Cómo aterrizar una nave tripulada en Marte

Mientras lees estas líneas, un robot de casi una tonelada se desplaza por la superficie de Marte. Hacer aterrizar un vehículo móvil de semejante tamaño en otro planeta no es fácil. De hecho, la NASA tuvo que inventar un sistema de aterrizaje completamente nuevo denominado Sky Crane para poder enviar a Curiosity hasta el planeta rojo. Este sistema -consistente en descolgar al rover desde una etapa propulsora situada en su parte superior- permite prescindir de la masa ‘inútil’ del tren de aterrizaje, que en este caso son las propias ruedas de Curiosity. Pero la maniobra Sky Crane no es la panacea y de hecho es inservible en el caso de una nave marciana tripulada.

¿Cómo podemos poner una nave tripulada en la superficie marciana? (NASA).

Si hacer aterrizar en Marte un robot de 900 kg es todo un reto tecnológico, ¿acaso es posible situar en su superficie un vehículo tripulado de más de cuarenta toneladas? Pues lo creas o no, se puede hacer. Veamos cómo.

Se suele decir que Marte es el mundo rocoso del Sistema Solar en el que resulta más complicado aterrizar. A diferencia de la Luna, no es posible descender únicamente con motores cohetes, ya que la presencia de una atmósfera obliga a incorporar un escudo térmico. Pero la atmósfera marciana es muy poco densa y resulta imposible aterrizar empleando únicamente paracaídas como en la Tierra o Venus. En definitiva, para posarte en el planeta rojo necesitas una combinación de escudo térmico, paracaídas y cohetes, y hasta puede que algún sistema adicional, como es el caso de airbags. Todo muy engorroso y complejo.

La atmósfera marciana es muy tenue (NASA).

En principio, uno se puede preguntar cuál es el problema. Si hemos puesto Curiosity en Marte, ¿por qué va a ser más difícil hacer lo propio con una nave tripulada? Sólo hay que dotarla de paracaídas más grandes, escudos térmicos de mayor tamaño y ya está, ¿no? Pues no, no es tan sencillo. Las tecnologías actuales únicamente permiten el inflado de paracaídas o el encendido de cohetes dentro de un cierto margen de velocidades. Si intentamos usarlas con una nave tripuladas el resultado será un bonito cráter creado al chocar nuestra nave contra el suelo del planeta rojo a Mach 2,5.

Para entender dónde reside la dificultad del asunto, lo mejor es ver la siguiente gráfica en la que se compara el perfil de velocidades con respecto a la altura para una entrada en la atmósfera terrestre (línea azul) y otra en Marte (línea negra):

Merece la pena prestar atención a esta gráfica, porque nos da mucha información. El que la línea negra esté más pegada al eje x indica que una nave que intente aterrizar en Marte presentará una velocidad muy elevada hasta unos pocos kilómetros sobre la superficie, momento en el cual se deben usar cohetes si no queremos estrellarnos. Las sondas automáticas de pequeño y mediano tamaño pueden seguir esta línea sin muchos problemas, pero la cosa cambia para una nave de grandes dimensiones.

El perfil de entrada de una nave como Curiosity está en el límite de lo posible con tecnologías actuales (NASA).
Para una nave tripulada de 40 toneladas o más, la tecnología actual no lograría evitar que nos estrellásemos contra la superficie a Mach 2,5 (NASA).

Existen tres posibles nuevas tecnologías que podemos introducir para hacer realidad una misión tripulada. La primera es usar cubiertas aerodinámicas rígidas (rigid aeroshells) en vez de escudos térmicos tradicionales. Estas cubiertas convertirían la nave en un cuerpo sustentador y permitirían maniobrar en la alta atmósfera durante la entrada, reduciendo la velocidad de descenso. Además cabe la opción de emplear estos mismos escudos para maniobras de aerocaptura, muy sugerentes desde el punto de vista energético para una misión tripulada. La aerocaptura permite además reducir la velocidad de entrada en la atmósfera de 6 km/s a unos 3-4 km/s.

‘Rigid aeroshell’ para una nave marciana (NASA).

Otra opción es el empleo de escudos térmicos hinchables de 30 o 50 metros de diámetro que generen una alta resistencia hipersónica. Estos mismos escudos servirían como frenos aerodimámicos durante el descenso en la fase supersónica, o bien se podrían introducir estructuras de frenado inflables adicionales -incluyendo ballutes– para esta parte del aterrizaje, cuyo diseño sería más sencillo que el de un escudo térmico hinchable.

