Una misión alternativa para traer muestras de Marte con el cohete SLS de Boeing

Por Daniel Marín, el 12 mayo, 2024. Categoría(s): Astronáutica • ESA • Marte • NASA ✎ 129

La misión MSR (Mars Sample Return) para traer a la Tierra las muestras marcianas recogidas por el rover Perseverance se encuentra actualmente paralizada. La misión es la más compleja y ambiciosa jamás concebida más allá de la Luna, pero la NASA no puede ni quiere gastarse más de ocho mil millones de dólares para retornar las muestras en 2040 (o más tarde). Como resultado, la agencia espacial ha abierto una ronda de consultas entre la comunidad científica y la industria estadounidense para buscar alternativas. Lógicamente, las grandes empresas aeroespaciales se han apresurado para proponer sus ideas. La última, de Boeing, que ha decidido recuperar un concepto de hace una década para «salvar» la misión MSR.

Propuesta de sonda de retorno de muestras de Boeing, un concepto de 2014 (Boeing).

La propuesta de Boeing se basa en una realidad: la misión MSR podría simplificarse desde el punto de vista logístico con un lanzador más potente. Para traer a la Tierra los tubos de muestras de Perseverance serán necesarias dos sondas espaciales adicionales: SRL (Sample Retrieval Lander) y ERO (Earth Return Orbiter), esta última aportada por la Agencia Espacial Europea (ESA). Las dos sondas usarían lanzadores convencionales, pero la arquitectura sería más sencilla si las dos sondas se fusionasen en un gran vehículo con un único lanzamiento. Por otro lado, esta propuesta no es nueva: ¡Boeing ya publicó la misma idea en 2014, nada más y nada menos!

Árbol de decisión del proyecto MSR con el que Boeing te quiere demostrar que un lanzamiento es mejor que dos (Boeing).
Zona de muestras de Perseverance en el cráter Jezero (el resto las lleva el rover) (Boeing).

El concepto de Boeing se basa en usar una gran sonda espacial de 25 toneladas (24 689 kg) en total. La sonda aterrizaría en el cráter Jezero usando un escudo térmico desplegable de tipo HIAD (Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator) de 4,2 toneladas. Tras posarse empleando los motores de la etapa de descenso (de 8,8 toneladas), Perseverance se acercaría hasta la sonda y transferiría los 28 tubos de muestras usando un gran brazo robot. En caso de que Perseverance estuviese fuera de servicio, la sonda llevaría un pequeño rover como redundancia. Los tubos se colocarían en el extremo del cohete MAV (Mars Ascent Vehicle), que sería un cohete mucho más grande que el que debe llevar la actual sonda SRL. Este «súper-MAV» de 11,5 toneladas, a base de propergoles hipergólicos tradicionales (derivados de la hidrazina y el tetraóxido de dinitrógeno), viajaría directamente hacia la Tierra en mayo de 2035 y, una vez cerca de nuestro planeta, soltaría la cápsula de 200 kg, que aterrizaría en Estados Unidos en noviembre de 2035, tras 198 días de vuelo interplanetario.

Arquitectura de la misión de retorno de muestras de Boeing con un lanzamiento del SLS (Boeing).
Detalle de la sonda y el MAV (Boeing).

La cápsula sería diseñada para sobrevivir a la reentrada y el aterrizaje en la Tierra incluso si falla el paracaídas o no se puede controlar mientras atraviesa la atmósfera. Por supuesto, viniendo de Boeing, el lanzador encargado de lanzar esta megasonda a Marte sería el SLS (Boeing es el contratista principal de este cohete). De hecho, habría un margen de carga útil de 6 toneladas para una misión de este tipo, así que hay espacio para que la sonda crezca en masa (algo que siempre ocurre al concretar un diseño). Boeing espera además realizar una segunda misión de retorno de muestras con esta arquitectura de cara a una misión tripulada para analizar las propiedades del suelo y su toxicidad, así que no se trataría de un único esfuerzo y la inversión podría rentabilizarse en el marco de un programa marciano tripulado.

Masa de la sonda y sus partes (Boeing).
Características energéticas del MAV (Boeing).
Propuesta de retorno de muestras de Marte de Boeing de 2014. Busca las diferencias con el concepto actual (Boeing).

