El viaje tripulado a Marte forma parte del acervo particular de cualquier aficionado a los temas espaciales. En este blog ya hablamos en su momento del último esquema de misión de la NASA (Human Exploration of Mars Design Reference Architecture 5.0), basado en el empleo del cohete gigante Ares V y en propulsión nuclear térmica. Un vistazo rápido a la DRA 5.0 nos muestra que se trata de un esquema increíblemente complejo y prácticamente imposible de llevar a cabo, así que no es de extrañar que surjan alternativas a este concepto. Una de ellas la podemos ver en el artículo Austere Mission to Mars (Proce, Hopkins y Radcliffe), que propone un esquema simplificado de la citada DRA 5.0. El artículo sugiere una misión a Marte cuyo desarrollo completo quede por debajo de los cien mil millones de dólares (el coste de la ISS) en un periodo de 18 años y con un gasto anual que sea similar al coste actual del programa tripulado de la NASA (unos ocho mil millones de dólares).

La misión seguiría un patrón básicamente similar al de la DRA 5.0. La siguiente imagen nos puede servir para refrescar la memoria y entender el último esquema de misión propuesto por la NASA:

Esquema de una misión a Marte según la DRA 5.0: las tres naves son el DAV, MTH y SHAB (NASA).

Esta misión austera emplearía prácticamente las mismas naves de la propuesta de la NASA, aunque con nombres ligeramente diferentes: el vehículo de descenso/ascenso hasta la superficie marciana (Mars Descent/Ascent Vehicle, DAV o MAV) -que sería lanzado previamente sin tripulación hasta la órbita marciana-, dos hábitats de superficie (SurfHab o Mars Surface Habitat, MSH y el Cargo Lander, CL, o Surface Power and Logistics Module, SPLM) -que aterrizarían en Marte sin tripulación antes de la llegada de ésta- y por último un hábitat en el que viajarían los astronautas hasta Marte (Mars Transit Habitat, MTH o TransHab).

Los cuatro tipos de nave marciana empleados en esta propuesta. Las etapas de inyección transmarciana (Earth Departure Satge, EDS) son criogénicas y requerirían dos lanzamientos del Ares V cada una.

¡Maquetas de las naves! Siempre es más bonita una propuesta con modelos de los vehículos a emplear: aquí vemos a las etapas EDS, el TMH y el DAV.

Masas de los distintos vehículos.

El esquema DRA 5.0 no era una arquitectura cerrada y proponía varias alternativas para mejorar la eficiencia de la misión. Esta misión simplificada ha elegido prácticamente los mismos parámetros, aunque con ligeras diferencias, como podemos ver en este ilustrativo esquema de los diferentes tipos de misiones a Marte:

Diferentes posibilidades para una misión a Marte. Se dan ejemplos de varias propuestas.

Esta arquitectura simplificada se basa en renunciar a prácticamente todos los elementos de tecnología avanzada que aparecían en la DRA 5.0 y apostar por un esquema más clásico que podemos resumir en los siguientes puntos:

• Tripulación de cuatro personas: si reducimos el número de astronautas de seis a cuatro, reducimos también los requisitos relativos a la seguridad, los víveres y, por lo tanto, la masa final de los vehículos.

• Nada de propulsión nuclear: la DRA 5.0 empleaba propulsión térmica nuclear (NTR) para mejorar la eficiencia de la misión. En esta misión simplificada se considera que el coste político y económico del desarrollo de este tipo de propulsión no merece la pena y se decanta por los propergoles químicos convencionales.

• No al hidrógeno líquido: los motores nucleares de la DRA 5.0 usaban hidrógeno líquido como propelente, muy eficiente en este tipo de propulsión. Sin embargo, mantener el hidrógeno en estado líquido durante meses es un desafío tecnológico de primer orden, por no mencionar el problema relacionado con el enorme volumen de los tanques. Si eliminamos los motores NTR, ya no hace falta emplear hidrógeno.

• Menor tiempo en la superficie: este esquema simplificado propone una misión tripulada cada cuatro años, mientras que la DRA 5.0 se basaba en expediciones tripuladas en la superficie separadas por intervalos de menos de un año. La menor frecuencia de misiones es una ventaja desde el punto de vista económico, aunque repercutiría negativamente en el retorno científico de la misión.

• Nada de aerocaptura para el hábitat de superficie: según la DRA 5.0, el hábitat de superficie (SHAB) debería emplear un enorme escudo térmico con forma de cuerpo sustentador para realizar una maniobra de aerocaptura. El nuevo esquema propone una reentrada directa con un escudo convencional en ambas naves de carga para reducir costes y tiempo. A cambio, el lugar de aterrizaje debería quedar prefijado antes del despegue, lo cual es factible teniendo en cuenta la resolución de sondas como la MRO. El vehículo de descenso DAV sí emplearía aerocaptura, pero su forma sería similar a la de una cápsula convencional y el escudo térmico para esta maniobra sería distinto al utilizado en la fase de reentrada final con tripulación.

• Aerofrenado para el MTH y el DAV: según la DRA 5.0, el hábitat de la tripulación (denominado MTV en la propuesta de la NASA) debería quedar en una órbita marciana circular al llegar a Marte usando motores nucleares térmicos. En este nuevo esquema, el MTH encendería sus motores para alcanzar una órbita elíptica -lo que requiere menos combustible- y usaría el aerofrenado para circularizar su órbita de forma similar a muchas sondas no tripuladas. El DAV también sería aerocapturado en la misma órbita elíptica, simplificando esta delicada maniobra.

Veamos las fases de la misión en detalle:

1. Primero partiría el hábitat de superficie (SurfHab), el cual aterrizaría sin tripulación en Marte. Debido a las limitaciones de masa, se debería mandar otro hábitat (Cargo Lander o Surface Power and Logistics Module) con carga (rovers presurizados, RTGs adicionales, etc.). Estas naves serían las únicas que emplearían hasta seis generadores de radioisótopos (RTGs) de plutonio en vez de paneles solares. El SurfHab y el SPLM serían lanzados por separado en 2028 (875 días antes del despegue de la tripulación) y aterrizarían un año después. En total serían necesarios seis cohetes Ares V (uno para cada hábitat y cuatro para las dos etapas EDS).

El hábitat de superficie podría ser hinchable.

1. El vehículo de descenso a la superficie marciana (DAV) es lanzado en 2030 sin tripulación hasta Marte mediante dos etapas de inserción transmarciana (EDS), donde realiza una maniobra de aerocaptura y permanece en una órbita elíptica a la espera de la tripulación. El DAV emplea dos etapas criogénicas EDS convencionales (hidrógeno y oxígeno líquidos) para realizar la maniobra de escape hacia Marte. El escudo térmico de aerocaptura es distinto al empleado para el descenso, para evitar así posibles accidentes. Serían necesarios tres Ares V.

Ruta del DAV.

1. La tripulación despega en una cápsula Orión en 2031 -mediante según sabe Dios qué cohete- y se acopla en órbita baja terrestre con el MTH y las dos EDS, lanzados previamente por tres Ares V (¿Ares V Lite?). Además de las EDS, el TMH incluye otra etapa con oxígeno líquido y metano (aunque también podrían usarse combustibles hipergólicos) para realizar el frenado en la órbita marciana y el encendido de vuelta a la Tierra al final de la misión. El TMH emplearía paneles solares y un pequeño módulo desechable (CCM) con víveres para uso en caso de emergencia.

Misión del TMH.

1. El MTH se acopla con el DAV en una órbita elíptica marciana y ambos vehículos realizan aerofrenado para circularizar la órbita.

Acoplamiento entre el DAV y el TMH.

1. La tripulación pasa al DAV y aterriza en Marte sin emplear paracaídas (ni tampoco airbags o ballutes). Durante aproximadamente un año, investigan Marte y viven en el SurfHab y emplean equipos del SPLM.

Reentrada y aterrizaje del DAV.

Perfil de reentrada y aterrizaje (EDL) del DAV.

1. Finalizada la misión en la superficie, la tripulación regresa a la órbita en la etapa de ascenso del DAV y se acopla con el TMH. Se separa el DAV y el módulo de emergencia y la nave pone rumbo a la Tierra.

Regreso a la Tierra.

Diagrama temporal de una misión.

Configuración de lanzamiento del Ares V para cada tipo de nave.

Distintos lanzamientos requeridos para una misión.

Estimaciones de coste de los elementos de la misión.

Lo más gracioso de esta «nueva propuesta» es que resulta prácticamente similar a muchísimas otras aparecidas en los últimos veinte años. Resulta especialmente llamativo la similitud de este esquema con las propuestas de viaje a Marte realizadas por la empresa rusa RKK Energía. En concreto, el hábitat transmarciano TMH es prácticamente similar a la estación interplanetaria MOK de la propuesta rusa. El propio artículo reconoce que «el TransHab sería similar al módulo Zvezdá de la ISS, aunque ligeramente más grande».

El MOK de RKK Energía (RKK Energía).

El diseño del DAV y los hábitat de superficie serían idénticos: una cápsula de 13 metros de diámetro con motores que harán uso de combustibles hipergólicos. No se emplearán paracaídas para simplificar el diseño. Aparte de la mención del uso de motores rusos, el diseño está claramente influenciado por el MEM de finales de los años sesenta.

Diseño del DAV con motores hipergólicos desplegables.

El clásico MEM de los años 60.

No está en mi ánimo criticar a los autores de este estudio, los cuales se han aplicado concienzudamente para crear una propuesta mucho más realista que la DRA 5.0 de la NASA. Sin embargo, muchos de los problemas del esquema original permanecen inalterados, siendo el punto más problemático el elevado número de lanzamientos requeridos para llevar a cabo una misión: en total harían falta nada más y nada menos que doce lanzamientos del cohete gigante Ares V. Esta cifra es incluso superior a los siete lanzamientos de la DRA 5.0 y constituyen el principal talón de Aquiles de esta propuesta. Además hay que tener en cuenta que esta propuesta se basa en un Ares V con capacidad para 170-190 toneladas en órbita baja, cuando en realidad la Comisión Augustine se decanta por un lanzador (Ares V Lite) de 140 toneladas, haciendo necesario incrementar el número de lanzamientos para esta propuesta. Por otro lado, no se entiende que los autores renuncien al empleo de tecnologías ISRU (In-Situ Resource Utilization), cuando precisamente la principal novedad respecto a la exploración tripulada de Marte en los últimos años ha sido la confirmación de la existencia de enormes cantidades de hielo de agua a poco centímetros bajo la superficie. Aunque el empleo de este hielo para generar combustibles criogénicos no está exento de problemas, obviamente sí que se podría usar fácilmente para producir agua y oxígeno.

En definitiva, estamos ante una misión interesante, pero que recuerda curiosamente a muchas propuestas de los años setenta. Está claro que si queremos viajar a Marte debemos agudizar aún más nuestro ingenio.