Escudos térmicos hinchables y estructuras de frenado hinchables, una de las tecnologías más prometedoras para una misión tripulada (NASA).
El empleo de estructuras hinchables permitiría entradas en la atmósfera de Marte por parte de naves de gran tamaño (NASA).

Por último, la otra tecnología candidata es el uso de cohetes en régimen de velocidades supersónicas. Digamos que esta es la opción de ‘fuerza bruta’. Aunque existen dificultades a la hora de aplicar este sistema, su uso nos permitiría prescindir de paracaídas o sistemas de frenado atmosférico, además de proporcionar una alta maniobrabilidad y precisión en el aterrizaje a velocidades superiores a Mach 3. La pega de esta técnica es que hay que transportar grandes cantidades de combustible, lo que no es muy recomendable en una nave tripulada.

Flujo de escape de un cohete en régimen supersónico (NASA).

Entonces, ¿qué hacemos? De estas tres posibilidades, solamente la tecnología de escudos térmicos hinchables ha sido probada en condiciones reales, de ahí que sea la tecnología favorita en muchas propuestas. Sin embargo, a la hora de la verdad lo más sencillo es usar un escudo térmico sustentador junto con retropropulsión supersónica. A lo bestia, vamos. Los resultados en este caso son ciertamente espectaculares, como podemos ver en el siguiente vídeo basado en la propuesta DRA 5.0 de la NASA de 2008 (no tiene desperdicio):

Descenso en Marte a lo bruto, con cuerpo sustentador y propulsión supersónica (NASA).

No solamente la NASA se ha decantado por este sistema de aterrizaje en sus misiones oficiales de Powerpoint. Las propuestas soviéticas y rusas de viaje a Marte también pasan por esta combinación, aunque usando cuerpos sustentadores de diversas formas, incluyendo la forma de platillo volante. ¡Platillos volantes en Marte! En este caso bien podríamos decir que los marcianos seríamos nosotros.

Distintas propuestas de cuerpos sustentadores para la entrada atmosférica en Marte creados por la empresa rusa RKK Energía (RKK Energia).

Parecer las cosas más interesantes, es posible cualquier combinación de las tecnologías antes mencionadas, lo que complica un poco el panorama a la hora de elegir un sistema de aterrizaje para una nave tripulada. Teniendo en cuenta las complejidades técnicas de la retropropulsión supersónica -no es fácil que el escape de un motor pueda vencer la enorme presión de un flujo supersónico de aire-, una posibilidad sugerente es usar un escudo térmico hinchable junto con un acelerador aerodinámico o ballute -que pueden estar integrados en un mismo sistema o formar dos distintos- capaz de desacelerar la nave hasta velocidades subsónicas, lo que permitiría usar cohetes tradicionales. Otra opción es usar una cubierta aerodinámica rígida con un desacelerador supersónico hinchable y cohetes subsónicos.

Posibles combinaciones de tecnologías para permitir un aterrizaje tripulado en Marte. El empleo de escudos térmicos inflables es muy eficiente desde el punto de la masa útil en superficie (NASA).
El empleo de escudos térmicos hinchables, estructuras aerodinámicas hinchables o escudos en forma de cuerpo sustentador pueden permitir el descenso seguro a la superficie marciana por parte de naves de gran tamaño (NASA).

Como vemos, la tecnología para situar una nave tripulada en Marte existe, aunque sería necesario crear primero prototipos para pulir detalles. Pero incluso si no estamos interesados en poner un hombre en Marte, estas tecnologías son imprescindibles a la hora de poner en la superficie marciana una sonda más grande que Curiosity. Al fin y al cabo, no deberíamos conformarnos con poner una tonelada en el planeta rojo.

Vota por Eureka en los Premios Bitácoras 2012:

53 comentarios

Participa Suscríbete

Chato Wilbury Chato Wilbury

Pues nada! Seguimos a expensas de que LiftPort Group termine cumpla su objetivo(http://liftport.com/).

Hasta entonces, el espacio estará limitado a carretadas de a 20 en 20 toneladas… que es lo mas que podemos en LEO (porque el SLS quien sabe si se logre, a como estamos!)

pochimax pochimax

Para mi es una demostración más de que quienes afirman que el viaje tripulado a Marte es tecnológicamente factible están totalmente equivocados.

Para desarrollar estas opciones serían necesarios muchos miles de millones de dólares, sólo en pruebas para el aterrizaje óptimo. Sin hablar del resto de la misión.

Nos quedan muchas décadas de investigación antes del viaje tripulado a Marte.