Naturalmente, es fácil quedarse con la idea de que esta misión es un simple intento de Boeing por vender su SLS y disponer así de otro proyecto en el que este costosísimo lanzador pueda justificar su existencia más allá del programa Artemisa. Y estaríamos en lo cierto, pero no olvidemos que Boeing lleva décadas estudiando misiones tripuladas a Marte que hacen uso de vehículos de aterrizaje hipergólicos y escudos térmicos inflables HIAD. De hecho, es fácil ver que la etapa de descenso de esta misión de retorno de muestras guarda similitudes con la propuesta de módulo tripulado marciano de Boeing de 2013. La empresa tiene por tanto bastante experiencia en estudios teóricos relacionados con hacer aterrizar grandes naves en Marte.

Módulo tripulado marciano con un escudo térmico inflable. Propuesta de 2013 (Boeing).
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Módulo de aterrizaje marciano propuesto por Boeing en 2013 (Boeing).

Sea como sea, no está nada claro que esta propuesta sea más barata que la actual arquitectura de la NASA. Aquí podríamos insertar el enésimo chascarrillo sobre los sobrecostes del programa SLS o el desastre de empresa en el que se ha convertido Boeing a muchos niveles, con especial énfasis en la debacle del 737 Max y los, ejem, cuestionables controles de calidad con otras aeronaves como el 787, pero más allá de todo eso, lo importante es que no es nada, pero nada barato desarrollar un escudo térmico inflable para una sonda de 25 toneladas, además de un rover para recoger muestras, un MAV gigante de 11,5 toneladas, así como una cápsula de retorno de muestras que tiene que cumplir con unos requisitos exquisitos de contaminación planetaria.

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Otra vista de la nave marciana con el escudo térmico hinchable (Boeing).
Hábitat marciano de Boeing de 2013 (Boeing).

Simplemente no veo cómo esta propuesta podría costar menos de ocho mil millones de dólares. La única ventaja de la idea de Boeing es el tiempo: con un único lanzamiento sí que sería más sencillo tener antes las muestras en la Tierra. La otra cuestión es, ¿dónde queda la ESA en todo este tinglado? Recordemos que la NASA abrió la puerta a una participación relevante de la ESA no por motivos caritativos, sino precisamente para reducir el coste de la misión. ¿Estaría dispuesta la ESA a abandonar todo el trabajo realizado en la sonda ERO y otros sistemas de la sonda SRL para jugar un papel nulo o menos relevante en una misión así? La respuesta, obviamente, es afirmativa, dado el carácter servil y sumiso de la agencia europea frente a la NASA en estos últimos años (y, aun así, nuestros jefes en Artemisa siguen sin darnos una plaza en una misión de alunizaje), pero la duda es si la NASA sería capaz de sacar adelante esta misión sin una importante contribución europea. Y los plazos son muy justos.

Busca las diferencias.

Referencias:



129 Comentarios

  1. Bueno esas muestras tendran que quedarse en marte hasta… siempre, y la verdad semejante gasto y complejidad para unas muestras que al final no aporten nada nuevo, me parece incluso mas ridiculo que Artemis.

    Hay que esperar como les va a los chinos con su tianwen 3, al igual que su programa lunar parece mucho mas real en su logistica , ademas de no tener esas pelotudeces de restricciones de contaminacion planetaria y demas…

    1. Si las muestras de la NASA no van a aportar nada nuevo, por qué las de China sí iban a aportar algo.
      La logística de la misión china es tan compleja como la de la NASA o más.

      1. No me lo invento. La gravedad con que afecta hay que compararla. Comparado con usar un cohete mediano reutilizable, afecta gravemente.
        Y comparado con la respiración de un humano,… no te digo🙂

    2. @andresito casla
      Viejo, estas son las primeras muestras geologicas de un delta creado por un cuerpo liquido FUERA DE LA TIERRA, hace 60 años cualquiera se reirian en la cara de uno de solo decirlo, hoy tenemos una.

  2. Yo no me incomodaría tanto con esta misión , esperen que los chinos lleguen a la luna en 2030 , hagan sus cosas y a los 5 -10 años máximo ya saldrán ellos para Marte y traerán todo lo que haga falta !

