Mars-X, una misión tripulada a Fobos

Mars-X es un proyecto de viaje tripulado a Marte muy particular. Y es que no ha sido concebido por ninguna agencia espacial, sino por un grupo de estudiantes de la Universidad Internacional del Espacio (ISU). En realidad, Mars-X no es una misión a la superficie de Marte, sino a su órbita. En concreto, a Fobos -la mayor luna del planeta rojo-, aunque ha sido concebida como el primer eslabón de un programa de exploración que, con el tiempo, nos llevaría a pisar Marte.

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Mars-X se une así a muchas otras propuestas de viajes tripulados a Marte que evitan su superficie para ahorrarse así las enormes demandas energéticas que supone internarse en el pozo gravitatorio de un planeta. De paso, los creadores del proyecto quieren cumplir de esta forma con los objetivos del Grupo de Coordinación de la Exploración Internacional del Espacio (ISECG), una iniciativa resultado del esfuerzo cooperativo entre varias agencias espaciales que ha señalado el rumbo a seguir por la exploración tripulada del espacio.

De acuerdo con el ISECG, primero debemos estudiar la Luna o los asteroides cercanos -el orden no importa mucho- para luego dirigirnos a Marte, el objetivo último. La misión a Fobos de Mars-X permitiría saltarnos el primer paso e ir directamente a Marte. Al fin y al cabo, se supone que Fobos es un asteroide capturado (o al menos se suponía, porque teorías más actuales sugieren que se formó en órbita del planeta rojo como resultado de varias colisiones).

Ahora bien, ¿por qué Fobos y no Deimos, la otra luna de Marte? Principalmente, porque es más sencillo -siempre hablando en términos energéticos- alcanzar la superficie de Marte desde Fobos que desde Deimos. No obstante, desde Fobos sólo se pueden observar directamente aquellas regiones de Marte situadas a ±64.8˚ de latitud, mientras que desde Deimos se puede ver toda la superficie comprendida entre ±80.2˚de latitud. Aunque a primera vista se trata de una desventaja, bien es cierto que en el caso de que decidamos ir a Marte, desplegar una red de satélites de comunicaciones sería lo menos costoso.

Pero vayamos al grano. Mars-X consiste en una misión tripulada a Fobos de cinco personas con una duración total de 919 días (2,5 años), de los cuales 439 días serán en Fobos. Por mor de simplicidad, el equipo del proyecto ha supuesto que el viaje comenzaría el 22 de octubre de 2024 y que la llegada a la órbita marciana tendría lugar el 19 junio 2025. Después de investigar Fobos, la tripulación partiría el 1 de septiembre de 2026. El regreso a la Tierra sería el 29 febrero de 2027. Huelga decir que podemos sustituir estas fechas por otras correspondientes a diferentes ventanas de lanzamiento según convenga.

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Plan de vuelo de Mars-X (Mars-X).
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Posible ‘timeline’ de Mars-X (Mars-X).

Cualquier propuesta para un viaje a Marte se debe juzgar por dos criterios fundamentales. El más importante es qué tecnologías avanzadas se incluyen para reducir la enorme masa inicial en órbita baja terrestre que debería tener una nave tripulada interplanetaria. El segundo, relacionado con el primero, es qué lanzadores se van usar. En cuanto a tecnologías, Mars-X se nos revela una misión bastante conservadora y apuesta por el empleo de la propulsión nuclear térmica (NTR), al igual que la última propuesta de la NASA DRA 5.0. Nada de tecnologías exóticas como es la aerocaptura o las ISRU. Los lanzadores elegidos son el Falcon Heavy de SpaceX (con una capacidad en órbita baja de 53 toneladas) y el SLS de la NASA (la versión Block II con capacidad de 107 toneladas), aunque todos los elementos de la misión podrían ponerse en órbita únicamente con el Falcon Heavy (se ve que no se fían mucho del SLS. Hacen bien).