David David

Una cosa es el factor tecnológico y otra el económico y político. Por supuesto que es tecnológicamente factible, las tecnologías necesaria existen desde hace tiempo. Incluso existen tecnologías para salir del Sistema Solar, pero volvemos a lo mismo.

Por cierto, miles de millones de dólares no son tanto comparados con algunos presupuestos de defensa. Creo recordar que un bombardero B2 cuesta unos mil millones. Esos bichos son comprados como mínimo de docena en docena.

La ciencia siempre es la mejor inversión para la humanidad, no así para las urnas.

Anonymous Anonymous

“Para mi es una demostración más de que quienes afirman que el viaje tripulado a Marte es tecnológicamente factible están totalmente equivocados”

Para mí es una demostración de que tienes que leer más.

burningsky68 burningsky68

Y en los 60´s tampoco había tecnología para ir a la luna y viste lo que paso??
Todo depende más de la motivación que tengan los que ponen el dinero. Mira si mañana china se plantea poner un hombre en Marte, verás como se apuran los gringos y montan la misión en menos de 5 años.

Saludos!

Manuel Manuel

Dani,¿la opción de una lanzadera no seria viable? (eso esta mas que probado con las shuttle) alas para planear hasta la superficie con un consumo mínimo,tomando tierra con una carga de combustible suficiente para volver a a órbita, con un pozo gravitatorio menor y una atmósfera menos densa, utilizando tecnologías de optimizacion (leí hace poco sobre toberas spike de forma toroidal y piramidal que conseguian un ahorro inicial de entre un 20 a un 30% de combustible, por ejemplo) Una lanzadera como la Dream Chaser teóricamente pudiese hacerlo… ¿o sueño demasiado?

Prostock Prostock

Me parece que la sustentación que ofrece la atmósfera marciana hace inviable el concepto de un “cuerpo flotante” o “cuerpo volante”, ya que se necesitaría una enorme superficie ( o sea enorme tamaño de alas y de la nave ) para lograr el efecto requerido.
Alguien con más conocimientos que yo podría corregime, pero no creo estar muy desacertado.

Prostock Prostock

No existiendo una “Carrera Espacial” y considerando que el día que se lleve a cabo el viaje será por medio de una coalición de naciones, no veo la necesidad de que el “paquete” tripulado lleve todo lo necesario.
Me parece más conveniente que existan previamente envíos de módulos correspondientes a habitación, reciclamiento de agua y aire, comunicaciones, combustible, transporte, equipos auxiliares, y hasta la nave de despegue, lo que minimizaría los problemas de enviar una “enorme” bestia de carga y una gran cantidad de toneladas a considerar en el amartizaje.

Txemary Txemary

Fíjate que lo que se enviaría está entre las 80 y 265t, aunque se envíen antes otras naves, un módulo que lleve astronautas hasta allí y luego vuelva a ponerse en órbita con una cantidad de muestras considerable, necesitaría una masa de más o menos esas 80 t, 265 quizás sea demasiado pero está en el orden de masa necesario teniendo en cuenta el combustible.

Otra cosa sería llevar al máximo lo del envío de “paquetes” y separar nave solo para el aterrizaje, para el despegue, depósitos de combustible, etc etc pero aunque la precisión en los aterrizajes ha mejorado mucho sobre todo con curiosity, es probable que se separasen en un área demasiado extensa por lo que habría que incluir en la nave de los astronauas, algún tipo de vehículo de transporte pesado para transportar la carga lo que complica (y encarece) todo el sistema.

Celsog1 Celsog1

Yo espero al menos en esta vida ver de nuevo al hombre en la Luna caminando de nuevo, con eso me conformo, porque a como están las cosas a nivel político y económico: Marte esta muyyyyyyy largo 🙁

Ohhhh Marte tan cerca(la tecnología lo permite) y tan lejos(la política y el $ no lo permiten) 🙁

cosasdehombres cosasdehombres

Esto ya se pasa de bizarro: hacer descender un platillo volador colgando de un paracaídas con forma de “ballute” (aka, “preservativo gigante”).
Me encantó lo de misiones oficiales de powerpoint de la NASA. Y viendo lo lindo que brillaban las texturas y lo bien que salían los efectos especiales de humo, estamos descubriendo en qué se están gastando los preciosos dólares.
Vamos que von Braun tenía a duras penas una pizarra de diseño y unos lápices/bolígrafos para hacer las presentaciones de sus diseños. Menos Power menos Youtube, y más misiones de platillos volantes 🙂

Zanstel Zanstel

Supongo que se puede optar por cosas aún más raras, como ponerse en órbita geosincrónica y descender separándose en dos partes con cable, hasta el suelo.

