Si todo marcha según lo previsto, el próximo día 7 de noviembre a las 20:16 UTC despegará desde el cosmódromo de Baikonur la sonda rusa Fobos-Grunt (Фобос-Грунт) con destino a Marte. Aunque se trata de un proyecto mucho más modesto que otras sondas marcianas de la NASA, como por ejemplo el rover MSL Curiosity, esta misión resulta clave para el programa espacial ruso. Por un lado, porque es la primera sonda interplanetaria que lanza Rusia en quince años desde el fracaso de la Mars 96. Y por otra parte, porque la mayor parte de propuestas actuales de sondas rusas hacen uso de tecnologías desarrolladas para esta nave. No es exagerado decir que el futuro del programa planetario ruso depende del éxito de esta misión. Sea como sea, Fobos-Grunt (o Phobos-Grunt, «Fobos-muestra» en ruso) es una misión apasionante, porque si logra cumplir sus objetivos, en agosto de 2014 podremos ver la llegada a la Tierra de una cápsula con 200 gramos de muestras procedentes de la superficie de la mayor luna de Marte.

El proyecto Fobos-Grunt nació a mediados de los años 90, justo después del desastre que supuso la pérdida de la Mars 96. Por entonces, la empresa NPO Lávochkin -fabricante de todas las sondas interplanetarias soviéticas y rusas- y el IKI (Instituto de Investigaciones Espaciales de Rusia) se plantearon el reto de crear una nueva familia de naves de nueva tecnología. Fobos-Grunt sería la primera misión rusa que no estaría basada directamente en un diseño soviético, aunque obviamente emplearía elementos creados para las misiones Fobos 88 y Mars 96. El objetivo de la sonda sería Fobos, el mayor satélite de Marte. Pero a diferencia de misiones anteriores, Fobos-Grunt no se limitaría a estudiar esta luna, sino que se posaría en su superficie para recoger entre 400 y 500 gramos de muestras. Posteriormente, el regolito de Fobos se enviaría a la Tierra para ser analizado en detalle. Fobos-Grunt se convertiría así en la quinta misión que obtendría muestras de la superficie de otro mundo, después de las sondas Luna-16, Luna-20, Luna 24 y Hayabusa.

En un principio, la nave debía haber despegado mediante un cohete Soyuz-2, lo que hubiese obligado a introducir una novedosa etapa de propulsión iónica para compensar la limitada capacidad de este lanzador. No obstante, ante la imposibilidad de reducir la masa del vehículo, en 2007 se reformó el proyecto y se decidió emplear un cohete Zenit, bastante más capaz que el Soyuz, aunque menos potente que el Protón. El uso del Zenit permitió prescindir de la compleja etapa iónica, aunque se redujo la cantidad de muestras a 200 gramos. Posteriormente, y como fruto de las conversaciones con China, en 2008 se introdujo en el proyecto la minisonda Yinghuo-1 (YH-1 o 萤火一号). La YH-1 viajaría a Marte dentro de una estructura situada entre la etapa propulsiva Fregat y la sonda propiamente dicha. Fobos-Grunt debía haber despegado en 2009, pero su lanzamiento fue retrasado dos años para dar más tiempo al desarrollo del software del sistema de control y la verificación de varias partes de la nave.

Fobos-Grunt tendrá una masa al lanzamiento de 13500 kg, incluido el combustible y 50 kg de instrumentos científicos. Estará dividida en cuatro partes:

• Etapa propulsiva (MDU, Маршевая Двигательная Установка): es la encargada de efectuar las maniobras cruciales para abandonar la órbita terrestre y alcanzar la órbita marciana. Su diseño está basado en la etapa superior Fregat-SB y tiene una masa en seco de 735 kg. Es capaz de transportar hasta 7150 kg de combustibles hipergólicos y empleará un motor principal de 19,78 kN de empuje.

• Módulo de vuelo o Flagman (PM, Перелетный Модуль): es la sección principal de la sonda con los paneles solares, la mayor parte de instrumentos científicos y el tren de aterrizaje. Tiene una masa en seco de 350 kg y podrá transportar hasta 1050 kg de combustible. El motor principal tiene un empuje de 1,53 kN. Para analizar y recoger muestras, la etapa de vuelo PM va dotada de un brazo robot (GZU) y un sistema de transporte de muestras hasta la cápsula (GPU).

• Etapa de regreso (VA, Возвращаемый Аппарат): con una masa de 139 kg al vacío más 135 kg de combustible, será la encargada de despegar desde la superficie de Fobos con la cápsula de muestras. El motor principal tiene un empuje de 124,6 N y está dotada de paneles solares con una superficie de 1,4 metros cuadrados.

• Cápsula (SA, Спускаемый Аппарат): tiene una masa de 7 kg y un volumen de 100 centímetros cúbicos. La cápsula incluye el experimento LIFE con microbios terrestres «desactivados» para estudiar los efectos de la radiación sobre la vida en el medio interplanetario.

