A Marte con el Ares V 2.0

Por Daniel Marín, el 4 diciembre, 2009. Categoría(s): Astronáutica • Marte • NASA ✎ 16

En enero de 2007, la NASA ordenó al MAWG (The Mars Architecture Working Group) desarrollar la última versión del programa para una misión tripulada a Marte. Esta propuesta se conoce como Mars Design Reference Architecture 5.0 (DRA 5.0) y el pasado abril pudimos ver un adelanto en este blog basado en el borrador de 31 páginas. Pues bien, vía Hyperbola me entero de que ya podemos acceder al documento final completo, de cien páginas, al cual debemos añadir un anexo muy detallado (¡de 406 páginas!) y un resumen presentación.

El objetivo de la DRA 5.0 es concebir los sistemas y operaciones que serían necesarios para llevar a cabo las tres primeras misiones tripuladas a Marte. Estas misiones tendrían lugar en oportunidades de lanzamiento consecutivas. La arquitectura elegida podrá ser la base de una presencia permanente en el planeta rojo si existe la voluntad política para ello, pero el informe se centra en sólo tres misiones para simplificar el estudio de la gestión del proyecto.


Objetivos primarios de una misión a Marte (NASA).

En su momento ya describimos el borrador de la DRA 5.0 en detalle, pero podemos recordar que esta propuesta se basaba en tres tipos de naves lanzadas mediante el Ares V: SHAB (Surface Habitat), DAV (Descent/Ascent Vehicle) y MTV (Mars Transit Vehicle).


El MTV (arriba) y los dos vehículos no tripulados (SHAB y DAV) dentro de su cofia para aerocaptura (NASA).


El MTV (NASA).


Análisis de los vehículos tripulados (NASA).


Detalles del SHAB (NASA).

Todos los vehículos usan etapas de propulsión nuclear térmica (NTR) con hidrógeno líquido. El SHAB y el DAV, junto con sus respectivas etapas de escape, son ensamblados en LEO mediante acoplamientos automáticos y parten hacia Marte en 2035, dos años antes que la primera misión tripulada. Ambas naves realizarán aerocaptura y entran en órbita marciana. El DAV descenderá a la superficie, pondrá en marcha su reactor nuclear y empezará a sintetizar el combustible de la etapa de ascenso. Dos años después, la tripulación de seis personas se montará en una Orión modificada (la versión actual sólo puede llevar a cuatro personas) y se acoplará en LEO al MTV, para poner luego rumbo a Marte. El MTV entraría en órbita marciana usando motores NTR y la tripulación pasaría al SHAB, en el cual descenderían hasta el lugar de aterrizaje del DAV. Tras realizar su misión de año y medio, se montarían en el DAV y se acoplarían al MTV, el cual se dirigiría finalmente a la Tierra.


Esquema de la DRA 5.0 (NASA).


Esquema temporal de la DRA 5.0 (NASA).


Trayectoria de ida (izqda.) y durante la estancia en Marte (NASA).

Si en el resumen que pudimos ver hace ocho meses se sugería que eran necesarios siete lanzamientos del Ares V como mínimo, en el informe final podemos apreciar en toda su magnitud la dificultad de la misión, ya que especifica que se necesitarían nueve lanzamientos de este cohete gigante, una cifra sin duda apabullante.


Detalles de la masa de los vehículos (izqda.) y los lanzamientos necesarios para completar la misión (dcha.).

El informe se encarga de analizar de forma exhaustiva todas las fases de un viaje tripulado a Marte y las tecnologías implicadas. Además, y esto es una novedad en este tipo de documentos, estudia en detalle las principales zonas de aterrizaje desde el punto de vista del retorno científico, así como las mejores estrategias para explorar el planeta rojo. En concreto, se favorece una misión que emplee dos rovers no presurizados y otros dos presurizados para poder maximizar la exploración, teniendo además en cuenta que un astronauta con su traje espacial puede recorrer un máximo de viente kilómetros. Se pone especial énfasis en las medidas para poder evitar la contaminación biológica del planeta rojo y, a la inversa, que la tripulación pueda verse expuesta a posibles microbios marcianos.


El SHAB en Marte llevaría cuatro rovers para que la tripulación explorase la superficie (NASA).


Posibles zonas de aterrizaje (NASA).



Concepto de satélite “areostacionario” para comunicaciones continuas con la Tierra (NASA).


Posibles fuentes de energía para la superficie marciana: solar, reactor de fisión o RTGs (NASA).