O sea, un ascensor espacial.
😛

Sí… ya se… eso sería aún mucho más caro, y lento de narices.

Chato Wilbury Chato Wilbury

No sería lento… lento es hacer 1 lanzamiento cada semana. Con un elevador de construcción modular se elevarian cargas durante todo el día toda la semana.

Argie Argie

Deberían usar algún sistema inflable con líquido/combustible en su interior. De tal manera que al entrar en la atmósfera marciana el liquido se inflame por la temperatura de rozamiento/frenado y su fuerza propulsora se derive hacia toberas de frenado de velocidad. De esa manera se matan 2 pájaros de un tiro (no, no me refiero a los cosmonautas :).

Anonymous Anonymous

Es imposible, inflamarse implica oxigeno para arder y en Marte no lo hay, además por una tobera salen gases a presión provenientes de una combustión , y los combustibles tienen que inyectarse a más presión que la existente en el interior de la cámara de combustión , es decir se necesitan turbobombas….y eso ya es un motor.

Anonymous Anonymous

No es necesaria combustión. El escudo calienta directamente p.e. agua en un depósito adyacente, que pasa a gas, se acumula el gas caliente en otro depósito a gran presión, y alcanzada una presión crítica, se abre la válbula de escape. Retrofreno barato.No parece inviable.

pakito pakete pakito pakete

Como toda tecnología, el ascensor espacial será una realidad cuando se apueste por desarrollarla.

Txemary Txemary

Por dejarlo claro para chato y pakito, al comparar lo del oro y el ascensor espacial quería expresar como he hecho otras veces, que sí es posible (eh… que convierten en oro un elemento que se encuentra en la naturalza, no es moco de pavo) pero quedan SIGLOS para que lo veamos (bueno que lo vean nuestros tataranietos o así), pero que si se ponen cabezones los suficientes ingenieros y lse les suministra el suficiente café y dinero… sí es posible.

No se a que troll te refieres ni me interesa, a los anónimos que ni se inventan nick, solo les contesto con vídeos del APM.

Saludos!

Anonymous Anonymous

Carlos T opina:

El ascensor espacial: olvidemonos de él. Para abaratar el acceso a espacio (obviamente LEO, y desde alli se monta lo que haga falta) es mejor desarrollar sistemas reutilizables 100% tipo Skylon: Por cierto Daniel, ¿Cuando vas a hacer una entrada sobre este proyecto?

Esta claro que la tecnologia existe y que se puede usar, pero falta voluntad politica para hacerlo (porque dinero, haberlo,como las “meigas”, “hailo”, lo que ese gasta en cosas más destrucctivas y/o menos provechosas para la humanidad que la ciencias espaciales)

Saludos

Medved Medved

Sólo lleva un tipo de motor: cohete. La diferencia es que puede utilizar el oxígeno del aire durante una parte del ascenso.

Es más eficiente porque es (en teoria) reutilizable y tiene ciclos de pre y posvuelo muy cortos, y las instalaciones de tierra serán en teoría poco complejas.

Anonymous Anonymous

Carlos T opina:

A ver si me explico, a mi la idea del ascensor espacial también me parece interesante, pero por desgracia no tenemos (ni a un corto plazo, esto es a unos 30 años vista) la tecnologia para desarrollarlo.
Respecto a Skylon decirte que por lo que he podido leer NO utiliza 3 motores, tiene 1 motor con dos configuraciones: 1) motor sabre a reación, usando el oxigeno del aire como oxidante y 2) motor cohete usando el oxigeno liquido almacenado en los tanques.

¿Que porque pienso que va a ser eficiente? Porque si todo sale como se esta diseñando (recordemos que es una empresa privada que ha recibido una subvención de la ESA) los números salen.
Sin embargo, me gustaria que Dani que tiene más formación que un servidor y entiende mejor el ingles que un servidor nos informe mejor (Toda la info la he leido usando el traductor de google y bueno siempre es mejor que nada,pero…mejor Dani)

Chato Wilbury Chato Wilbury

bueno esta bien… yo lo decía porque es mucha estructura y poca carga util, pero finalmente volvemos a lo mismo, el skylon que fase de desarrollo tiene? si acaso el concepto! Esta igual que el elevador espacial, pero ese con la diferencia de que no tienes cargas pasivas (estructuras, combustibles, etc)… A lo que quiero llegar es que estan tan lejos los sistemas reutilizables como el elevador espacial… y de propulsion de bajo empuje ni hablar! De lo que se trata es de salir del agujero en el que estamos metidos! (o sea, gravedad, por su puesto)… pero a ver si Dany nos saca de dudas…

Manuel Manuel

Skylon tiene bastante avanzado el diseño del motor sabré, también del diseño de Skylon parte la idea del avión suborbital U2,todo de la mano de reaction engine.
Una pena que la aportación de la ESA no haya sido lo suficiente para cubrir todo el proyecto, fue solo un premio que gano este.

kepler kepler

Olvidense de Marte hasta que funcione el VSIMR. Los viajes “químicos” son para las cercanías .

