Misión MSR: cómo Europa y Estados Unidos planean traer rocas marcianas a la Tierra

La mayoría de la comunidad científica hace años que ha dejado claro cuál es su prioridad con respecto a Marte: una misión de retorno de muestras. Pero hay un pequeño problema, y es que no hay dinero para llevarla a cabo. Sin embargo, después de una década trabajando en la misión MSR (Mars Sample Return), la NASA llegó a la conclusión de que era imperativo realizar esta misión antes de 2030 (curiosamente, o más bien no, la decisión de la NASA de adelantar la misión MSR se tomó poco después de que China anunciase su intención de traer muestras de Marte antes de esa fecha). La solución que ha encontrado la NASA para llevar a cabo la misión MSR es bien simple: la cooperación internacional. En concreto, con la Agencia Espacial Europea (ESA).

El orbitador europeo ERO abandona la órbita de Marte con muestras rumbo a la Tierra (ESA).

El año pasado pudimos ver por primera vez el nuevo plan de NASA y ESA. Como en el anterior, concebido exclusivamente por la NASA, la misión MSR consta de tres sondas diferentes. La primera es el rover Mars 2020 de la NASA, que aterrizará en el cráter Jezero para buscar indicios de biomarcadores y dejará atrás varios cilindros con muestras del suelo marciano. Estas muestras serán recogidas por la sonda SRL (Sample Retrieval Lander), que despegará en 2026 e incluirá el rover SFR (Sample Fetch Rover). Esta sonda también llevará un cohete MAV (Mars Ascent Vehicle), que será el encargado de situar las muestras en órbita marciana. Allí serán recogidas por una tercera sonda, el orbitador ERO (Earth Return Orbiter), que las traerá de vuelta a la Tierra. La ESA suministrará, entre otros elementos, el rover SFR y el orbitador ERO.

Esquema de la misión MSR entre NASA y ESA (ESA).

La sonda SRL no usará el sistema de descenso sky crane de las misiones Curiosity y Mars 2020, sino que empleará un sistema tradicional de paracaídas y retrocohetes con tren de aterrizaje. El aterrizaje tendrá lugar lo más cerca posible de la zona donde el rover Mars 2020 haya depositado las muestras. El rover europeo SFR será pequeño, de solo 120 kg y usará solamente energía solar, puesto que Europa carece de la tecnología para instalar generadores de radioisótopos (RTG). Debe recorrer un máximo de 15 kilómetros durante su misión y recogerá entre 20 y 36 tubos de muestras mediante un brazo robot especialmente diseñado para la tarea. El despliegue del rover, la recogida de los tubos de muestras y el trayecto de regreso hacia la sonda SRL deben durar menos de 150 soles (días marcianos). Los tubos de muestras serán transferidos desde el rover SFR hasta el contenedor OS (Orbital Sample [Container]), una esfera de menos de 10 kg de masa y 27 centímetros de diámetro, mediante el brazo robot STA (Sample Transfer Arm).

Sonda SRL con el cohete MAV en posición horizontal (NASA).
Conceptos de rover SFR estudiados por la ESA (ESA).
Contenedores de muestras de Mars 2020 (NASA).
Ruta del rover SFR (ESA).
Brazo STA para colocar los tubos de muestras en el contenedor OS (ESA).

El contenedor OS será puesto en una órbita de 340 kilómetros de altura mediante el MAV para ser capturado en una fecha posterior por el orbitador ERO. Para ello OS contará con un radiofaro que permitirá su localización por parte de ERO y, a distancias más cortas, de retrorreflectores láser. El MAV será un cohete de una o dos etapas, dependiendo del tipo de propulsión. Hasta 2016 se favorecía un diseño de dos etapas de combustible sólido, pero en esa fecha la NASA cambió de opinión y propuso un diseño de una etapa de propulsión híbrida, más eficiente. Sin embargo, los últimos estudios vuelven a favorecer el combustible sólido por su fiabilidad, aunque a cambio eso suponga la introducción de una etapa adicional y, por tanto, un aumento en la complejidad de la misión. La decisión final sobre el combustible del MAV se tomará en septiembre de este año. En cualquier caso, será un cohete de unos 400 kg y 3 metros de longitud.

