ExoMars (Exobiología en Marte) es un programa de astrobiología de la Agencia Espacial Europea (ESA).
Los objetivos de ExoMars son buscar señales de vida pasada en Marte , [1] [2] investigar cómo varía el agua y el ambiente geoquímico marcianos, investigar los gases traza atmosféricos y sus fuentes y, al hacerlo, demostrar las tecnologías para una futura misión de retorno de muestras a Marte . [3]
La primera parte del programa es una misión lanzada en 2016 que colocó el Trace Gas Orbiter en órbita alrededor de Marte y liberó el módulo de aterrizaje Schiaparelli EDM . El orbitador está operativo, pero el módulo de aterrizaje se estrelló en la superficie del planeta. La segunda parte del programa estaba prevista para su lanzamiento en julio de 2020, cuando el módulo de aterrizaje Kazachok habría llevado al rover Rosalind Franklin a la superficie, en apoyo de una misión científica que se esperaba que durara hasta 2022 o más. [4] [5] [6] El 12 de marzo de 2020, se anunció que la segunda misión se retrasaría hasta 2022 como resultado de problemas con los paracaídas, que no pudieron resolverse a tiempo para la ventana de lanzamiento.
El Orbitador de Gases Traza (TGO) y un módulo de aterrizaje estacionario de prueba llamado Schiaparelli fueron lanzados el 14 de marzo de 2016. [7] El TGO entró en la órbita de Marte el 19 de octubre de 2016 y procedió a mapear las fuentes de metano ( CH 4 ) y otros gases traza presentes en la atmósfera marciana que podrían ser evidencia de posible actividad biológica o geológica. El TGO cuenta con cuatro instrumentos y también actuará como un satélite de retransmisión de comunicaciones. El módulo de aterrizaje experimental Schiaparelli se separó del TGO el 16 de octubre y fue maniobrado para aterrizar en Meridiani Planum , pero se estrelló en la superficie de Marte. [8] El aterrizaje fue diseñado para probar nuevas tecnologías clave para entregar de manera segura la posterior misión del rover. [9]
En junio de 2023, un módulo de aterrizaje de Roscosmos llamado Kazachok ("pequeño cosaco", en referencia a una danza folclórica), [10] debía llevar al rover Rosalind Franklin de la ESA a la superficie marciana. [5] [11] [12] [13] El rover también incluiría algunos instrumentos construidos por Roscosmos. Las operaciones y comunicaciones de la segunda misión habrían sido dirigidas por el Centro de Control de Rover de ALTEC en Italia. [14]
El 17 de marzo de 2022, la ESA suspendió la misión debido a la invasión en curso de Ucrania por parte de Rusia . [15] La ESA espera que sea poco probable que se reinicie la misión, utilizando una nueva plataforma de aterrizaje no rusa, antes de 2028. [16] A partir de abril de 2024, la misión recibió nueva financiación para reiniciar la construcción y entrega del rover Rosalind Franklin y la NASA acordó proporcionar el lanzamiento, actualmente programado para fines de 2028. [17]
Desde su creación, ExoMars ha pasado por varias fases de planificación con varias propuestas de módulos de aterrizaje, orbitadores, vehículos de lanzamiento y planificación de cooperación internacional, [18] como la extinta Iniciativa Conjunta de Exploración de Marte (MEJI) de 2009 con los Estados Unidos. [19] [20] Originalmente, el concepto de ExoMars consistía en un gran rover robótico que formaba parte del Programa Aurora de la ESA como misión insignia y fue aprobado por los ministros de la Agencia Espacial Europea en diciembre de 2005. Originalmente concebido como un rover con una estación terrestre estacionaria, ExoMars estaba previsto que se lanzara en 2011 a bordo de un cohete ruso Soyuz Fregat . [21]