El uso de propulsión nuclear en este programa ha sido una de las tecnologías más criticadas, pero la NASA considera que es necesaria, no tanto para reducir el tiempo de la misión, sino como para minimizar la masa de los vehículos. El informe estudió a fondo la posibilidad de emplear propulsión química criogénica, en la que cada etapa TMI (Trans-Mars Injection) emplearía cinco motores RL10-B2.



Los vehículos de la DRA 5.0 con propulsión química criogénica (NASA).

Sin embargo, la penalización en la masa de los vehículos frente a la opción nuclear hubiese sido tremenda: doce lanzamientos del Ares V en vez de nueve, como podemos ver en la siguiente tabla:


Análisis de la DRA 5.0 con propulsión química (NASA).


Comparativa de las masas de los vehículos según se use propulsión nuclear o química (NASA).

Obviamente, la opción química palidece ante las ventajas del empleo de NTR. Las etapas TMI con propulsión nuclear térmica usarían motores tipo NERVA con 110 kN y un impulso específico de 875-950 segundos, algo tecnológicamente fácil de desarrollar. Otra cuestión muy distinta sería crear los sitemas para mantener en estado líquido durante meses el hidrógeno empleado por estos motores, ya que se trata de tecnologías que no existen en la actualidad.


Concepto de TMI nuclear (NASA)




Bonitas imágenes de la integración de los vehículos no tripulados dentro de su cofia de aerocaptura con el Ares V (NASA).

Justamente la semana pasada veíamos una alternativa “barata” a la DRA 5.0 en la que se ponían de manifiesto algunos de los problemas de esta iniciativa de la NASA. Desgraciadamente, estos problemas siguen presentes en el informe final, pese a que el estudio es realmente impresionante en su minuciosidad. Si tenemos ánimo para leernos las más de 500 páginas de los distintos documentos, podremos apreciar que estamos ante una propuesta seria, lo cual es quizás más deprimente aún. Porque, pese al esfuerzo, la NASA no ha conseguido desarrollar una arquitectura de viaje a Marte que sea política y económicamente viable, y menos aún tras el informe de la Comisión Augustine.

Hay que recordar que, además de los nueve lanzamientos del Ares V por misión, la DRA 5.0 necesitaría nuevas instalaciones en el Centro Espacial Kennedy para manejar el incremento de lanzadores usados en la misión.



Nuevas instalaciones para el Ares V: offline stacking facility (arriba) y vertical integration facility (abajo) (NASA).

Por si fuera poco, la DRA 5.0 considera que incluso el Ares V es un lanzador “limitado” para los objetivos de una misión a Marte y sugiere que la NASA debería desarrollar vehículos aún más potentes, toda una fantasía en la actual NASA post-Augustine.


Ciencia ficción: versiones más potentes del Ares V (NASA).

Uno tiene la impresión al leer esta propuesta que la NASA intenta matar moscas a cañonazos y, siguiendo su estilo habitual, quiere suplir la falta de imaginación con la fuerza bruta. En vez de apostar decididamente por tecnologías revolucionarias (ISRU, propulsión iónica, etc), se emplean algunos sistemas relativamente novedosos (propulsión nuclear, aerocaptura, etc.) en una arquitectura por lo demás bastante conservadora. Por ejemplo, no entiendo que no se aprovechen las enormes reversas de hielo bajo la superficie marciana o que no se reduzca la tripulación a cuatro personas. Desgraciadamente, las posibilidades de que la agencia norteamericana logre hacer realidad esta misión son ahora mismo nulas. Lo que sí está claro es que el estudio DRA 5.0 permanecerá como una referencia indiscutible para futuras propuestas de misiones tripuladas a Marte durante las próximas décadas. Una vez más, deberemos seguir esforzándonos si queremos concebir una pripuesta viable.



16 Comentarios

  1. Hufff. Nueve lanzamientos de un “pedazo de cohete” que no ha sido ni fabricado aún.
    Me parece que 😮 aparece una nueva tecnología que lleve las masas a LEO con poco gasto y recursos (ya te lo he comentado alguna vez con fantasía)…o cuando llegue un hombre a marte:
    a- estare muerto.
    b- seré muyyyy viejecito. Igual ni veo más allá de un metro.
    Por cierto , Daniel, no recuerdo si te he preguntado esto, alguna vez, pero se me viene a la cabeza y lo suelto.
    ¿Y una misión internacional amparada en el proyecto Estación INternacional?
    Distribución de astronautas:
    un europeo,un japones o chino (que se peleen verbalmente), un ruso, un europeo (que se peleen verbalmente), un americano(de EEUU) y un indio.
    Una misión internacional hacia marte de todas las agencias que ,en este momento, están implicadas en proyectos espaciales de cierta magnitud y cierto “gasto intenso”.