Diseño actual del MAV, con dos etapas de combustible sólido y el contenedor OS en un extremo (NASA).
Partes del MAV de combustible sólido (NASA).
Contenedor OS con las muestras (NASA).
Evolución del diseño del MAV en las últimas décadas (NASA).

Por otro lado, el diseño de ERO ha evolucionado desde que se presentó por primera vez el año pasado y ahora incluye paneles solares más grandes. El principal desafío de esta misión es que debe viajar a Marte y volver. Además debe ser capaz de maniobrar delicadamente para buscar, encontrar y capturar el contenedor OS con las muestras en órbita de Marte, una tarea que tampoco es precisamente sencilla. ERO será una sonda grande, con una masa al lanzamiento de cerca de seis toneladas. Su masa habrá disminuido hasta las 1,5 toneladas cuando regrese a las cercanías de nuestro planeta. Para evitar tener que transportar ingentes cantidades de propergoles, ERO usará una etapa de propulsión química desechable que será abandonada en órbita marciana tras haber realizado la inserción orbital alrededor del planeta rojo. Además, en el viaje de vuelta ERO hará uso de propulsión eléctrica (SEP) con motores iónicos. La sonda despegará en 2028 o 2030 mediante un cohete Ariane 6.4.

Diseño actual del orbitador europeo ERO (ESA).
Elementos de ERO según el diseño del año pasado (ESA).
Fases de la misión ERO (NASA).
ERO liberando la cápsula EEV con las muestras en las cercanías de la Tierra (ESA).

Un factor a tener en cuenta es que se debe evitar a toda costa cualquier tipo de contaminación biológica entre el contenedor OS con las muestras y el orbitador ERO. Por este motivo el contenedor OS pasará primero por un módulo de contención biológica, concebido por el JPL, antes de ser trasladado a la cápsula EEV (Earth Entry Vehicle) que será usada para la reentrada atmosférica en la Tierra. Este módulo será abandonado en órbita marciana para ahorrar masa. Las muestras serán almacenadas y analizadas en una instalación específica que debe ser construida en Europa o Estados Unidos (algo me dice que la única opción realista es EEUU). Las contribuciones europeas a la misión MSR, el orbitador ERO y el rover SFR, deben ser aprobadas a finales de año en la cumbre ministerial de la ESA.

Mecanismo de captura del contenedor OS y su traslado a la cápsula EEV dentro de ERO (NASA).
Uno de los últimos diseños de la cápsula EEV (NASA).

Si todo sale bien, antes del final de la próxima década tendremos muestras de Marte en nuestro planeta. Los instrumentos de los laboratorios terrestres podrán analizar estos pedazos del planeta rojo con un detalle superior al que podríamos alcanzar con cualquier instrumento que enviemos a Marte. Además podrán ser estudiadas en el futuro con nuevas técnicas que ni siquiera existen a día de hoy. Ahora está por ver si los gobiernos de la ESA comparten la opinión de la comunidad científica sobre la importancia de esta misión.

Referencias:

  • http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/Europa_ida_y_vuelta_a_Marte


100 Comentarios

  1. Joder, partamos de la base de que no entiendo (quizás se me escape algo en cuanto a fiabilidad de los elementos de la misión o alcance de estos o posteriores misiones) para qué narices hay que usar dos rovers…

    Pero bueno, fuera de eso, tampoco le veo una sobreana complicaicón a aterrizar en el mismo sitio, y recorrer el mismo camino y deshacerlo, no creo que necesariamente sea mala idea.

    1. Sospecho, sin saber, que se usen dos rover porque el que recoje las muestras, al usar RTG, no debe quedárselas por mucho tiempo para reducir el riesgo de contaminarlas con material radiactivo. Si no, yo tampoco entiendo porqué haría falta el segundo, cuando el primero podría llevar las muestras a un módulo de ascenso.

