El primer aterrizaje en Marte

Marte, 2 de diciembre de 1971. Una estrella fugaz atraviesa el cielo marciano y se dirige a las cercanías del cráter Newton. Pese a su apariencia, el fenómeno no tiene nada de natural. Por primera vez en la historia, un ingenio fabricado por el hombre se dispone a aterrizar en la superficie del planeta rojo.


La Mars 3, el primer objeto fabricado por el hombre en aterrizar sobre Marte, el 2 de diciembre de 1971 (S. Ptisin/Novosti Kosmonavtiki).

La sonda, denominada Mars 3, había sido lanzada unos cinco meses antes -el 28 de mayo- y formaba parte de una misión mucho más amplia, la M-71, consistente en una pequeña flotilla de tres naves espaciales. Habían sido fabricadas por la oficina de diseño NPO Lávochkin, dirigida por Georgi Babakin, y su objetivo era increíblemente ambicioso: desentrañar los misterios del planeta rojo. De acuerdo con los planes iniciales, el programa M-71 debía incluir una nave M-71S y dos M-71P. Todas las sondas emplearían un orbitador del modelo 3M con un compartimento presurizado, pero las M-71P (posadka, “aterrizaje”) incluían además vehículos de aterrizaje  La M-71S (sputnik, “satélite”) debía llegar antes que sus hermanas con el fin de orbitar Marte y de esta forma recabar datos sobre la atmósfera del planeta y su superficie. Todavía existían muchas incógnitas acerca de este planeta, pero los científicos a cargo de la trayectoria de la misión debían darse prisa. Necesitaban los datos urgentemente para diseñar lo antes posible una trayectoria de entrada atmosférica óptima que permitiese el aterrizaje de las sondas M-71P sin problemas. Desgraciadamente, la M-71S no llegaría nunca a Marte. Después de un lanzamiento fallido, se desintegraría en la atmósfera terrestre el 10 de mayo de 1971.


Cohete Protón-K con la Mars 3 (Novosti Kosmonavtiki).

Pese a este contratiempo, las dos M-71P serían lanzadas con éxito el 19 y el 28 de mayo mediante sendos cohetes Protón-K (8K82K), aunque el mundo las conocería como Mars 2 y Mars 3. Las sondas tenían una masa total de 4650 kg, de los cuales 1210 kg correspondían al módulo de descenso. Siguiendo los inexorables designios de la mecánica celeste, la Mars 2 tendría antes la oportunidad de convertirse en el primer objeto humano que aterrizase en Marte. El 27 de noviembre de 1971 y a 46000 km del planeta, el vehículo de descenso de la Mars 2 se separa del bus 3M. 900 segundos más tarde enciende su motor para situarse en el corredor de entrada atmosférica. Todo parece en orden, pero cuatro horas y media después, cuando la sonda alcanza las capas exteriores de la atmósfera marciana, es evidente que la trayectoria no es correcta. El ángulo de entrada es demasiado pronunciado y la nave se desintegra mientras viaja a 5,8 km/s. Los restos alcanzarían la superficie del hemisferio sur del planeta (44,2º sur, 313º este). Aunque el bus de la Mars 2 se insertaría poco después en una órbita elíptica (1380 x 25000 km) alrededor de Marte, la misión había fracasado.




Nave M-71P. 1- motor de frenado TKDU; 2- antenas del magnetómetro; 3- módulo de instrumentos; 4- sistema de orientación; 5- antena del experimento francés STEREO; 6- antena de alta ganancia; 7- vehículo de aterrizaje; 8- radiadores; 9- panel solar; 10- toberas de los motores de actitud; 11- toberas de los motores de estabilización; 12- tanques del sistema de propulsión; 13- sistemas electro-ópticos del sistema de navegación; 14- antena de baja ganancia; 15- mecanismo electro-óptico de navegación. (NPO Lávochkin).


Nave M-71S. 1- sensores de determinación de la actitud; 2- módulo instrumental; 3- tanques del sistema de control; 4- magnetómetro; 5- antena del experimento francés STEREO; 6- antena de alta ganancia; 7- antena de baja ganancia; 8- tanques del sistemas de propulsión; 9- radiadores; 10 y 11- toberas del sistema de control; 12- panel solar; 13- sensor del sistema de navegación (NPO Lávochkin).