La nave de Mars-X, denominada MXV (Mars-X Vehicle) tendría una masa en órbita baja terrestre de 500 toneladas, incluyendo 285 toneladas de propelente en forma de hidrógeno líquido para los motores nucleares. Eso significa que serían necesarios doce lanzamientos de carga -más uno tripulado- para montar la nave en órbita usando el Falcon Heavy, o bien seis lanzamientos del SLS. Son muchos lanzamientos, sin duda, pero está dentro de lo normal para una misión a Marte. MXV se parece mucho a otras naves que hacen uso de la propulsión NTR, como es el caso de la propuesta de nave marciana de la empresa rusa Khrúnichev.

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Nave MXV para un viaje tripulado a Fobos mediante propulsión nuclear térmica (Mars-X).
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Tecnologías claves de la nave marciana (Mars-X).

El hidrógeno de los tanques se calienta al pasar cerca de los reactores de fisión de los motores y es expulsado a alta velocidad por las toberas, creando el empuje necesario. El uso de hidrógeno líquido añade una complejidad extra a la misión, ya que habría que desarrollar tecnologías que permitiesen mantenerlo en estado líquido de forma segura durante el transcurso de la misión. MXV contaría además con dos módulos hábitats inflables de 200 metros cúbicos de volumen cada uno, una cápsula para la reentrada en la atmósfera terrestre y un módulo de ‘aterrizaje’ en Fobos. Los sistemas de soporte vital estarían basados en los de la ISS y para la radiación se usarían medidas de protección pasivas, incluyendo un refugio en caso de tormentas solares.

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Interior de los hábitats (Mars-X).

MXV tendría tres motores nucleares con un impulso específico (Isp) de 975 segundos que se alimentan de ocho tanques de hidrógeno líquido. Siete de estos tanques tendrían una masa total de 37,5 toneladas (12,5 toneladas en seco), mientras que la masa del otro sería de 27 toneladas (8,5 en seco). Los motores tendrían unos 67 kN de empuje y serían del tipo bimodal, es decir, además de propulsores servirían para generar electricidad durante la misión (unos 40 kW) mediante el ciclo Brayton.

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Fases de la misión a Fobos (Mars-X).

MXV usaría el hidrógeno de los seis tanques principales para abandonar la Tierra (una maniobra que requiere una Delta-V de 4,04 km/s), realizar correcciones orbitales (una Delta-V de 0,15 km/s), colocarse en órbita de Marte (1,01 km/s) y maniobrar hasta alcanzar la órbita de Fobos (1 km/s). Durante el viaje a Marte la nave rotaría sobre su eje para crear una gravedad artificial de 0,38-0,55 g y reducir los efectos perniciosos de la ingravidez en el organismo humano.

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La nave MXV giraría sobre su eje para generar gravedad artificial (Mars-X).

La nave se situaría cerca de Fobos, en los puntos de Lagrange L1 o L2. Entonces le tocaría el turno al módulo de aterrizaje PUL (Phobos Unmanned Lander), que se posaría sobre la superficie de Fobos de forma automática. Debido a la baja gravedad de la luna, el módulo incluiría un sistema de ganchos y cables para anclarse a la superficie. El lugar elegido sería el interior del cráter Stickney, desde donde los astronautas disfrutarán de una visión constante del disco del planeta. Las paredes del cráter servirán además como protección adicional contra la radiación. Seis de los tanques de hidrógeno, ahora vacíos, se acoplarían en la superficie del PUL para crear una base en Fobos denominada MMO (Mars Moon Outpost). Después de unos 40 días se acoplaría con el MMO uno de los dos hábitats con dos astronautas a bordo. No está muy claro cómo se realizaría esta maniobra -que requiere dotar a cada hábitat de un sistema de propulsión propio-, pero en cualquier caso los astronautas se dedicarían a supervisar la construcción del MMO in situ y, ya puestos, explorarían el mayor satélite de Marte.

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Zona seleccionada para la base (Mars-X).
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La base MMO en Fobos (Mars-X).
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Los astronautas controlarían todo tipo de misiones robóticas por telepresencia desde Fobos (Mars-X).
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Una red de satélites de comunicaciones en órbita de Fobos permitiría controlar las sondas en cualquier lugar de la superficie (Mars-X).

