20 años de la desaparición de la Mars Observer

El 21 de agosto de 1993 la sonda Mars Observer de la NASA desapareció sin dejar rastro a pocos días de entrar en órbita de Marte. Aunque no fue el primer fracaso de una misión norteamericana para el estudio de Marte, si fue el más sonoro que había tenido lugar hasta la fecha. La Mars Observer era la primera sonda que mandaba la NASA al planeta rojo después de 17 años y se perdió en medio del espacio interplanetario sin motivo aparente. Pero, ¿qué pasó exactamente?

La sonda Mars Observer se perdió en 1993 sin dejar rastro (NASA).

A principios de los años 80 la NASA se dio cuenta de que era imposible seguir explorando el Sistema Solar de la forma en la que se había estado haciendo. Puesto que cada misión era más compleja y cara que la anterior, la NASA se vio forzada a lanzar cada vez menos sondas. De seguir así, el número de sondas planetarias por década pronto se podría contar con los dedos de una mano. En 1980 el Comité para la Exploración del Sistema Solar (SSEC) de la NASA decidió que había llegado la hora de ‘cambiar el chip’ y abaratar los costes de desarrollo de las misiones. En 1982 el SSEC recomendó a la NASA que crease dos series de sondas de bajo coste, una para el estudio del Sistema Solar interior (Mercurio, Venus y Marte) y otra para el sistema exterior. Al año siguiente, la serie de sondas para investigar los planetas rocosos recibió el nombre de Planetary Observer y la destinada a los planetas exteriores se llamó Mariner Mark II. A diferencia de las sondas de décadas anteriores, diseñadas específicamente para cada misión, las Planetary Observers usarían el diseño de satélites convencionales en órbita terrestre para reducir costes.


La Mars Observer antes del lanzamiento (NASA).

Era una decisión muy arriesgada -los requisitos técnicos de un satélite meteorológico o de comunicaciones en órbita terrestre son muy distintos a los de una sonda para estudiar Mercurio o Marte-, pero sin duda sensata. En 1984 se aprobó el desarrollo de la primera sonda de la serie, denominada Mars Geoscience Climatology Orbiter (MGCO), que debería ser lanzada en agosto de 1990. Poco después se decidió cambiarle el nombre a Mars Geoscience Climatology Observer, pero alguien en la oficina de relaciones públicas de la NASA se debió dar cuenta de que no era un nombre que resultase precisamente fácil de recordar, así que finalmente se llamaría Mars Observer a secas. La Mars Observer debía ser el satélite marciano definitivo. Como su largo e impronunciable nombre original dejaba claro, la Mars Observer era al mismo tiempo un satélite meteorológico, de recursos minerales y cartográfico, todo en uno. Estaría dotada de la mayor cámara enviada jamás a otro planeta, la MOC (Mars Observer Camera), que hacía de esta sonda un verdadero satélite espía alrededor del planeta rojo al poder obtener imágenes con una resolución de 1,5 metros por píxel. La Mars Observer terminaría por ser la única nave de la serie Planetary Observers, aunque la familia hermana Mariner Mark II no corrió mejor suerte y fue cancelada sin construirse ni una sola sonda (eso sí, el diseño de la Cassini deriva del de la serie Mark II).

Diseño original de la cámara MOC de la Mars Observer (NASA).

El contrato para la construcción de la nave fue otorgado a RCS Astro-Electronics, posteriormente incorporada a General Electrics como Astro Space Division. Debía ser lanzada por el transbordador espacial, pero su tamaño -ni muy pequeño ni muy grande- hacían necesario usar una nueva etapa superior para alcanzar la velocidad de escape desde la órbita baja terrestre. La etapa, bautizada como TOS (Transfer Orbit Stage), sería diseñada por el centro Marshall de la NASA y construida por Orbital Sciences para varios programas civiles y de defensa. Pero el accidente del Challenger en 1986 trastocó estos planes. La NASA se quedó de repente sin lanzador y tuvo que buscar uno sobre la marcha. Durante varios años tras la catástrofe del Challenger la NASA mantuvo dos opciones de lanzamiento, el transbordador espacial y el veterano cohete Titán III de la USAF, lo que incrementó el coste del proyecto aún más. Finalmente el elegido sería el Titán IIIC, pero en 1987 la agencia decidió retrasar la fecha de lanzamiento dos años, de 1990 a 1992. El retraso no se debió a ningún problema técnico con la nave, sino a que ya estaban planeados demasiados lanzamientos de sondas espaciales a finales de los 80 (Galileo, Ulysses, Magallanes, etc.) y la NASA temía no poder gestionar correctamente todas estas misiones al mismo tiempo. Por supuesto, este retraso supuso un importante aumento en el coste total del programa. Para colmo, la NASA decidió aumentar el número de instrumentos científicos a bordo de la sonda, algo que iba contra el espíritu original de bajo coste del proyecto.