      1. En Eureka está toda la sabiduría necesaria. Puede no compartirse el criterio seguido por la NASA, en cualquier caso Daniel nos lo contó en esta entrada suya:
        https://danielmarin.naukas.com/2015/05/11/el-rover-marciano-de-2020-y-el-retorno-de-muestras-a-la-tierra/
        Qué pasaría si el rover de 2020 no es capaz de soltar el depósito. En este caso tendríamos que la preciosa carga se habría quedado atascada en las ‘garras’ del rover. Por otro lado, si el rover de 2020 lleva un depósito casi lleno de muestras, los controladores se volverían mucho más conservadores a la hora de gestionar la misión para no arriesgarse a que el contenedor o el rover resultasen dañados, tanto que la propia misión podría correr peligro.

    2. Por otro lado, el rover del 2020 es tipo Curiosity. Quiero decir, que es un rover explorador en toda regla y por tanto su misión principal no es la de las muestras sino la exploración marciana. En ese sentido, volver sobre sus propios pasos limitaría la posibilidad de explorar zonas diferentes. Sería un derroche absoluto.
      Para la recogida de muestras, rover baratillo y yá.

      1. ¿Y qué pasaría si el «baratillo» segundo rover queda varado en uno de los «arriesgados» parajes que el primer rover logró sortear justamente por NO ser «baratillo»?

        ¿Y qué pasaría si el segundo rover tampoco es capaz de soltar el depósito?

        En ambos caso tendríamos que la preciosa carga se habría quedado atascada en las «garras» del segundo rover.

        ¿No sería mejor solucionar estos potenciales problemas de entrada en vez de simplemente postergarlos?

        O lo que es equivalente, ¿no sería mejor asumir los riesgos de entrada en vez de involucrar a otros (ESA) en el potencial desastre?

        Soy el primero en desear que esto salga de lujo, pero me da la leve impresión que «esquivar los cuernos del toro» no es la mejor estrategia en este caso.

        1. Bueno. Es cierto que la estrategia es un poco así… no creo que esté dicha la última palabra.
          Hubo un problema de dinero y estamos como estamos.
          Pero ya no hay marcha atrás posible. El rover despega el año que viene y recogerá las muestras.
          Luego, ya veremos.

  2. Por si acaso, yo a la sonda con el cohete intentaría ponerle algún tipo de succión del terreno, no sea que fracase el rover y no podamos traernos muestras… Al menos pillaríamos algo del lugar de aterrizaje del cohete.

    1. Pues no es ninguna tontería, un taladro para rascar la superficie probablemente sería caro, pero mucho más caro saldría que la misión fracasase.

    1. Bueno, podría hacerlo ya.
      No tiene más que modificar una Dragon siguiendo la propuesta original Red Dragon, mediante cohetes Falcon Heavy.
      El problema es que Elon no tiene pasta para todo eso. Ni siquiera tenía pasta para desarrollar el frenado supersónico con los Draco de la Red Dragon. Cuando la NASA dijo que no se los iba a financiar, se inventó el rollo ese de la starship.

      1. Pues «ese de la starship» dará su primer salto el lunes 3 de Junio. El StarHopper dará un salto de 20 metros con desplazamiento lateral.

        El segundo prototipo sigue su curso en Florida.

        El primer prototipo del SuperHeavy estará listo para después del verano.

        Y para finales de este 2019 tendrá fabricados 100 motores Raptor (que es uno de los dos puntos importantes*).

        Parece que ese «invento» del que hablas es más real de lo que parece mirando solo el año en curso.

        * El otro punto trascendente de este proyecto es la reentrada.

  3. Yo vería más factible una misión tipo SCIM (https://danielmarin.naukas.com/2014/06/19/una-sonda-privada-para-recoger-muestras-de-la-atmosfera-marciana/) o MASC (https://danielmarin.naukas.com/2013/09/16/sondas-japonesas-para-explorar-el-sistema-solar/) para retornar muestras de la atmósfera marciana, en un principio.