  3. Sería bastante triste que nos diesen en los morros otra vez sin responder.
    La verdad, yo que la ESA me sumaría a los planes de la base lunar China, a ver si en la administraciones de EEUU empiezan a abrir los ojos de una vez y a cuidar las colaboraciones en materia espacial.

  4. «esta misión es un simple intento de Boeing por vender su SLS»
    No puede decirse más claro.
    Lo único que salvaría de esto sería el escudo térmico inflable, para ahorrar propelentes en el aterrizaje en Marte.

    La única ventaja que le veo a una solución como esta es la de que ahorra el esfuerzo de pensar y desarrollar algo más eficaz que use menos fuerza bruta y menos recursos. Es decir: como ha funcionado la propulsión química, sigamos usándola a lo grande. Pero ya hemos visto durante 60 años que así no avanzamos, por varios motivos:

    – Lanzar monstruos desde el suelo terrestre es una monstruosidad que afecta gravemente a la biosfera.
    – La propulsión química requiere mucha masa que cuesta mucho acelerarla y frenarla.
    – No podemos reponer esa fuente de energía en el espacio.

    Pienso que deberíamos limitar el uso de la propulsión química para lo único en que es imprescindible:
    – Alcanzar la órbita más baja posible.
    – Aterrizar donde no se pueda aerofrenar.
    – Cambios rápidos de dirección en el espacio.

    Para viajar más allá de LEO, lo ideal es la propulsión solar eléctrica, que requiere poquísima masa de propelente y porque la fuente de energía es constante y renovable. Lleva mucho más tiempo alcanzar la velocidad de crucero, vale, pero las máquinas pueden soportar estar mucho tiempo en el espacio.

    Para este caso, se podrían lanzar a LEO las etapas necesarias mediante cohetes medianos bien probados, baratos y recuperables, como el F9, ensamblarlas ahí, e ir y volver a la órbita marciana con propulsión eléctrica. El cohete de ascenso con las muestras sería pequeño, como estaba previsto, porque solo tendría que alcanzar la órbita marciana para entregarlas a la misma nave en que vino, que esperaría en la órbita marciana para volver a la órbita terrestre con ellas.

      1. No me lo invento. La gravedad con que afecta hay que compararla. Comparado con usar un cohete mediano reutilizable, afecta gravemente.
        Y comparado con la respiración de un humano,… no te digo🙂

      2. Es verdad que ciertas emisiones de partículas y gases a partir de los 40km de altura pueden tener consecuencias aún no del todo claras, pero las emisiones globales de los lanzamientos no dejan de ser, en comparación con otras (por ejemplo, de la industria aeronáutica) anecdóticas.

        1. No es comparable con la aeronáutica, como no es comparable con la respiración de toda la humanidad. Si se lanzaran tantos cohetes como aviones tendríamos un enorme problema ambiental.

          1. Obviamente.
            Hay unos 120000 vuelos diarios.
            Sólo para igualar emisiones harían falta unos 200 lanzamientos diarios. Creo que en 2023 fueron 243 lanzamientos en todo el año…

          2. «Nunca se van a lanzar tantos cohetes como aviones»
            Y menos mal, porque si fuera por los más fanáticos de los cohetes, comunicarían con ellos el planeta con vuelos punto a punto.

          3. Eso es inviable, fisivi.
            Yo también deseo ser multimillonario, a nivel fanático extremista, y no lo consigo ni de coña.

    1. Fisivi , la propulsión química no afecta caso nada a la atmósfera, es evidente.
      A los que os gusta tanto hablar de propulsión iónica/ plasma tenéis que entender que es solo auxiliar y muy secundaria, que llevamos 50 años desde el SERT y que ninguno de los proyectos que hay en marcha hasta más allá de 2040 la usa en serio.

      1. Roger,… no entiendo qué problema tienes con la propulsión SEP. Para movimiento de cargas por el sistema solar interior se va a imponer, ya sea por sí sola o en combinación con la propulsión química, según cada caso concreto. ¿qué hay de malo en ello?