Emblema de la misión (NASA).

Mars Observer era una especie de collage espacial. La estructura de la nave, el panel solar y el sistema de control de la temperatura se basaban en el satélite de comunicaciones Satcom-K (Satcom 4000), mientras que el control de actitud, el sistema de transmisión de datos y de distribución de electricidad eran similares a los usados en el programa de satélites meteorológicos Advanced TIROS-N y los DMSP 5D2 del Pentágono. Como características únicas debidas a su naturaleza de sonda planetaria, la Mars Observer incorporaría una antena de alta ganancia con un diámetro de 1,5 metros para comunicaciones a larga distancia en banda X y un sistema de propulsión bipropelente con 1346 kg de propergoles hipergólicos para la inserción en órbita de Marte. Durante un tiempo se estudió usar la estructura de un satélite de comunicaciones geoestacionario Hughes HS-376 para la misión, un diseño que estuvo muy de moda en los 80. La propuesta fue descartada, pero usar un cilindro giratorio como sonda espacial hubiera sido todo un espectáculo.

La Mars Observer era un collage formado a partir de elementos de otras naves (NASA).

La sonda tenía una masa de 2565 kg (166 kg de instrumentos científicos y 1440 kg de combustible), unas dimensiones de 1,1 x 2,2 x 1,6 metros y un único panel solar de 7 x 3,7 metros capaz de generar entre 1,1 y 1,5 kilovatios de potencia eléctrica. Durante la etapa de crucero interplanetario el panel permanecería pegado al cuerpo de la nave, pero una vez en órbita podría moverse para optimizar la luz incidente sobre el mismo. Los protagonistas de la misión serían siete instrumentos: la cámara de alta resolución MOC, el magnetómetro y reflectómetro de electrones MAG/ER, el altímetro láser MOLA para levantar un mapa detallado del relieve marciano (originalmente la sonda debía llevar un altímetro de radar), el espectrómetro de rayos gamma GRS para detectar la presencia de hielo subterráneo y el radiómetro infrarrojo PMIRR para el estudio de la atmósfera marciana, el espectrómetro infrarrojo TES para estudiar la composición de los minerales de la superficie y el experimento de radio RS para estudiar el campo gravitatorio de Marte. A estos instrumentos habría que añadirle el MBR (Mars Balloon Relay), diseñado para retransmitir a la Tierra los datos de los globos y sondas de superficie que Rusia planeaba lanzar durante los años 90 dentro del marco de varias de sus misiones Mars. Francia colaboró en la misión con el reflectómetro de electrones, con un coste de tres millones de dólares, y con el MBR.

Partes de la sonda (NASA/JPL).

Partes de la MO (NASA).
Configuración de lanzamiento (arriba) y de crucero (NASA).

La sonda llegó a Florida a mediados de 1992 y a principios de agosto fue unida a su etapa superior TOS. La ventana de lanzamiento estaría abierta desde el 16 septiembre hasta el 13 de octubre, pero el huracán Andrew obligó a retrasar el despegue unos días. El lanzamiento tuvo lugar al fin el 25 de septiembre de 1992 a las 17:05 UTC por un cohete Titan IIIC desde la rampa SLC-40 de Cabo Cañaveral. Tras un funcionamiento impecable tanto del cohete como de la etapa superior, la sonda fue situada en una trayectoria de escape con respecto a la Tierra en una órbita solar de 169 x 241 millones de kilómetros. El vuelo de once meses hasta Marte transcurrió sin incidentes dignos de mención. El 8 de febrero y el 18 de marzo la sonda llevó a cabo dos correcciones de su trayectoria que resultaron un éxito. La nave debía situarse en una órbita elíptica alrededor de Marte el 24 de agosto de 1993 a las 20:42 UTC (lo que requería frenar su velocidad unos 761,7 m/s), pero antes de eso, el 21 de agosto la sonda tenía que presurizar su sistema de propulsión principal de cara a esta maniobra crítica. Dicho sistema estaba formado por dos parejas redundantes de motores con un empuje total de 490 newtons, además de cuatro propulsores de 22 newtons, alimentados por sendos tanques de monometil hidrazina (MMH) y tetróxido de nitrógeno. Con el fin de presurizar los tanques para la ignición se usaba helio almacenado en otro tanque.