    Para después, cuando los componentes del segmento orbital que estudia Marte hubieran estudiado a fondo el fenómeno de la proyección de materiales superficiales a la inonosfera y exosfera marciana (https://danielmarin.naukas.com/2015/02/17/las-misteriosas-nubes-marcianas-de-gran-altitud/); llevar a cabo el intento de captar esos materiales y retornarlos a la tierra. Y así, estudiar asequiblemente los materiales más volátiles de la superficie marciana.

    Con este modelo se fabricaría una línea producción de sondas con pocas modificaciones entre sí, haciendo uso de las nuevas tendencias de cost-leading, miniaturización y estandarización de artilugios espaciales (implicando a empresas privadas); con el fin de afinar la técnica mediante prueba y error, y lograr un objetivo y capacidades asqequibles y claras.

    Intentar competir en un tema en el China puede fracasar tanto como EE.UU., no es, como diría Sun Tzu, elegir las batallas que librar; es una gilipollez.

    No es como cuando se creó el Apolo para descolocar a la URSS y alterar el curso de la desigual carrera espacial que manetenían (un ejemplo de este planteamiento en los diálogos de First Man (2018): https://www.youtube.com/watch?v=xmtW-FMTsx8), obligando a ambos contendientes a empezar de cero (aunque el poder y tecnificación industrial y científica superior de EE.UU. en los años 60 les diera ventaja claramente).

    Aquí China marca el calendario, puede estar simplemente riéndose de EE.UU. y occidente, sin más; o haciendo un proyecto SDI «Star Wars» para quebrar el programa espacial de EE.UU. y Europa sin pretender cumplir sus plazos.

    Total, China es el aspirante y creciente estrella, puede fracasar sin más dentro de su curva de aprendizaje. Pero que fracase EE.UU. (con Europa) puede ser el último fracaso que se puedan permitir de cara a su imagen de potencias en No-Decadencia.

  4. Hola,
    Por mi parte concluyo que en base a toda la información obtenida de las actuales misiones marcianas, se puede aguardar a disponer de más medio$$$$ para efectuar un intento de traer muestras.
    Percibo ya algo obsesivo por encontrar vida por estos vecindarios cercanos, los que vienen dando muestras de ser muy yermos.
    Que finalmente algo pudiera haber? Si, la posibilidad existe. Pero parece remota para poner tantas fichas en este paño.
    Yo propondría una encuesta en la comunidad científica en general y de los paises que finalicen financiando en particular, en que proyectos de investigación del espacio proponen avanzar.
    Si luego finalmente resultó que vamos por la recolección de suelo marciano, ok.
    Pero sospecho que pudieran surgir otros proyectos con más sentido inmediato tambien.

    Saludos

    1. ¿por qué esperar?
      Puede hacerse, que se haga.
      La NASA tiene pasta suficiente para el aterrizador cohete y los europeos para el rover y el orbitador. Traigamos muestras por fin. No hablamos de volver a la Luna, es un sistema medianamente asequible.
      Por otro lado, si no rascamos más que superficialmente, la posibilidad de encontrar vida ahí me parece claramente inverosímil.

    2. A ver, para empezar. De todos nosotros hasta donde sé, el único con formación en astronomía y Astrofísica es Daniel.
      Te pregunto, ¿a qué proyectos apuntarías disponiendo de las actuales tecnologías y con un presupuesto del orden que pudiera llevar este plan de recuperar muestras de Marte?
      Y claro que todos también puede dar su idea, como no.