        1. Veo que ese tipo de propulsión tiene tantos fans como SpaceX y en mi opinión demasiado optimistas.
          Con un impulso específico muy alto pero empuje muy bajo solo puedes usarla para orientar/ estabilizar la posición de naves grandes o propulsar LENTAMENTE una songs pequeña; te ahorras masa pero sacrificando tiempo.
          Tu puedes lograr un delta V de 5 km/s con estos sistemas en sondas pequeñas tras hacerlos funcionar un año ( ese mismo cambio lo logra un motor químico en un minuto) por eso hasta ahora solo ha sido significativo en sondas pequeñas a asteroides o cometas.
          Otro problema es la alimentación de esos sistemas ( 2kw/decenas de miliN ) que son ineficaces lejos del Sol y no tienen otra fuente ligera ( no valen baterías cuya densidad de energía es mínima; ni cualquier posible reactor nuclear que es una máquina térmica- mamotreto superpesado con rendimiento bajo-).
          Por eso la propulsión iónica/ plasma solo sería auxiliar.

          1. La prueba es que desde el SERT de los años 70 lo han usado pocas sondas y solo para acelerar lentisimamente , ninguna con maniobras como el frenado, aterrizaje o escape.
            El VSMIR lleva 20 años en desarrollo y ahí está!

          2. Pero están previstos motores más potentes, como los AEPS de la Gateway. La Gateway no es un bicho «pequeño» precisamente. O mira la propia ERO de esta misión de recogida de muestras.
            Tampoco necesitas más para mover cargas en el entorno lunar y marciano. Incluso la NASA tiene estudios donde (supuestamente) la propulsión míxta SEP química funciona mejor para el viaje a Marte que sólo química.
            No veo por qué hay que elegir.

          3. No hablo de elegir.
            Los motores iónicos o de plasma me parecen bien pero veo que tendrán un uso muy limitado durante bastante tiempo y solo me gustaría que los fans de esos motores vean sus limitaciones y dejen de fantasear.

          4. Bueno, a ver… Desde lo ya lejanos tiempos del vehículo de demostración SERT a mediados de los 60 del siglo pasado, la realidad es que el número de sondas y satélites que usan propulsión eléctrica no ha parado de crecer. Dejando a un lado los satélites Starlink y algunos otros satélites, la propia estación espacial china hace uso de propulsión iónica (también usa propulsores químicos, pero dispone de cuatro motores iónicos), como también lo hace la futura Gateway. Así mismo, la sonda de investigación oceánica GOCE usó esta propulsión.

            En el espacio interplanetario, y creo que no me salto ninguna misión (corregidme en tal caso), las que usan o han usado propulsión iónica son las siguientes:

            – Deep Space 1
            – Hayabusa 1 y Hayabusa 2
            – Smart 1
            – Dawn
            – LISA Pathfinder
            – Bepi Colombo
            – DART
            – Psyche

            La ventaja de la propulsión iónica en sondas interplanetarias es obvia: sí, su aceleración es muy lenta, pero al ser el empuje constante se alcanzan altas velocidades que, de usar propulsión química, exigirían altas razones de masa y lanzadores más potentes. Y al no tener que cargar con cientos de kilos de combustible químico pueden ser más ligeras o llevar más carga científica. En cuanto al desgaste que sufren este tipo de motores, se trata sobre todo de una cuestión tecnológica, no de problema de ciencia base, y los actuales motores iónicos son mucho más eficientes que los de hace dos décadas. Por ejemplo, el propulsor experimental NEXT se la NASA ha operado de forma continua durante más de 48.000 horas (esto es, 2.000 días o 5 años y medio) consumiendo 870 kilogramos de xenon, que de haber empleado un propulsor químico convencional habría exigido unas 10 toneladas de propulsantes. Las partículas cargadas del NEXT alcanzan velocidades de 145.000 km/h, por lo que, aunque el empuje sea minúsculo, la velocidad final es muy alta.

            De heho, la propulsión iónica está presente ya hasta en los nanosatélites y las nanosondas planetarias, y en enero de 2023 la empresa española IENAI SPACE, en colaboración con el CSIC, puso en órbita con un lpha de la empresa americana Firefly dos picosatélites (satélites con pesos inferiores a 1 kilo) que equiparon los demostradores tecnológicos del motor ATHENA (‘Adaptable THruster based on Electrospray powered by NAnotechnology’) con el fin de demostrar la viabilidad de su uso para desorbitar de forma controlada estos pequeños satélites.

            https://www.imb-cnm.csic.es/es/noticias-divulgacion/noticias/el-primer-propulsor-espacial-de-nanosatelites-espanol-con-tecnologia