Lanzamiento de la Mars Observer (NASA).
La nave unida a la etapa superior TOS (NASA).
Trayectoria de la misión (NASA/Revista LIFE).

No estaba previsto que el helio pasase directamente a los dos tanques de propergoles, sino que lo haría a través de una única conexión con el tanque de tetróxido de nitrógeno. El tanque de hidrazina se presurizaría después de que se rompiesen dos válvulas pirotécnicas para comunicar una serie de tuberías entre los dos tanques de propergoles. El control de la misión tenía miedo de que los delicados amplificadores del sistema de comunicación -de tipo TWTA- pudieran dañarse al activarse estas válvulas pirotécnicas, así que tomaron la inusual decisión de apagar la telemetría de la sonda durante la apertura de válvulas. De acuerdo con las instrucciones grabadas en su pequeño ordenador, la Mars Observer suspendió la transmisión de telemetría el 22 de agosto a las 00:40 UTC (21 de agosto en los EEUU) poco antes de activarse las válvulas. El control de la misión esperaba recuperar el contacto con la nave 14 minutos después, tal y como estaba previsto. Sin embargo, nunca más se volvió a escuchar una señal proveniente de la sonda. La Mars Observer había desaparecido sin dejar huella alguna. Aunque el control de tierra intentó con todas sus fuerzas recuperar el contacto, todo fue en vano. La Mars Observer pronto se convirtió en uno de los mayores fiascos en la historia la NASA y la prensa se cebó con la agencia espacial. Fue una de las horas más bajas de la NASA, ya que la pérdida de la sonda se sumaba al escarnio público que había supuesto el descubrimiento de la aberración esférica del espejo primario del telescopio espacial Hubble.

Configuración de la MO cuando desapareció (NASA).

La falta de telemetría complicó sobremanera la investigación para determinar las causas del accidente. De hecho, a día de hoy nadie sabe a ciencia cierta qué sucedió con la Mars Observer. De acuerdo con la comisión de investigación, la causa más probable fue una explosión en las líneas de combustible que conectaban los dos tanques de propergoles. Posiblemente, el tetróxido de nitrógeno se filtró desde el tanque hasta las líneas de presurización durante los once meses de exposición al frío del espacio por culpa de una válvula defectuosa. Cuando las válvulas pirotécnicas se abrieron, el tetróxido se mezcló con la hidrazina en las líneas de conducción, causando una explosión de potencia indeterminada, pero lo suficiente para que la nave perdiese el control.

Causa más probable de la pérdida de la Mars Observer: una fuga de oxidante en el sistema de presurización (NASA).
Sistema de propulsión de la Mars Observer (NASA).
Detalle de una válvula pirotécnica del sistema de presurización de la Mars Observer (NASA/JPL).

Aunque esta es la causa más probable, la investigación no descartó un fallo del sistema de alimentación eléctrica o del sistema de comunicaciones entre otros posibles motivos. El caso es que los intentos para reproducir en tierra el escenario de la explosión de tuberías por culpa de la mezcla de propergoles no dieron resultados. De las trece pruebas realizadas, sólo una logró alcanzar una presión peligrosa en las tuberías. Por este motivo, la comisión de investigación señaló como segunda causa más probable un fallo en el regulador de presión del helio. Según esta hipótesis, el vapor de tetróxido de nitrógeno habría corroído el regulador de presión, permitiendo que todo el helio fluyese hacia el tanque de oxidante hasta reventarlo. Curiosamente, la sonda Viking 1 experimentó un fallo parecido antes de entrar en órbita de Marte, aunque afortunadamente sin resultados catastróficos. El plan inicial de la misión Mars Observer pasaba por presurizar los tanques cinco después del lanzamiento, pero el control de tierra decidió posponer esta maniobra once meses precisamente por los problemas experimentados por la Viking 1. Una tercera posibilidad contemplada por la comisión de investigación fue que las cargas pirotécnicas que debían abrir las válvulas hubiesen perforado el tanque de hidrazina.

Detalle del sistema de presurización de la Mars Observer (NASA/JPL).
Las únicas imágenes de calidad obtenidas por la cámara MOC de la Mars Observer el 27 de julio de 1993 con una hora de diferencia a 5,8 millones de km de Marte (NASA).

La pérdida de la Mars Observer supuso un auténtico desastre para el programa de exploración marciana. Se trataba la primera pérdida de una sonda marciana de la NASA en 23 años, desde el fracaso de la Mariner 8 en 1971. Con un presupuesto original de 212 millones de dólares, la misión que debía ser el nuevo paradigma de las sondas de bajo coste de la NASA había alcanzado una factura final de 813 millones (cierto es que en gran parte por culpa del accidente del Challenger). La investigación había revelado además controles de calidad deficientes y una cultura de seguridad bastante relajada en todo el proyecto.