        1. Si. Estoy al tanto de ese procedimiento de selección.
          Me refiero a compulsas de opinión más amplias dentro de la comunidad científica.
          Más allá de la propuestas de ese grupo de notables, a la hora de empujar qué proyecto (en EEUU, que es de donde estamos hablando) la Casa Blanca y el Congreso suelen ser lo que tienen la última palabra. Marte, la Luna, Marte,…
          Y mayormente todo termina en una biblioteca de Alejandría con royos y royos de papiros power point que entusiasman a muchos, pero que no verán la luz.
          Vuelvo a lo que es mi opinión original, demasiada obsesión por encontrar vida extraterrestre cuando ya se fue y no se encontró nada.
          Entonces más profundo. ¿5 cms.?
          Puede ser.
          Y sino un metro.
          Mi otra opinion es que es un proyecto muy complejo y en esto estriba su alto rie$$$go de dinero mal aprovechado.
          Y también vuelvo a mi pregunta ¿qué propondrían uds.?

          1. Roberto, no estoy de acuerdo en que lo de buscar vida en Marte sea una obsesión, sino un requisito indispensable antes de intentar colonizarlo, por dos grandes motivos:
            1) Para no invadir otras formas de vida distintas de la de la Tierra.
            2) Porque descubrir otras formas de vida sería uno de los mayores hitos de la historia.

            Viendo los ambientes tan extremos de la Tierra en los que se encuentra vida, creo que nunca podremos estar totalmente seguros de que no hay, o ha habido vida en Marte.

          2. Fisivi, para colonizar Marte no les encuentro relación a las dos precondiciones que has señalado.
            Si encontraran algún nuevo tipo de actividad compleja, como la a que no se ha descubierto hasta ahora en ninguna parte, no sería
            una razón para no colonizar (colonizar en un sentido científico y/o comercial).
            En la Antártida no hay actividad comercial y no es del todo no contaminante la actividad que
            Estamos llevando a cabo: https://www.elpais.com/elpais/2017/06/26/ciencia/1498480529_985499.amp.html

            Que el encontrar vida en Marte sea un descubrimiento asombroso, tampoco le veo relación con
            su posible colonización o no.
            En el mejor de los casos se crearán reservas o santuarios naturales, pero no se dejará de ir si las condicione$$$$ lo permitan y ameriten.

          3. Roberto, creo que la motivación para cargarse la vida de otro planeta, consciente o inconscientemente, debe ser mucho mayor que el capricho de dominarlo. Tendría que ser cuestión de vida o muerte. Y no estamos tan desesperados en la Tierra como para tener que emigrar a Marte.
            Si lo que queremos es propagar la vida terrestre, hay mucho espacio para elegir antes que un lugar con probabilidades de tener vida propia.
            Además, siempre conviene aplicar aquello de «no hagas a otros lo que no quieres que te hagan». La vida de los planetas es muy larga y nunca se sabe si alguien nos lo pagaría alguna vez de la misma forma.

          4. Fisivi, comparto los principios que expresas en todo lo que respecta a respetar el medio ambiente en general donde sea.
            Pero soy un poco escéptico en cuanto a como podrán desarrollarse las cosas tarde o temprano con Marte como con cualquier lugar donde lleguemos.
            En particular si hay metas económicas.
            Las nuevas constelaciones de satélites que se están desplegando, así intempestivamente, son solo un ejemplo más.
            Parafraseando a alguien que dijo:
            – Si descubren que llueven diamantes en Neptuno, Trump, u otros, dirán: Hace falta más democracia en Neptuno…
            Esto es más o menos lo que me temo.

      1. Me imagino que el post con los enlaces saldrá luego…se ha quedado en el limbo,… bueno, el caso es que ya se hace así, RobertH, esto proviene de un Decadal Survey donde se concluyó que la recogida de muestras marcianas era una misión prioritaria…

  5. Qué interesante va a resultar la toma de decisiones de dónde dejar las muestras y luego la misión posterior europea para rescatarlas y llevarlas al cohete. De verdad, para espaciotrastornados de pro.
    Y las imágenes del cohete despegando de Marte va a ser histórica.

  6. Me encanta el esquema de la misión MSR de la ESA!! Es como un circuito eléctrico o hidráulico entre la Tierra y Marte.