            Esto significa que en el futuro a medio plazo vamos a ver nuevas misiones planetarias propulsadas por sistemas eléctricos de distinta tecnología. Agencias espaciales importantes como la de la India, u otras nacionales como la de Corea del Sur, o incluso menores como podría ser la nuestra, podrán plantearse el envío de misiones a, por ejemplo, los cuerpos del cinturón de asteroides o a la órbita marciana por una fracción del coste de una misión similar actual simplemente usando mini y nanosondas basadas en plataformas de nanosatélite propulsadas por motores iónicos y puestas en órbita por versiones mejoradas de lanzadores ligeros como el RFA One o el Miura 5. Simplemente, una vez en LEO, esas sondas empezarían a trazar órbitas más altas usando sus propulsores iónicos, en trayectorias espirales, hasta alcanzar la velocidad de escape y seguir acelerando.

            En este sentido hay una propuesta denominada MARS-CAT (Mars Array of Ionospheric Thruster) que propone el envío de dos 6U cubesats (esto es, formadas por 6 unidades modulares) para estudiar la atmósfera marciana.

            Evidentemente, usar la propulsión eléctrica (iones, plasma) para naves interplanetarias tripuladas que vean recortada drásticamente la fase de crucero es algo que todavía requiere de importantes avances tecnológicos, pero nada que no se pueda hacer con tiempo y dinero, aunque la cuestión real es si de verdad necesitamos vuelos interplanetarios tripulados de coste cienmilmillonario para avanzar en el conocimiento de nuestro Sistema Solar.

          5. Efectivamente y para no repetir , ya he dicho que estoy de acuerdo en el uso de propulsores iones/plasma para orientación, pequeñas sondas y satélites.
            Los más avanzados presentan una relación 40 kw/1 a 2 N . y eso es el hándicap: ¿ cómo lo alimentas con poca masa?
            Las pruebas terrestres como la que indicas o las que se hacen con el VSMIR no son representativas porque se alimentan con generadores eléctricos masivos que están en el suelo.
            Pero allí arriba es otro cantar; ¿paneles solares masivos que tienen límites reales de 1 a 2 U.A. para alimentarse eficazmente? ¿ reactores nucleares masivos que convierten calor en electricidad con un rendimiento muy bajo vía ciclos termodinámicos como los que se usan en el suelo?
            Ese es el problema , el problema es la fuente de energía no el motor .
            De ahí el éxito de la propulsión química, la energía está almacenada en el combustible.
            Por eso llevamos en astronáutica 65 años con esos motores…. y lo que nos queda!

          6. Bueno, no veo demasiado problema, para pequeñas sondas planetarias se usará propulsión eléctrica-solar y para sondas más grandes o dirigida ñs al sistema solar exterior propulsión eléctrico-nuclear, hay propuestas a montones (dinero, no tanto).

            Estamos hablando de un sistema probado y eficiente dentro de límites racionales y con la tecnología actual. Ya en fantasías tripuladas en las que no creo no me meto (ah, y el VASIMR me parece una fantasía, para funcionar como se prete necesita reactores nucleares con potencias de cientos de megavatios).

      1. De acuerdo. Hoy por hoy es más simple y barato.

        Pero si no importase tanto las prisas de traer muestras antes que China, pienso que compensaría desarrollar una solución con propulsión iónica desde LEO. El ahorro de masa de propelente quizá permitiría simplificar la misión enviando a LEO todo que tenga que aterrizar en Marte, con la ventaja de que se usaría el mismo propulsor para llevar esa carga que para traer las muestras.

        Es cuestión de tiempo y de un desarrollo que serviría para muchas misiones en el sistema solar interior.

  5. 13 mayo, 2024 a las 8:29 am
    Yo no me incomodaría tanto con esta misión , esperen que los chinos lleguen a la luna en 2030 , hagan sus cosas y a los 5 -10 años máximo ya saldrán ellos para Marte y traerán todo lo que haga falta !

  6. Escribe Policarpo: “Ahora mismo, quizás el objetivo prioritario sería encontrar empresas no relacionadas con los gobiernos, que trabajen bien (y barato), cuyo objetivo prioritario no fuera esquilmar las arcas del Estado. Entonces posiblemente, el presupuesto cunda más”.