Aparato de descenso de las Mars-2 y Mars-3 (NPO Lávochkin).
 
Tras el fracaso de la M-71S y la Mars 2, ahora toda la responsabilidad para asegurar el éxito del programa M-71 recaía en la Mars 3. A diferencia de su hermana, el aparato de descenso no experimenta ningún problema durante su paso por la atmósfera. Aproximadamente cien segundos después de comenzar el frenado atmosférico y cuando la nave viaja a Mach 3,5, se abre el paracaídas piloto de 13 metros cuadrados, el cual tira a su vez del paracaídas principal. Éste es mucho más grande, con una cúpula de 140 metros cuadrados, lo que permitirá frenar la velocidad de descenso un poco más. Pese a todo, la atmósfera marciana es demasiado tenue para permitir un aterrizaje suave mediante el uso exclusivo de paracaídas. Dos segundos más tarde se desprende el escudo térmico de 3,2 metros de diámetro, dejando al descubierto la sonda de aterrizaje principal con una curiosa forma ovoidal. Casi al mismo tiempo se activa el radar de aterrizaje, que empieza a buscar desesperadamente señales del terreno marciano situado debajo de la sonda para determinar la altura del vehículo y decidir el momento exacto de separación de la sonda. A 16-30 metros de la superficie se encienden los cohetes de frenado de combustible sólido situados en las líneas del paracaídas, curiosamente, un sistema muy parecido al que emplearía la sonda Pathfinder en los años 90. Inmediatamente después se deja caer la sonda, la cual impacta contra el suelo a unos contundentes 75 km/h. Son las 13:50:35 UTC del 2 de diciembre de 1971 cuando la Mars 3 aterriza en el hemisferio sur del planeta (45º sur, 158º oeste). La humanidad había logrado alcanzar la superficie del planeta rojo por primera vez.


Trayectoria de entrada y descenso de la Mars 3 (Novosti Kosmonavtiki). 


Posible lugar de aterrizaje de la Mars 3 visto por la MRO (NASA).

Pese al fuerte impacto, la sonda sobrevive sin problemas. Está diseñada para hacerlo, ya que se halla rodeada por una capa exterior de plástico con un espesor de 20 cm que debe amortiguar el golpe de la caída de modo similar a la estructura de un casco de motociclista. La sonda, de 358 kg, está basada en el diseño de las naves Ye-6 (E-6) lunares que permitieron a la URSS llevar a cabo el primer alunizaje suave de la historia (Luna 9). El curioso diseño con pétalos permite a la sonda recuperar la verticalidad independientemente de la posición de aterrizaje. Los pétalos se abren, desplegando los instrumentos científicos y las antenas del vehículo. Justo en ese momento, el orbitador de la Mars 3 ya se encuentra en órbita marciana y sobrevuela la zona de aterrizaje, listo para captar la señal de la sonda y retransmitirla a la Tierra.



Trayectoria de las Mars 2 y Mars 3 (Novosti Kosmonavtiki).



Secuencia de descenso de las Mars 2 y 3 (NPO Lávochkin).





Sonda Mars 3 (NPO Lávochkin/NASA). 


Mars 3 en detalle: 1- altímetro radar; 2- parachoques inferior; 3- unidad de telemetría; 4- unidad de radio; 5- antenas; 6- sistema de radio; 7- unidades del sistema de radio; 8- instrumentos científicos; 9- cámaras estéreo; 10- mecanismo de cierre de los pétalos; 11-mecanismo de despliegue de los instrumentos; 12- instrumentos científicos; 13- aislante para control de la temperatura; 14- cubierta de protección térmica; 15- piromecanismo para elevar la sonda después del aterrizaje; 16- pétalos; 17- bolsa del parachoques; 18- cubierta aerodinámica; 19- parachoques superior; 20- mecanismo para la separación del parachoques; 21- electrónica de control; 22- baterías; 23- sensor de presión atmosférica (NPO Lávochkin).



Detalle del escudo térmico y la cubierta exterior de plástico (Novosti Kosmonavtiki).


Cámaras del aparato de descenso (Novosti Kosmonavtiki).

Los controladores de la misión se quedan gratamente sorprendidos cuando comienzan a recibir señales de la nave a través del orbitador. Contra todo pronóstico, la Mars 3 había logrado su objetivo. Pese a las enormes incertidumbres sobre los datos atmosféricos del planeta, la sonda había logrado aterrizar exitosamente, todo un logro tecnológico de primer orden. Lamentablemente, la alegría sólo duraría 14,5 segundos, el tiempo que transcurrió hasta el corte de la señal con datos científicos y telemetría. Nadie volvería a escuchar ninguna señal de la Mars 3. Entre los datos transmitidos a 72 kbps, se encontraban 79 líneas de televisión de las cámaras de 500×6000 píxels, muy similares a las empleadas en las sondas Ye-6 y Lunojod (Ye-8).

Durante décadas se ha discutido sobre si la breve señal de la Mars 3 era simple ruido o incluía los datos para generar una imagen del paisaje circundante. Aunque todavía existe cierta polémica, todo el mundo está de acuerdo en que, efectivamente, la Mars 3 logró transmitir una imagen del horizonte marciano, aunque con mucho ruido debido a una bajísima iluminación. Pese a su pobre calidad, es la primera imagen que tenemos de la superficie marciana. La mala suerte quiso que el primer artefacto humano que aterrizó en Marte lo hiciese en medio de una gigantesca tormenta de arena global con temperaturas inferiores a los -110º C. Parece ser que la tormenta no fue la causante directa de la pérdida de la Mars 3, sino la alta densidad de polvo en el aire. Con tanta partícula en suspensión, es muy posible que las antenas de la sonda canalizasen potentes descargas electrostáticas que frieron literalmente la electrónica de la nave.


La primera “imagen” de la superficie marciana cortesía de la Mars 3. Arriba se aprecia el horizonte inclinado (Novosti Kosmonavtiki).

La temprana muerte de la nave impidió el despliegue del primer vehículo diseñado para caminar por otro planeta, el PrOP-M (ПрОП-М, Прибор Оценки Проходимости – Марс). Se trataba de un pequeño marsojod de 4 kg que fue diseñado y construido en el tiempo récord de 18 meses por el instituto de investigación VNII Transmash de Leningrado. El PrOP-M debía ser colocado en la superficie por un brazo desplegable y estaba conectado a la sonda por un cable que le proporcionaba la energía eléctrica (unos 5W) necesaria. Sus dimensiones eran de 21,5 x 16 x 6 cm y se movía a la increíble velocidad de un metro por minuto. Incorporaba una rudimentaria inteligencia artificial que le permitía esquivar obstáculos al chocar contra ellos. Debía pararse cada metro y medio para efectuar pruebas de la consistencia y densidad del suelo marciano, pero, lamentablemente, sería el primer y último vehículo soviético en Marte. Por otro lado, y en contra de lo que afirman muchos mitos sobre el programa marciano soviético, todas las sondas Mars fueron esterilizadas antes del lanzamiento para evitar una posible contaminación por parte de microorganismos terrestres.




Vehículo PrOP-M (NPO Lávochkin/Novosti Kosmonavtiki).




El PrOP-M desplegado (NASA).

Desde ese 2 de diciembre de 1971 hemos aprendido mucho sobre el planeta rojo. Marte ya no es ese mundo enigmático y extraño repleto de misterios. Seis sondas norteamericanas han aterrizado en su superficie y algunas de ellas incluso se han atrevido a recorrer varios kilómetros. Sin duda, muchas más naves visitarán el planeta rojo en el futuro y puede que algún día no muy lejano los seres humanos caminemos por su superficie. Y cuando los exploradores del mañana encuentren finalmente los restos de la Mars 3 en las llanuras de Marte, recordarán que esta pequeña nave fue la primera en visitar un nuevo mundo.


Imagen de Marte transmitida por el orbitador Mars 3. El orbitador realizaría 20 vueltas alrededor del planeta, mientras que el Mars 2 daría 362 vueltas. (Don P. Mitchell).


Insignias transportadas hasta Marte por la Mars 3. Todavía siguen allí (Novosti Kosmonavtiki).

Referencias:

  • The Difficult Road to Mars, V. G. Perminov (NASA Monographs y Aerospace History, nº 15, 1999).
  • Proekt M-71, V. G. Perminov (Novosti Kosmonavtiki, nº1 2002).
  • Mars 2 y 3, NPO Lavochkin.

Vídeo sobre los primeros lunojod y marsojod:



27 Comentarios

  1. Cada entrada tuya es aprender historia y ciencia de forma entretenida, te leo desde el anonimato desde hace mucho!

    Sabias por cierto que tu entrada a coincidido con la finalización del simulacro Mars500 Landing de la Mars Society?

    Un saludo

  2. Yo viví de niño el aterrizaje de las Viking como los primeros en Marte. Que poco promocionan los Rusos sus logros… aunque sea un fracaso el llegar ya es un logro. Van a tener que contratar a una gitana para que les quite el mal de ojo con Marte.

  3. Buena historia para recordar. El video es interesante, muestra lo avanzados que estaban la URSS en la tecnología de rovers. Esperemos que esa inventiva no se allá perdido.

  4. Un artículo genial como siempre. Los rovers del video son sinceramente sorprendentes para la época, son ideas mias o en concepto de movilidad son superiores a (por ejemplo) el Spirit y opportunity?

    Salu2

  5. Se me agotan los calificativos, Daniel. Este blog es algo único, y tú eres uno de los mejores divulgadores de ciencia que conozco, con diferencia. Gracias una vez más por este torrente de conocimientos tan bien contados.

  6. Una entrada muy interesante sobre una de mis misiones espaciales favoritas. De todas formas, aquí se puede ver la gran carencia del programa espacial soviético: Sus naves eran resistentes pero poco flexibles. Si la Mars 3 hubiese podido esperar unas semanas a lanzar su aterrizador -como hicieron las Viking en 1976- la misión se pudiese haber culminado con éxito, dado que entonces se hubiese disipado la tormenta de arena.
    Respecto a la imagen que envió el aterrizador,tengo serias dudas sobre que represente la superficie de Marte, debido a que el supuesto horizonte que se vislumbra no es más que una línea plana.
    De todas formas, esto no le quita mérito a la misión, debido a las precarias condiciones en las que tubo que realizarse.

  7. @Miguel Yo soy un poco más viejo pero me enganché con un librito que regalaba “La Caixa” donde venían fotos de las Viking y las Voyager a doble página y todo color.

    Hasta donde yo sé, fue una publicación que no tuvo parangón hasta que mucho años después se empezaron a publicar enciclopedias de astronáutica.

    Un saludo,
    Pere.

  8. Al ver la primera de las imágenes del rover que incluyes en el post me he quedado realmente sorprendido por lo que me han parecido unas piezas hechas en fibra de carbono (los “esquís” del ingenioso sistema de desplazamiento). Daniel, ¿sabes si realmente estas piezas son de carbono?. Estamos hablando del año 1971 y me parece algo técnicamente espectacular.

    El post y, en general, tu blog … como siempre … fascinantes. Gracias.

    1. Me parece buena idea en 2019 que te leo, unos drones en Marte seria alucinante aunque deberian tener mas potencia por ser su oresion mas baja que en la tierra..

  9. Bajo la influencia americana, mis libros “de toda la vida” contaban bien poco de la Mars-3. Que llegó y duró unos segundos, apenas. Sin ti, al relato de la cosmonáutica en español siempre le faltarían páginas.

  10. ¡Gracias por los comentarios!

    @Anónimo1: efectivamente, las Mars estaban limitadas desde el punto de vista de la masa de la nave y no podían entrar en órbita de Marte antes de soltar la cápsula con el lander. Si hubiesen usado un cohete más potente que el Protón (o un bus mucho más ligero) se podría haber planteado esta posibilidad.

    @vlosada: pues no te lo puedo confirmar. He mirado varias referencias, pero me temo que no son determinantes. A ver si alguien puede aportar algo más sobre el tema.

    Un saludo.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 12 febrero, 2011
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Marte • Rusia • sondasesp