Una vez finalizado el MMO, la tripulación controlaría mediante telepresencia toda una flotilla de sondas en la superficie marciana, incluyendo rovers, aviones y una misión de recogida de muestras (tampoco queda muy claro de dónde saldría el presupuesto para todas estas misiones). Al no tener que sufrir el retardo de la señal de las comunicaciones con la Tierra, los astronautas serían capaces de sacarle el máximo provecho a las misiones robóticas. Finalizada su misión, el MXV encendería sus tres motores usando el hidrógeno de los últimos tanques. En las cercanías de la Tierra los astronautas se montarían en la cápsula y reentrarían en la atmósfera terrestre a 13 km/s, dando así por concluida su misión.

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Configuración de regreso a la Tierra (Mars-X).

Teniendo en cuenta que se trata de una iniciativa creada fuera del paraguas de las agencias espaciales o de las corporaciones aeroespaciales más famosas, Mars-X es una propuesta muy prometedora y de hecho recuerda a alguna de las ideas que surgieron en los días del Informe Augustine, cuando la NASA aún buscaba mantener un programa tripulado digno de tal nombre. Lamentablemente, todos los proyectos de misiones tripuladas a la órbita marciana comparten el mismo inconveniente: resulta muy difícil justificar tanto esfuerzo para viajar tan lejos y luego no pisar el planeta. Parece muy triste, pero con la tecnología y los lanzadores actuales poco más podemos hacer, a no ser que exista un compromiso político firme a nivel internacional.

Referencias:



29 Comentarios

  1. Siempre que leo algo así pienso lo mismo. Es como si, tras haber descubierto América, al volver a España Colón se hubiera olvidado de hacer más viajes y los barcos hubieran dejado de fabricarse. Nuestra civilización se está quedando estancada en la frontera de una nueva época.

    1. Muy gráfico tu comentario Raúl. Ojalá que dentro de 10 o 15 años podamos leer planes (con datos recogidos in situ) de terraformación marciana y no de como llegar a marte. O como hacemos para llegar a tal destino fuera de nuestro sistema solar.
      Saludos.

  2. Es un plan interesante, pero la cantidad de lanzamientos es apabullante, no se si compensa comparándolo con un Mars Direct. Cierto que en el plan de Zubrin, el aterrizaje + ISRU + lanzamiento desde Marte son desarrollos por ver frente al desarrollo de propulsión nuclear operativa + almacenamiento de criogénicos durante largo tiempo de este plan. Pero estamos hablando de una nave monstruosa, dudo que así lleguemos a Marte.

  3. con todos los recursos necesarios para esa mision no seria mas provechoso hacer una estacion en la orbita geoestacionaria e incluso hasta una pequeña base en la luna? pienso que una mision a marte en las condiciones actuales seria como tratar de subir todos los escalones desde el primer al segundo piso de un solo paso

    1. Carlos, lo que pasa es que no hay otra forma de ir, si esperamos el desarrolo de tegnologías futuristas que nos permita viajar a marte con naves pequeñas, ni nuestros bisnietos lo haran

      1. Y el uso de propulsión química ¿cómo cuantas toneladas aportaría? Porque diseñar un motor para una misión, sin visos a que sea usado para nada más, no lo veo realista. Y es muy muy poco probable que se utilice para nada más…

        1. Hombre, para nada más… Unos motores así (y seguramente otras partes de la nave) se podrían usar para misiones tripuladas a los asteroides, a los satélites de Júpiter… y por supuesto para construir y mantener una colonia marciana permanente.

          1. Antonio, no me entiendes, como usos, tendrían mil y un usos, otra cosa es que hubiese interés real en todos los proyectos que enumeras, no creo que hubiese presupuesto para ellos…

  4. Raúl, me ha gustado tu reflexión. Siguiendo con tu ejemplo, viajes de descubrimientos que al final quedaran en nada también hubo en el pasado y cayeron en el olvido: los vikingos en América, los chinos llegando hasta Africa… Esperemos que no estemos viviendo uno de estos momentos.