Un anónimo Un anónimo

Ya, pero estos sistemas propulsores tienen empuje muy bajo, necesitan propulsión química importante para alcanzar la velocidad de escape,además el aterrizaje y despegue en Marte se haría con propulsión quimica (combustibles “almacenables” que tienen menor impulso específico)así que , ¡que menos que cuarenta años!
Saludos

Alb Alb

Mi hijo es fiel seguidor de este blog y seguramente el mas joven… ya que tiene 3 años y medio.

Esta fascinado con el Curiosity, que es lo que mas le gusta del mundo(Solo por detrás de rayo Mcqueen)

Ve con gran atención todos los vídeos e imágenes de curiosity y otras misiones a marte y para mi sorpresa se entera de lo que ocurre.

Cuando vimos el vídeo con la animación de toda la misión… cuando el curiosity se despliega después del complicado aterrizaje, dice: ” Esta sólito”.
Poco después viendo como avanza por el terreno marciano, le asalta una preocupación: “¡Se va a quedar sin gasolina!”. Así que le explique que lleva un generador termoelectrico de radioisotopos y se quedo satisfecho.

Al finalizar el vídeo, me mira triste y pregunta… “¿Pero como va a volver a casa?”

No tuve valor para decirle que una vez que termine su misión le dejaremos abandonado en marte. Así que le dije una mentira piadosa…”Luego va a ir cohete a buscarle”
Me miro algo extrañado y confundido pero no dijo nada.

No creo que se lo creyera del todo, y ha estado dándole vueltas al asunto. Por que cuando vemos nuevos vídeos me pregunta…¿Pero cuando va a venir el cohete?
Y hace unos días me hace una sorprendente pregunta.¿Pero como va a bajar un cohete grandisimo a marte?

Y es que le impresionó el inmenso tamaño de los cohetes durante el despegue… y es consciente de lo complicado del aterrizaje en marte. Ha visto el vídeo de los 7 minutos de terror decenas de veces, y también del aterrizaje de spirit. Lo primero que pregunto cuando vio la misión insight fue que como iba a bajar (y comento que le gustaba mas el barquito).

Así que ha atado cabos y ha pillado mi mentira.

El vídeo de la propuesta de la nasa, llega justo en el momento preciso.
Lo hemos visto juntos y le ha encantado, ha entendido perfectamente que los cohetes se acoplan en el espacio como sus piezas de lego, y como llevan un cohete para la vuelta.

Le he dicho que los astronautas van a recoger al curiosity y se volverán todos juntos y de momento no ha puesto pegas.

Hernán Hernán

Daniel:

Hago esta pregunta y de paso aporto como Ingeniero, cuando hablas de velocidades supersónicas, te referís a sobre la velocidad del sonido en la atmósfera marciana o en la Tierra? Ya que la velocidad del sonido depende entre otras cosas de la densidad de la atmósfera, la barrera del sonido creo que en Marte se alcanzaría a menor velocidad que en la Tierra.

Saludos,

Hernán

Hernán Hernán

Quizas a nadie le interese, pero me quede pensando en lo de la velocidad del sonido en marte, y estuve viendo que no importa tanto la densidad de la misma si no la constante adiabática (Cp/Cv) de la misma que si la suponemos puro CO2 para marte daría una velocidad de 965 km/h contra los 1230 km/h para la Tierra ambos con el medio a 20°C.

Saludos,

Hernán

Francisco Diaz Francisco Diaz

Según esto, ¿podría ser posible, en un futuro, que el ser humano fuese capaz de vivir en otro planeta distinto de la Tierra cuando los recursos de esta se acabasen o usaralo para recuperar la Tierra de todas las especies que se perdiesen?Es decir, ¿que se podría mandar un grupo de personas allí a plantar especies de plantas en peligro de extinción y mantener animales tambien en peligro para más tarde repoblar las zonas originales de la Tierra en donde vivían?

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *