Trayendo rocas de Marte con una vela solar

Por Daniel Marín, el 1 noviembre, 2013. Categoría(s): Astronáutica • Marte • NASA • sondasesp ✎ 21

Ya sabemos que la misión prioritaria comunidad científica internacional es el retorno de muestras de Marte a la Tierra. La NASA no tiene el presupuesto para llevarla a cabo, pero no por ello deja de investigar posibles estrategias. De acuerdo con el plan actual, y a la espera de que el SLS entre en servicio, una misión de retorno de muestras necesitaría tres misiones por separado.

Una vela solar para traer a la Tierra las primeras muestras de Marte (NASA).

La primera sonda de este eslabón sería el rover de 2020, que buscará signos de vida pasada y presente en Marte y luego almacenará varias muestras para su posterior traslado por otras sondas. Más tarde, en una fecha aún por determinar y siempre suponiendo que el presupuesto lo permita, se lanzaría la segunda misión, la MSRL (Mars Sample Return Lander). Esta sonda incluiría una nave de aterrizaje de una tonelada con un rover de 150 kg y un cohete para lanzar las muestras. La sonda usaría la maniobra de aterrizaje sky crane usada por Curiosity y que también deberá emplear el rover de 2020. El pequeño rover de la MSRL se acercaría al rover de 2020 y recogería las muestras, para a continuación llevarlas hasta la sonda, donde se insertaría en el extremo del lanzador 300 kg denominado MAV (Mars Ascent Vehicle). El MAV, un lanzador de dos etapas, despegaría con 5 kg de muestras que quedarían situadas en una órbita marciana de 500 kilómetros de altura.

Misiones para traer una roca de Marte (NASA).
Sonda MSRL con el MAV (NASA).
Sonda MSRL (NASA).
El MAV en acción (NASA).
Inserción de la cápsula con muestras en órbita marciana (NASA).

Una vez completada esta fase despegaría la última sonda, la MSRO (Mars Sample Return Orbiter), de unos 3300 kg. Esta nave se colocaría en órbita marciana y buscaría la pequeña cápsula con las muestras, capturándola con ella para introducirla en el vehículo de retorno EEV (Earth Return Vehicle), de 40 kg. El complejo proceso de búsqueda de la cápsula incluiría observaciones por radar y el uso sistemas ópticos para poder ver la cápsula desde diez mil kilómetros de distancia. Una vez con las preciosas muestras en su poder, la sonda encendería sus motores y se dirigiría a la Tierra. La cápsula EEV con un trozo de Marte aterrizaría varios meses después en nuestro planeta.

Diseño clásico de la MSRO (NASA).
Cápsula EEV (NASA).

Uno de los muchos problemas de este plan es que la sonda de retorno de muestras MSRO debe llevar una enorme cantidad de combustible para hacer el viaje de ida y vuelta hasta el planeta rojo. Por este motivo, hasta el 70% de la masa de esta sonda debe ser combustible. Una forma de minimizar este problema es separar la sonda en dos, con una etapa meramente propulsiva.

Propuesta para añadir una etapa propulsiva a la sonda de retorno (derecha) (NASA).

Diseño de una misión de retorno de muestras de bajo coste que podría ser lanzada mediante un Falcon Heavy (NASA).

Pero otras propuestas son más originales. Por ejemplo, un estudio que la empresa Deploytech ha realizado para la NASA sugiere usar una vela solar para la inserción en órbita marciana y para salir de ella. En este caso, la masa de la sonda podría reducirse hasta los 2100 kg, incluyendo una vela de 300 kg y 19 metros cuadrados. Para llevar a cabo estas maniobras, el débil impulso generado por la presión de radiación de la luz solar impediría una inserción directa en órbita, así que la nave debería seguir una trayectoria en espiral.

Propuesta de orbitador con la cápsula EEV y la vela solar (NASA).
Trayectoria de la vela solar para situarse en órbita marciana (NASA).

