrizaje o muchos en un solo lanzamiento. Un módulo de aterrizaje de bajo costo como SHIELD podría permitir mediciones por primera vez o exploración de pioneros como información de verificación en tierra que es crítica para misiones más grandes y costosas”, Barba dijo.

El aumento del acceso al espacio es emocionante, continuó Barba, “porque significa más oportunidades para la ciencia en Marte si una nueva clase de misiones interplanetarias de menor costo llegara a buen término, fomentaría un conjunto de investigaciones aún más diverso y proporcionaría un oportunidad para muchos científicos e ingenieros principiantes “.

Las misiones de naves espaciales más pequeñas y de menor costo podrían proporcionar ciencia de clase decenal en paralelo a la campaña de devolución de muestras de Marte , dijo Barba.

El cambio de paradigma en capacidad y costo se puede atribuir a muchos factores, desde una reducción de orden de magnitud en el costo de lanzamiento, habilitada por viajes compartidos y pequeños vehículos de lanzamiento emergentes, hasta la fabricación de instrumentos científicos capaces de alta precisión y / o fundamentalmente medidas novedosas, dijo.

Otra idea futura de investigación de Marte ya ha sido reforzada por los múltiples vuelos del helicóptero Ingenuity de la NASA . Ingenuity, un demostrador de tecnología, ha mostrado claramente su “material Wright” aéreo, pero ¿qué viene después?

“Los vuelos de ingenio han ido más allá de lo que podríamos haber imaginado”, dijo Shannah Withrow-Maser, líder de sistemas de vehículos de helicópteros de Mars Science en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley. “Cada vuelo nos está enseñando cada vez más y abriendo puertas para futuros conceptos de misión”, declaró.

Una idea que se está filtrando es un helicóptero avanzado de Marte, un dispositivo hexacóptero que puede transportar cargas útiles más grandes y viajar distancias mayores que el Ingenuity que vuela actualmente.

Withrow-Maser dijo que este enfoque de Mars Science Helicopter está tomando forma gracias a los momentos de aprendizaje proporcionados por los datos de Ingenuity, que se descargan y evalúan después de cada vuelo.

“Hay que contener un poco la respiración cada vez que el ingenio vuela”, dijo Withrow-Maser. “Lo estamos tomando un vuelo a la vez. Supera con creces los límites de lo que fue diseñado y probado aquí en la Tierra”.