    Desconozco si las empresas espaciales privadas cuentan con financiación que no sea estatal. El caso es que la ciencia es un factor cultural de primer orden y se bate en la primera línea de batalla de las “guerras culturales” que hacen de la identidad su emblema. Así, China, Rusia, Europa y Estados Unidos se perciben como identidades rivales que pueden establecer alianzas en proyectos coyunturales o bien pueden atrincherarse en estrategias hostiles respecto de las otras identidades.

    Argumentar que la ciencia en general y la industria espacial en particular no participan en la pugna cultural identitaria me parece un error. Será bueno desinflar esta pugna y establecerla en un marco racional y de colaboración internacional

    1. Perdón. No lo expresé claramente. Lo que critico es que las empresas grandes como Boeing y Airbus se llevan los contratos, porque tienen relaciones estrechas con los políticos. Por eso, Space-X lo ha tenido tan difícil para representar una alternativa a Boeing.

      En EEUU han dejado entrar a una empresa nueva (Space-X) dentro del mercado, y les ha ido bien. Space-X es una empresa que tiene objetivos mayores que las de maximizar beneficios. Quiere llevar el hombre a Marte. Algo difícil y que les obliga a pensar mucho más y ser más efectivos, que la competencia. Space-X no son los mejores porque quieren ser los más ricos, sino que son los mejores porque es la única manera de conseguir sus sueños : llegar a Marte.

      En Europa vamos detrás. Y necesitamos empresas que miren algo más que el beneficio económico y posiblemente empresas que no coticen en bolsa, para evitar la corrupción de los propósitos. No basta con poner concursos, para que exista la competencia como Space-X. Es necesario poner un pavimento adecuado para que puedan desarrollarse nuevas empresas. Y necesitamos la suerte de encontrar un Elon Musk en Europa (sus características positivas). Tengo dudas de si podríamos encontrarlos aunque pusiéramos concursos públicos para encontrarlo, con retos para nuevas empresas y otorgarles contratos adecuados a su tamaño.

  7. En relación a mi comentario anterior, añado una apostilla final. La proliferación de las identidades particulares y regionales configura un mundo centrado en el folklore y la exaltación localista de leyendas, hazañas y fracasos. La potencia de lo local es evidente, incluso provoca la fragmentación de naciones e imperios, es un hecho que no conviene tomarlo a broma. De la mano del folklore veremos a medio plazo un conjunto de reclamaciones culturales identitarias que si no se canalizan bien en una red internacional de acuerdos sólidos sacudirá el planeta con ruido y furia. Parece razonable pedirle a las agencias espaciales internacionales que hagan un esfuerzo por colaborar en proyectos comunes que sirvan de modelo y ejemplo pacífico para la sociedad civil. Esto ayudaría a convivir sin guerras ni conflictos serios con las tendencias folklóricas de las naciones, pueblos y clanes.

  8. OT.

    ¿Alguien sabe cómo se «encuentra» la Parker Solar Probe tras «comerse» parte de las cinco eyecciones de masa coronal del Sol de esta semana? Porque han sido de las gordas, gordas, y la Parker está casi rozando el Sol…

    1. La sonda solar Parker, diseñada para aguantar esos “golpes”, esta en medio de una serie de inmersiones a traves de la atmosfera exterior del Sol. En estos momentos se encuentra en la parte mas externa o alejada de su orbita. Tiene una perspectiva unica del evento de las eyecciones de masa de la corona de estos dias pasados, pero los datos recopilados se van a tardar en llegara a la Tierra. Se espera que esa misma masa coronal se estrelle contra Marte en los proximos dias (la “pelota” pasaria a la nave espacial MAVEN de la NASA).
      El ciclo solar no ha alcanzado su punto maximo pero lo hara este año, eso debido a la cantidad de manchas solares que se estan presentando, sin embargo las tormentas más grandes suelen ocurrir meses o años después de este pico maximo. Esto no termina ahi: a medida que avanza el ciclo solar, las manchas solares tienden a aparecer más cerca del ecuador del Sol, lo que aumenta las posibilidades de eyecciones de masa coronal que se dirigirán directamente a la Tierra en lugar de al espacio.

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Por Daniel Marín, publicado el 12 mayo, 2024
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