Todavía es muy pronto para saber cómo será exactamente la primera nave que traiga muestras de Marte, pero este diseño es uno de los más originales que se han inventado. Devolver rocas de Marte usando la luz solar. No me digan que no es poético.

Referencias:



21 Comentarios

  1. Por supuesto que lo es , la idea no es mala , estaría bueno que el traer rocas de Marte fuera posible , pero de aquí a alla en unos años quizás pueda hacerse el viaje con otra forma o sistema de propulsión , estamos recién en 2013 , de aquí alta 2020 y después la tecnología evoluciona y quizás no usen combustible actuales , veremos …….

  2. Es maravilloso xD (pero totalmente en serio).

    Dicho sea de paso, las velas solares son cojonudas para el Sistema Solar profundo. Son como los motores iónicos, poco (poquísimo) impulso, pero sostenido en el tiempo. Lo que no sé es lo difícil que pueda ser evitar que el rumbo se tuerza. Pero por ejemplo para una sonda que simplemente busque salir del Sistema Solar, no sé a qué esperan.

    1. Pero claro. Lo que importa es la velocidad de escape (y el ahorro de masa combustible). Basta con ponerlo en órbita, y coge velocidad suficiente (sobrada, creo recordar) antes de pasar siquiera la órbita de Marte. Además, aunque vaya disminuyendo, esta aceleración siempre será constante (no su módulo, sino la magnitud en sí misma, aunque llegará un momento que probablemente sea negligible respecto a otros efectos). Ya he dicho que el problema de este sistema es precisamente obtener unos valores precisos de los parámetros, pero si se trata simplemente de alcanzar la velocidad de escape, insisto: ¿a qué están esperando?

    1. Ola, locuras también eran las ideas de Jules Verne y poco más de un siglo ahí están casi todas ; ).Una duda es: de qué material están hechas esas velas?? Se ha probado «algo» alguna vez??

      Saúdos

    2. Si se hace alguna prueba más con la vela solar, que es la única tecnología que no está tan pensada como el resto, no veo que sea una «locura» ni mucho menos, es más si la NASA no tiene presupuesto para hacerlo solo, que le pida ayuda y pasta a JAXA que son los que han desarrollado hasta ahora la vela solar más avanzada (aunqeu la misión igual se les hunde pero bueno…) así matas dos pájaros de un tiro.

    3. Ola Txema, lo de «locura»es una expresión retórica. Estas propuestas son un soplo de aire fresco en el rancio ambiente de las soluciones energéticas de los años 60 y 70. Estoy deacuerdo en que la colaboración haría avanzar todo más rápido en cuanto a presupuesto, investigación y desarrollo. Porque la idea da para soñar, ciertamente. Pero lo del material que se use para las velas es algo que no acabo de ver; no creo que sirva ni el dacron, ni el kevlar, ni el mylard o el spectra que se usan para el viento atmosférico. En este proyecto hay mucho trabajo por delante…

      Un saludo

    4. Hola Santiago:
      El artículo de la wikipedia es excelente:

      http://es.wikipedia.org/wiki/Vela_solar

      » láminas plásticas aluminizadas: el material más usado es una lámina aluminizada de 2 micras de grosor, fabricado con un polímero de la imida (poliimida) llamado Kapton, desarrollado y fabricado industrialmente por la empresa Dupont.61 A este material también se le denomina CP-1,62 y es unas 50 veces más fino que una hoja de papel, y entre 5 y 15 veces más fino que el papel de aluminio de uso doméstico.»