No había dinero para desarrollar una ‘Mars Observer 2’, pero por suerte la NASA no se rindió y decidió lanzar todos los instrumentos de la Mars Observer en tres sondas distintas de acuerdo con el nuevo espíritu de la agencia ‘más rápido, mejor y más barato’. La nueva flotilla de sondas estaría formada por la Mars Global Surveyor (1996), la Mars Climate Orbiter (1998) y la Mars Odyssey (2001). La mayoría de instrumentos, incluyendo la potente cámara MOC, volarían en la Mars Global Surveyor, una misión que revolucionó nuestro conocimiento sobre el planeta rojo. La Mars Odyssey -aún en servicio- llevaría el espectrómetro de rayos gamma GRS, un instrumento clave en la historia de la exploración marciana que permitió descubrir las enormes reservas de hielo que esconde el subsuelo marciano. La Mars Climate Orbiter con el avanzado espectrómetro PMIRR no tuvo tanta suerte y se estrelló contra la superficie de Marte por culpa de una sonora confusión con las unidades empleadas para controlar la maniobra de inserción orbital. Perder un instrumento justo antes de alcanzar Marte debe ser duro, pero perderlo dos veces en la misma década tuvo que ser todo un trauma para los miembros del equipo de PMIRR. Finalmente, en 2005 la sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) fue lanzada hacia Marte con el instrumento Mars Climate Sounder (MCS), una especie de PMIRR 2.0.

¿Qué habría pasado si la Mars Observer no hubiera fracasado? Por un lado, la cámara MOC, el altímetro láser MOLA y el espectrómetro TES nos habrían revelado un planeta dinámico y mucho más complejo de lo esperado cinco años antes de que la Mars Global Surveyor hiciera lo propio. Por ejemplo, los datos del instrumento TES de la Mars Global Surveyor resultaron fundamentales a la hora de lanzar el rover Opportunity hacia Meridiani Planum, donde se habían detectado grandes cantidades del mineral hematita. Además, habríamos sabido que Marte posee grandes cantidades de hielo una década antes de que la Mars Odyssey hiciese su gran descubrimiento. Y no olvidemos que los datos de esta sonda fueron claves para justificar misiones como la sonda Phoenix de 2008. Por otro lado, fue precisamente el fallo de la Mars Observer el que propició que la NASA abandonase la tendencia a construir sondas cada vez más grandes, caras y complejas. A raíz de este accidente la agencia espacial renunció a poner todos los huevos en la misma cesta y diversificar sus opciones. En cierto modo se puede decir que, gracias a la Mars Observer, la NASA ha podido lanzar toda una flotilla de sondas marcianas en los últimos quince años. Después de todo, es muy posible que la pérdida de esta misión fuese una bendición para el programa de exploración de Marte a largo plazo.

Al no poder situarse en órbita del planeta rojo, la Mars Observer -o sus restos- siguen hoy en día en órbita alrededor del Sol. Quizás algún día seremos capaces de descubrir lo que queda de esta sonda y saber de una vez por todas qué ocurrió exactamente.



19 Comentarios

  1. Como siempre la NASA pierde el tiempo cuando atrasa sus lanzamientos sin aprovechar esos momentos para poner a prueba sus equipos o sistemas.

    Ahí las consecuencias.

  2. Puf, recuerdo la cantidad de teorías de la conspiración que desató el tema. En España hubo algún programa de misterio que dedicó un episodio a esto. Trajeron al representante de la NASA en España y estuvieron todo el tiempo intentando ponerlo contra las cuerdas xD

  3. Una de las teorías conspirativas que más daño hacen es aquella que sugiere que el artefacto en cuestión no podría funcionar por graves fallos, usualmente de construcción defectuosa (incluso deliberada), y para evitar el escándalo y consiguiente sanción de los responsables (que normalmente obran así, claro está, para llenarse el bolsillo), es que la nave se vaya al guano a cientos de millones de km del alcance de cualquier panel de investigación política.

    Obviamente sí se puede saber que algo así ha pasado sin siquiera examinar la sonda, pero esta (recurrente) idea puede y suele llegar a hacer mucho daño. Y es jodida de combatir, primero por los precedentes en ese sentido (el escandaloso caso del fraude con sobornos de Perkin-Elmer en el espejo del HST, frente al de respaldo de Kodak que estaba perfectamente construido), y segundo porque la necesaria transparencia, que esta industria podría tener perfectamente, gratuitamente se enturbia bajo las habituales paridas de “secreto de defensa” y chorradas por el estilo, cuando esos “secretos de defensa” los conocen siempre perfectamente todos los adversarios o competidores.

    Como siempre, la navaja de Occkham ayuda mucho. Para qué recurrir a teorías complejas cuando una simple negligencia como despachar un dispositivo que no opera en sistema internacional basta para explicar cagadas de miles de millones.

  4. Lanzar una sonda a Marte desde el shuttle. Un claro ejemplo de la filosofía errónea de la NASA en las últimas décadas: justificar tecnologías creadas sin un objetivo claro.

  5. Lo que esta claro, de cara al futuro, es que si queremos seguir investigando con sondas el sistema solar no queda otro remedio que usar sondas B-B, buenas y baratas. Leí (y tú Daniel podrias ampliar el tema) que se esta estudiando usar cubesat (3 juntos o mas, claro esta) para usarlos como sondas. El problema de los mismos es su baja potencia electrica y claro, eso repercute en todo, pero sobre todo en las transmisiones. Esto no es una idea tan descabellada, ya que actualmente hay en desarrollo femtosatelites (satelites de menos de 100 g) como los del grupo Wikisat (veáse http://danielmarin.blogspot.com.es/2012/10/wikisat-lanzando-femtosatelites-desde.html) que con sistemas extremadamente pequeños se podran hacer cosas grandes: ¿Pues que diremos de una enorme masa de 3 a 5 kg de un cubesat interplanetario?.

    Tiempo al tiempo

  6. Tragedia, pero son cosas que pasan, la exploración planetaria, aunque sea solo robótica, tiene su cuota de riesgos, al menos estos fracasos pusieron entre la espada y la pared a la nasa, que al final no durmió un sueño para que las siguientes sondas a Marte no se pierdan, tal es el caso del pathfinder y los Mer que fueron rotundos éxitos.

  7. Muy interesante, como siempre.

    Además, el artículo me viene que ni pintado para preguntarle a Daniel una duda que tengo desde hace tiempo:

    ¿A qué se debe “el gusto” por los dispositivos pirotécnicos en cualquier cacharro espacial?

    Es que los usan para todo, separación en el despegue, separación de etapas, apertura de paracaidas, etc., y ahora veo que los han usado hasta para abrir válvulas de un sistema de combustible. ¿Soy el único al que esto le parece una locura? ¿Por qué no se usan tantos disposivos pirotécnicos y no sistema mecánicos normales? ¿Cuántos dispositivos en total puede llevar por ejemplo un Soyuz al despegue?

    ¿Te animas a hacer una entrada al respecto?

    1. Hace muchos años… hicimos en el foro esa misma pregunta.

      Resulta que un dispositivo mecánico en el vacío interplanetario representa una fuente de fallos. El frío hace que el lubricante se congele y la falta de gravedad hace que se aglutine y no se distribuya uniformemente (curioso, ¿verdad?). Los metales autolubricantes se basan en el óxido del mismo y ese óxido actúa de lubricante, pero da la casualidad que en el vacío no hay oxígeno para oxidar. Por todos estos “detallitos” mas otros que no recuerdo, hacen un dispositivo mecánico problemático y caro de diseñar. Si tienes una válvula o mecanísmo en general que solo va a funcionar una sola vez, ¿por que usar algo tan complejo? Un dispositivo pirotécnico no es mecánico, es más confiable, más barato y sirve solo una vez. Suena lógico ahora usar dispositivos pirotécnicos ¿verdad?

      Ahora esa respuesta ha de estar perdida en los respaldos del foro en sabe que hilo, por que no recuerdo…
      Efectivamente no estaría mal que Daniel nos ilustrara de nueva cuenta con su magistral estilo con el tema.

    2. Gracias por la respuesta, ahora tiene un poco más de sentido. Aunque en este caso concreto, para la apertura de una valvula de combustible, me sigue pareciendo de locos!

      De todos modos, sí que estaría bien una entrada sobre el tema. Hace tiempo que tengo curiosidad sobre ello y me gustaría saber la cantidad total de dispositivos pirotécnicos que lleva por ejemplo un Soyuz.

  8. Afortunadamente la NASA se recupera de sus fallos de una manera asombrosa ya sea arreglando el desaguisado (Skylab,Apolo-13,SMM,Galileo,Hubble,etc..) o volviendo con más ímpetu(por ejemplo, la exploración de Marte o como sucederá con los vuelos tripulados, ya vereis ).

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 25 agosto, 2013
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Marte • NASA • sondasesp