    Un saludo.

  2. Hola Daniel.

    Me gustaría saber si el motor VASIMR cumple con los requerimientos técnicos para transportar las masas propias de este tipo de misiones. Y si es que los cumple, en qué momento crees tú que el motor VASIMR empezará a ser considerado como una opción viable de propulsión espacial.

    Si no me equivoco, todavía queda por resolver el polémico tema de lanzar reactores nucleares al espacio. Pero tengo la impresión que la única forma que el tema se resuelva de forma favorable para la exploración espacial, es que se empiece a ejercer presión desde la NASA y otras instituciones científicas de prestigio.

    Y respecto a la pregunta que hace Constantino, me da la impresión que tal emprendimiento internacional es muy improbable debido a que una de los principales motivaciones de la exploración humana de marte, es el prestigio nacional asociado a ello. Me pregunto yo cómo se decidiría el orden en que los astronautas tocarían la superficie marciana?

    Un saludo.

  3. Exelente articulo Daniel…

    Modestamente, sigo insistiendo en que la propuesta mas factible es la de los remolcadores inter-orbitales de los rusos…. mas ahun si se materializa la union entre Lockheed martin, Mitsubishi, Energia y Astrium en pro del programa espacial de rusia para el 2040!!!!!

    Un saludo….

  4. Hola Daniel, tengo una idea bastante loca, no se si sea factible pero estuve pensándola desde hace meses, hipotéticamente, se podría hacer detonar bombas termonucleares en la atmósfera de Marte, y elevar unos 8 ó 10 grados la atmósfera y así empezar a sublimar algunos compuestos para darle masa a la atmósfera, después, ya que la temperatura sea algo más amigable, liberar colonias de bacterias que puedan, mediante procesos biológicos, liberar una parte del óxido de hierro en oxígeno y darle una pequeña “terraformación” lo suficientemente grande como para hacer que el clima sea más amigable como para otras especies. ¿Será factible en unos 100-200 años? Sé que está loca la idea, pero la encuentro un poco original.
    Saludos
    LuisFer

  5. Constantino: me ha gustado tu propuesta de distribución de nacionalidades en una misión a Marte: sería cuanto menos curioso. La NASA renegaba en el Programa Constellation de cualquier participación internacional debido a la “mala” experiencia de la ISS. Con lo de mala no me refiero a los resultados (sin Rusia no habría existido la ISS), sino que los EEUU dejaron de tener un control total sobre un proyecto en el que eran los principales inversores. Ahora que el Programa Constellation se ha ido a pique, creo que una misión tripulada a Marte será internacional o no será.

    FRANCHUTE: siempre he pensado que el VASIMR es muy interesante, pero como bien apuntas, es un concepto que está “atrapado” en la espiral de la energía: cuanto más masiva sea la nave, más potente deberá ser el motor y por tanto, mayor será el reactor nuclear para alimentarlo. El problema de los reactores nucleares espaciales es que son poco eficientes (no se puede mandar una turbina al espacio) y eso provoca que la masa de un reactor se dispare con los requisitos energéticos. Luego está el tema de la fiabilidad y robustez de este tipo de motor, algo que está aún por demostrar y que sería clave para usarlo en una misión tripulada. Creo que hasta que no se hagan pruebas en órbita con prototipos relativamente potentes no sabremos si el VASIMR es una opción realista para este tipo de misiones.

    Julio: la propuesta de unión es, por lo que he leído, más bien una bonita declaración de intenciones que otra cosa, pero bueno, por algo se empieza. Espero que fructifique en algo.

    LusFer: la idea es teóricamente factible, ahora bien, no creo que se consiga en 100-200 años. Más bien ponle 500-1000 años, aunque puedo estar equivocado (los modelos climáticos marcianos son aún más ambiguos que los terrestres y además no soy un experto en el tema). Eso sí, ya puestos a pensar a lo grande, yo no usaría armas nucleares (la contaminación radiactiva no sería muy agradable), sino pequeños asteroides, como en la saga de novelas Marte Rojo. En todo caso, hoy por hoy esto es obviamente ciencia ficción.

    Un saludo.