  5. Daniel, como fiel seguidor de tu fantástico blog , toco a la puerta de tu nuevo hogar 😉 Espero que nos siguas deleitando e instruyendo con tus reportajes y reflexiones.
    Sobre tu antiguo Blogspot , tenias varias secciones de enlace a otros blogs de ciencia y blogs amigos… ¿ Es posible importar esas listas aquí ?
    Sin ánimo de darte mas trabajo del que ya tienes :S te envio un gran saludo y animo en tu nueva casa 🙂
    Jose

    1. Hola Jose, bienvenido 😉 El tema informático ya no lo llevo yo (estar en una red de blogs tiene sus ventajas e inconvenientes), pero espero poder poner de algún modo alguna lista de enlaces. Si no en la barra lateral, en otra sección. Todo se andará. Por ahora estamos empezando.
      ¡Un saludo!

  6. Una pregunta, Daniel:
    ¿No se puede usar la ISS como enlace de vuelta para aterrizar en la tierra?.
    Ahí los tripulantes podrían pasar a una Soyuz/ lo que haya entonces.
    No se si me explico, habrá alguna razón por la que ir a Marte conlleve llevar todo el viaje de la capsula de retorno a la tierra.

  7. cada vez que alguien apuesta por cohetes nucleares termicos en vez de propulsion nuclear electrica, Dios mata a un microbio marciano. En serio, ´porque el gusto de irse por lo más bestia cada vez? si, puedes demorarte menos en llegar alla pero todas las etapas acabaran perdiendose en el espacio, con la propulsion electrica podemos agregar una fraccion del propelente que se necesita para volver a LEO y reutilizar la nave. Aparte puede servir como plataforma para probar mejor el VASIMR, que muchos lo critican por necesitar grandes cantidades de energia. Si van a usar energia nuclear en el espacio, porque no para propulsar motores ionicos?

  8. No se, pero creo que es un viaje muy largo para no descender. Si fuera como ir a la Luna de orbitar y no descender estaría bien porque la Luna esta a solo 3 días de distancia, pero Marte esta a seis meses, como mínimo, de distancia. Es este tipo de misiones que la Administración Obama busca en tiempos difíciles, de recesesión.

    Creo que explorar Fobos sería como ir a la Luna o un asteroide: una roca muerta, si la comparamos con el planeta al cual orbita. De todas formas, algo es algo.

  9. Esta propuesta no es más que otro «brindis al Sol». Es conservadora en extremo, tanto en la tecnología nuclear que propone, como en su plan de vuelo. Y obvia un dato fundamental: el coste y la fuente de financiación. Poco más que un bonito Powerpoint, pero de estos hay a montones en los archivos de la NASA o de la agencia espacial rusa.

  10. Perdonen que llegue tres años tarde. El comentario de Carlos me parece muy acertado, aunque es tentador querer visitar el planeta Marte y ya puestos, ¿por que no Plutón ? Visitar Marte creo que seria repetir otra vez la experiencia de los viajes Apolo, gastar una cantidad ingente de recursos en demostrar que podemos ir a Marte, hacer la machada de ir y luego un siglo o varios siglos, hasta el próximo salto. Solo para cumplir un sueño, que en realidad, aun no toca cumplir. Carlos tiene razón, si queremos conquistar el espacio hay que ir afianzando pequeñas conquistas, que sirvan de peldaños para las siguientes e ir construyendo poco a poco una estructura que no se venga abajo con cada logro. Primero la órbita terrestre, hacerla útil, luego una base en la Luna de la que se puedan obtener minerales que sirvan para la construcción de una industria espacial, satélites de energía solar en órbita geoestacionaria que nos suministren, colonias en el mismo espacio, no en los planetas, cuya gravedad los convierte en fuentes poco rentables de recursos, más fáciles de conseguir en la Luna y en los asteroides. Más adelante, cuando viajar por el sistema Solar sea como navegar por un mar interior, podemos visitar los planetas con interés científico, no colonizador, pues, esos planetas no son acogedores para nuestra forma de vida. Solo colonias construidas con materiales del mismo espacio, de las lunas y asteroides pueden ser rentables y confortables, con la gravedad que necesitamos y en la ruta de las mercancías, no en los pozos de gravedad que son los planetas.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 19 noviembre, 2013
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Marte • Sistema Solar • Sondasespaciales