Fobos-Grunt despegará desde la rampa PU-1 del Área 45 del cosmódromo de Baikonur mediante un Zenit-2FG y se situará en una órbita baja con una inclinación de 51,4º. Durante 2,5 horas (1,7 vueltas a nuestro planeta), la sonda seguirá una trayectoria pasiva. El primer encendido de la etapa MDU elevará el apogeo de la órbita hasta los 4520 km, mientras que el perigeo permanecerá en los 237 km. Tras la separación del depósito de combustible adicional de la etapa propulsiva, el vehículo completará una órbita entera antes de volver a encender el motor principal para alcanzar la velocidad de escape rumbo a Marte. Dependiendo de la fecha precisa del lanzamiento, el vuelo hasta el planeta rojo tendrá una duración de 302-310 días. Durante esta fase, la sonda realizará varias maniobras de corrección y se comunicará con la Tierra mediante las estaciones rusas de espacio profundo Ussuriysk y Medvezhi Ozyora. La primera corrección se efectuará entre los 5 y los 10 primeros días de vuelo y tendrá una Delta-V estimada de unos 85 m/s. La segunda corrección tendrá lugar 65 días después del lanzamiento, con una Delta-V de 10 m/s. La tercera y última corrección se llevará a cabo dos o cuatro semanas antes de llegar a Marte y tendrá una Delta-V de 35 m/s. Al alcanzar el planeta rojo, el error en la trayectoria no debe superar los 400 km en el periastro.

En verano de 2012 (entre el 25 de agosto y el 26 de septiembre), la sonda sobrevolará Marte a una distancia mínima de 400-1200 km con una inclinación de 20º-36º y una velocidad de 2,8 km/s. El motor de la etapa MDU se encenderá durante 2,2 minutos para situar la Fobos-Grunt en una órbita inicial altamente excéntrica con un periastro de 400-800 km, un apoastro de 79000 km y un periodo de tres días. La Delta-V de esta maniobra crucial alcanzará los 945 m/s. Tras realizar una o dos correcciones orbitales menores, la etapa MDU se separará de la nave 10-15 después de la inserción orbital. Poco después se desplegará la sonda china Yinghuo-1 de tal forma que su periastro no supere los 1000 km.

En diciembre de 2012, la sonda usará el motor de la etapa PM para elevar su periastro hasta los 9910 km y cambiar la inclinación de tal forma que coincida con el plano orbital de Fobos. Para ello, el motor de la Fobos-Grunt deberá funcionar durante 4,8 minutos. Durante este encendido, la Delta-V alcanzada será de 220 m/s. Posteriormente se procederá a situar la nave en una órbita circular de 9910 km -unos 535 km por encima de la órbita de Fobos- con un periodo de 8,3 horas gracias a un encendido de 12,3 minutos y una Delta-V de 705 m/s.

Desde esta órbita de observación, la sonda efectuará el seguimiento de Fobos y realizará las correcciones orbitales necesarias para preparar el encuentro con el satélite entre enero y febrero de 2013. De este modo, la distancia mínima entre la sonda y Fobos será de 50-130 km. El acercamiento final se llevará a cabo mediante dos encendidos de 45 y 20 m/s en un periodo de dos días, aunque se cree que serán necesarias algunas correcciones adicionales con una Delta-V de 1-2 m/s. Finalmente, la sonda quedará situada en una órbita de 300-350 km sobre Fobos.

El aterrizaje en Fobos está planeado para febrero de 2013, aunque el descenso hacia la superficie será una maniobra muy complicada. Debido a las irregularidades del campo gravitatorio de Fobos y a la lejanía de la Tierra, la sonda deberá efectuar esta fase de forma completamente autónoma usando los datos proporcionados por un radar Doppler y un altímetro láser. Durante el descenso, el ángulo entre la nave, Fobos y el Sol deberá ser de 20º-70º, mientras que la velocidad de aterrizaje será de 1,5-2 m/s. Tras analizar la superficie de la luna, la sonda comenzará a recoger los 200 gramos de muestras para guardarlas en la pequeña cápsula de la etapa superior.

La ventana de lanzamiento para el retorno de muestras a la Tierra se mantendrá desde el 3 al 23 de septiembre de 2013. El viaje de retorno tendrá una duración de 11-11,5 meses, estimándose que la llegada a la Tierra de la cápsula con muestras tendrá lugar entre el 15 y el 18 de agosto de 2014. Para ello, la etapa superior deberá realizar una serie de maniobras muy similares a las efectuadas en la etapa inicial de la misión, pero al revés. En total, la etapa superior con las muestras tendrá que llevar a cabo 15 encendidos de su motor para poder dirigirse a la Tierra. La primera maniobra, el despegue desde Fobos, está previsto que tenga lugar entre abril y agosto de 2013. Primero, la etapa superior se separará del PM y ascenderá con una velocidad de 1 m/s para no dañar al resto de la sonda. 50-60 segundos más tarde, encenderá de nuevo su motor durante 16 segundos para alejarse de Fobos a 10 m/s. Unos mil segundos después, la etapa superior se encontrará a 10 km de Fobos y procederá a orientarse con el Sol, momento en el que encenderá su motor durante 32 segundos para aumentar la velocidad a 20 m/s, situándose así en la primera órbita intermedia para regresar a casa.

Si todo va bien, la cápsula reentrará en la atmósfera terrestre a 12,1 km/s y con un ángulo de ataque de 33º-45º. Para reducir la masa de la nave, la cápsula no va equipada con ningún sistema de paracaídas, por lo que se estrellará contra el suelo en Sary-Shagan, Kazajistán (46º 15′ N, 72º 10′ E), con una velocidad terminal de descenso cercana a los 70 m/s. La zona de caída tendrá forma elíptica con un semieje mayor de unos 30 km como máximo.

Sin duda, y debido a su complejidad, la fase de retorno es la más delicada de toda la misión y las probabilidades de que algo vaya mal son bastante elevadas. De todas formas, la agencia espacial rusa y el IKI consideran que la misión podrá considerarse un éxito total si logra posarse en Fobos. 

Ciertamente, Fobos-Grunt es una misión realmente arriesgada, pero está claro que desvelar los secretos que guarda la mayor luna de Marte es un desafío que merece la pena. Buena suerte, viajero. 

Apéndice: los instrumentos científicos de Fobos-Grunt.