    1. Saludos y felicitaciones por toda esta información, que a los mas neófitos nos bienes muy bien, los comentarios aunque algunos puedan parecer absurdos… también me agradan pues te hacen pensar… para bien y para mal, algo te enseñan… Mi comentario va al tema de la vida a marte… es un tema tanto en el campo de la ingeniería la cual profeso… como en el campo bioquímico… tema que me apasiona… y el tema es… se ha hablado mucho de proyectos tipo GENESIS, terraformaciones, etc. pero hay que pensar en primer grado…. que si Marte tuvo en algún momento atmósfera …porque no la tiene actualmente… una de las conjeturas y para mi la mas acertada, es que debido a su baja gravedad… esa atmósfera primigenia se fue disipando… entonces mi conjetura… si creamos atmósfera por nuestra cuenta…. cuanto tardara en crearse y lo mas problemáticos… cuanto tardara de nuevo en disiparse.

  6. Hola Daniel, soy Horacio de Argentina, tengo algunas dudas, la NASA presenta ésta detalladicima propuesta para un viaje tripulado a Marte y la Casa Blanca aún no a presentado ninguna decición sobre el programa Contellation????
    ¿Se sabe si Obama ya decidó o no el futuro de la NASA?
    ¿Por que la NASA anuncia con bombos y platillos ésta iniciativa de viaje a Marte?
    La verdad que no entiendo, para que formular como sería semejante viaje si ni siquiera saben si pueden ir más halla de la orbita baja terrestre.
    Me puedes aclarar este tema??????? desde ya muchas gracias, saludos.

  7. Hola Horacio: tienes razón en que resulta paradójico que la NASA publique la DRA 5.0 justo cuando está a punto de liquidar el Programa Constellation tal y cmo fue concebido hace unos años. Pero por otro lado, yo no diría que la NASA haya anunciado a bombo y platillo esta iniciativa. Más bien lo contrario, ya que a los documentos de la DRA 5.0 no se les ha dado mucha publicidad (más bien ninguna).
    Todavía no se sabe cuándo Obama planea comunicar el futuro de la NASA de acuerdo con las recomendaciones de la Comisión Augustine. Debería haberlo hecho ya, pero parece que esperará a la navidad.

    Un saludo.

  8. He hojeado un poco el tocho, y si que apuesta decididamente por Uso de Recursos In Situ ( ISRU ), muy parecido al Mars Direct de Zubrin. Lo de las 6 personas es por razones sicológicas, pensadlo.

    A mí me parece que estamos desaprovechando un recurso que ya está ahí: Fobos. Es más fácil llegar a Fobos que a la Luna. Y con base en Fobos y los Marsat, la supervision del ISRU sería mucho más sencilla, podría hacerse casi en tiempo real.

    También echo de menos el VASIMR…

  9. Ah ! Y menciona la posibilidad de una tripulación multinacional. ¡¡ Incluso menciona la posibilidad de un astronauta del “tercer mundo” !!

    Estos yankees ya no son lo que eran… 🙂

  10. Tras mirar este proyecto me vino a la mente esta frase de Robert Heinlein:
    “Elefante: mosca diseñada según especificaciones del Gobierno”
    Los miembros de NASA que hicieron esto son empleados públicos, y todo este trabajo es para que sigan cobrando el sueldo. Nada que ver con otras épocas, donde NASA tenía un proyecto y un sentido.
    NASA tiene méritos y gente capaz, pero sin proyectos, objetivos y un sentido no podemos pretender gran cosa. Como viene la cosa con Obama, en poco tiempo no podremos pretender NADA. El talento para mí está en Rusia y podemos agregar China, pero hay que asignarles fondos y tiempo.
    Quisiera saber Daniel si tienes acceso a proyectos rusos sobre este tema, para poder comparar. Si me imagino lanzadores Energía y la capacidad de los ingenieros rusos tendríamos una misión más realista, posible y barata.

  11. Hola Jorge. Perdón por la tardanza en la respuesta. Hay proyectos rusos parecidos, pero el problema es que Rusia carece de un lanzador gigante (la línea de montaje del Energía no se puede resucitar). Una pena.

    Saludos.

  12. Mi propuesta es sustituir el DAV (Descent/Ascent Vehicle) por el MSM (Martian Settlement Module). Dos lanzamientos son suficientes. Luego, se puede ir lanzando un MSM cada año e ir ampliando la capacidad del “Fuerte Navidad”.

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Por Daniel Marín, publicado el 4 diciembre, 2009
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