      Saludos,

    5. Oooh Pere, muchas gracias! No se me había ocurrido mirar ahí. Claro, eso debe ser: un producto liviano, extremadamente liviano y a la vez resistente, muy resistente a los esfuerzos, (no pedimos «ná»!) Recuerda a las Código 0, diseñadas para vientos flojos (pensemos en una brisa que no apagara la llama de un mechero). En el caso de nuestra nave espacial, el momento crítico sería el despliegue de las velas, ya que aunque resistan perfectamente el empuje del viento solar, puede dar problemas cualquier enganche que produzca abrasión; un ejemplo válido es el aluminio, ligero y muy resistente a esfuerzos homogeneos bien distribuidos pero que dobla o parte con facilidad si se concentra ese esfuerzo en un solo punto. Gran parte del éxito de una misión así dependería del correcto despliegue del velamen ya que cualquier desgarro resultaría fatal…

      No me extrañaría que ese material, o alguna variante, llegue en pocos años a los veleros, empezando por las regatas, cumpliéndo, una vez más, la utilidad que tienen los avances de la industria espacial en todos los órdenes de nuestra vida cotidiana.

      Gracias de nuevo y un saludo!

  3. En esto tiene que dedicar la nasa sus esfuerzos y recursos y dejar a empresas como Space X que se dedique a construir lanzadores por una fraccion de lo que les cuesta a ellos con su mania de empezar de 0 y no ir evolucionando los lanzadores.
    P.D
    Ya se que le Falcon Heavy no tiene capacidad (el dia que sea realidad) para este tipo de misiones

  4. Hola
    Perdona que me salga del artículo. Mi niña tiene 8 años y le entusiasman las cosas del espacio. Ha visto el trailer de Gravity y quiere verla, pero la han clasificado para mayores de 12 años. ¿Puede verla si problemas o que se aburra mucho? Gracias

  5. Una pregunta de profano¿merece la pena tanto, tanto esfuerzo para sólo 5 miserables kg? Tantos lanzamientos y aparatos para tan poco material, del que tampoco tenemos la seguridad de que aclare gran cosa, es algo que habrá que estudiar con realismo, si sale adecuada relación coste/beneficio

    1. Depende de lo que se traiga. Tenemos muchos meteoritos marcianos, así que 5 kg de rocas bien escogidas pueden darnos, literalmente, millones de veces más información que la hemos conseguido reunir hasta ahora.

      Las rocas que se han traído de la Luna han sido determinantes para descartar muchas cosas y validar otras. Sin ellas seguiríamos hoy sin contestar a muchas cosas. Y desde luego, si se pudieran traer muchas más, imagínate. En la propia Luna tiene que haber rocas terrestres (de impactos meteoríticos en este planeta que hayan caído en la Luna), esas rocas están inalteradas químicamente desde el momento que llegaron allí.

      Teniendo en cuenta que no tenemos nada, es difícil coger la barbaridad (en serio) de 5 kg de muestras y que no sea literalmente la rehostia.

      Vamos, es infinitamente más valioso traer esto que mandar peña de paseo (aunque se supone que si mandas peña de paseo traerán esto).

    2. Supongo que «llevar peña de paseo» es enviar una misión humana. MSR es muy valiosa (necesaria en todos los planes de misiones tripuladas), pero desde luego no es infinitamente más valiosa, ni siquiera es comparable.

    3. Si claro. El problema es que si hay que montar todo este tinglado para traer (si no falla nada) 5 kg de roca, figúrate lo que sería para hacer lo mismo con la peña… y no es sólo una cuestión de escala.

  6. Interesante y rompedora propuesta, pero mucho me temo que todo se quedará en un bonito Powerpoint que no pasará de los ordenadores a la realidad. Hoy por hoy, la NASA apenas tiene dinero para proseguir con la exploración marciana más allá de 2020. Los costes disparatados de la Orión, el sobrecoste del James Web y la falta de presupuesto para el SLS y sus derivados lo pintan todo muy negro.

  7. Hay muchas fase difíciles en esta misión. Pero lo que mas complicado y delicado me parece es como el rover introduce las muestras en el cohete que vuelve a la tierra. Un abrazo, genial blog dani!
    Javi Etxebarria

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Por Daniel Marín, publicado el 1 noviembre, 2013
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