    Y por que no dirigir la recolección de muestras desde la órbita marciana, con una estación tipo Gateway dotada de un excelente exolaboratorio. Sin la necesidad de enviar personas a la superficie. Desde la órbita podría estudiarse multitud de áreas en busca del lugar más adecuado para el establecimiento de una futura base.

    Ya le saco punta al lápiz para dibujar el croquis de ese complejo esquema. 🙂

  7. Creo que la industria espacial debería salir de la manufacturación artesanal y adentrarse en la reutilización más allá del transporte y fabricación en masa mediante la generalización.
    Un Falcon 9 cuesta 50-60M$ el lanzamiento y permiten enviar 4T a Marte. Eso es mucho más de la masa que constará el rover europeo de 120Kg. Acaso no hay misiones interesantes para hacer con 4T disponibles? Sondas adicionales, etc. Al final lo que cuesta es el desarrollo de las misiones. Quizás nos vendría bien incentivar más el riesgo, y la generalización, para no tener que diseñar los diferentes aspectos una y otra vez. Diseñar pensando en la polivalencia (que sirva para la luna o Encélado). Y diseñar la tecnología, no como un arte, sino como una ciencia bien documentada. Y establecer un compromiso de compra de la tecnología para que si han pasado 50 años (por ejemplo), seamos capaces de construir un Saturno V, un lander, o un traje espacial, aunque no fuera rentable, pudiéramos construirlo. Quizás no sean los mejores ejemplos a rescatar del pasado.

  8. El segmento que más problemático me parece es la recogida y envío a órbita de las muestras. Si el frenado del SRL se hace mediante paracaídas, la precisión es menor que en un aterrizaje propulsado. Además, hay fenómenos atmosféricos poco previsibles – vientos, polvo – que pueden afectarla, y también degradar el rendimiento de los paneles… No acabo de entender que la UE carezca de «la tecnología» para fabricar un RTG. De lo que carece es de plutonio, pero seguro que se puede pedir una pastilla por ahí, incluso a Rusia. O bien el módulo RTG completo, listo para ser integrado. Una fuente de energía que permitiría tomarse todo el tiempo necesario para recoger las muestras. Que son el meollo de la misión.

    Y hay otros muchos puntos críticos… Desde luego, con éste diseño, los «siete minutos de terror» del skycrane van a parecer una tontería…

    1. ¿China tiene algo que ver con las sanciones hacia Rusia? ¿No? Pues eso explica los RTGs de las Chang’e…

      En cuanto a la UE :
      danielmarin.naukas.com/2014/12/04/por-que-philae-no-lleva-un-generador-de-radioisotopos/

      Más info :
      danielmarin.naukas.com/2013/10/02/por-que-las-sondas-espaciales-usan-plutonio-guia-casera-para-fabricar-tu-propio-generador-de-radioisotopos/

    2. Europa dispone de todo lo necesario para disponer de sus propios RTG. Es cuestión de dinero y de voluntad política, sobre todo por parte de Francia, que es una potencia nuclear militar (el Reino Unido también lo es, pero no conviene contar con los británicos para un asunto como ese, pues se limitan a ser fieles siervos de EEUU y véase lo del Brexit).

      El problema es que tanto la UE como la ESA no son entidades estatales ni federales, sino organizaciones multinacionales y los estados-nación que las forman son muy celosos de sus últimos espacios de soberanía. Para hacer RTG o tienes un gobierno francés muy “europeísta” que ponga su poder nuclear al servicio de una Europa federal, o tienes una Comisión Europea muy decidida que lance su propio programa al respecto. Pero de momento, en este como en otros temas, la UE sigue siendo un caracol político.

  9. ¿Quien dijo complicado?. Es una misión muy interesante para un segundo retorno de muestras, pero creo que deberían empezar por enviar solo el MSR con el MAV y un sistema para recoger muestras in situ.

    FDT: Por cierto habemus Raptor, (hay esperanza).

Deja un comentario

Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 30 mayo, 2019
Categoría(s): ✓ Astronáutica • ESA • Marte • NASA • Sistema Solar