ExoMars comenzó en 2001 como parte del programa Aurora de la ESA para la exploración humana de Marte. [22] Esa visión inicial requería un rover en 2009 y más tarde una misión de retorno de muestras de Marte . [22] Otra misión destinada a apoyar el programa Aurora es una misión de retorno de muestras de Fobos. [22] En diciembre de 2005, las diferentes naciones que componen la ESA dieron su aprobación al programa Aurora y a ExoMars. [23] Aurora es un programa opcional y cada estado puede decidir en qué parte del programa quiere participar y en qué medida (por ejemplo, cuántos fondos quiere invertir en el programa). [23] El programa Aurora se inició en 2002 con el apoyo de doce naciones: Austria, Bélgica, Francia, Alemania, Italia, Países Bajos, Portugal, España, Suecia, Suiza, Reino Unido y Canadá [23]
En 2007, la empresa tecnológica canadiense MacDonald Dettwiler and Associates Ltd. (MDA) fue seleccionada para un contrato de un millón de euros con EADS Astrium de Gran Bretaña para diseñar y construir un prototipo de chasis para el explorador de Marte para la Agencia Espacial Europea. Astrium también fue contratada para diseñar el explorador final. [24]
En julio de 2009, la NASA y la ESA firmaron la Iniciativa Conjunta para la Exploración de Marte , que proponía utilizar un lanzador de cohetes Atlas en lugar de un Soyuz, lo que alteró significativamente el marco técnico y financiero de la misión ExoMars. El 19 de junio, cuando todavía se planeaba que el rover fuera transportado a bordo del Mars Trace Gas Orbiter , se informó de que un posible acuerdo exigiría que ExoMars perdiera peso lo suficiente para caber a bordo del vehículo de lanzamiento Atlas con un orbitador de la NASA. [25]
Luego, la misión se combinó con otros proyectos para formar una misión de múltiples naves espaciales dividida en dos lanzamientos Atlas V : [26] [27] el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) se fusionó con el proyecto, llevando a cuestas un módulo de aterrizaje meteorológico estacionario programado para su lanzamiento en enero de 2016. También se propuso incluir un segundo rover, el MAX-C .
En agosto de 2009 se anunció que la Agencia Espacial Federal Rusa (actualmente Roscosmos) y la ESA habían firmado un contrato que incluía la cooperación en dos proyectos de exploración de Marte: el proyecto ruso Fobos-Grunt y el proyecto ExoMars de la ESA. En concreto, la ESA se aseguró un cohete ruso Proton como "lanzador de respaldo" para el explorador ExoMars, que incluiría piezas de fabricación rusa. [28] [29]
El 17 de diciembre de 2009, los gobiernos de la ESA dieron su aprobación final a una misión de exploración de Marte en dos partes que se llevaría a cabo con la NASA, confirmando su compromiso de gastar 850 millones de euros (1.230 millones de dólares) en misiones en 2016 y 2018. [30]
En abril de 2011, debido a una crisis presupuestaria, se anunció una propuesta para cancelar el rover MAX-C que lo acompañaba y volar solo un rover en 2018 que sería más grande que cualquiera de los vehículos en el concepto emparejado. [31] Una sugerencia fue que el nuevo vehículo se construiría en Europa y llevaría una mezcla de instrumentos europeos y estadounidenses. La NASA proporcionaría el cohete para llevarlo a Marte y proporcionaría el sistema de aterrizaje con grúa aérea . A pesar de la reorganización propuesta, los objetivos de la oportunidad de la misión de 2018 se habrían mantenido en general iguales. [31]
En virtud del presupuesto para el año fiscal 2013 que el presidente Obama publicó el 13 de febrero de 2012, la NASA puso fin a su participación en ExoMars debido a recortes presupuestarios para pagar los sobrecostos del telescopio espacial James Webb . [32] [33] Con la financiación de la NASA para este proyecto completamente cancelada, la mayoría de estos planes tuvieron que ser reestructurados. [20] [34]
El 14 de marzo de 2013, representantes de la ESA y la agencia espacial rusa (Roscosmos) firmaron un acuerdo en el que Rusia se convirtió en socio de pleno derecho. Roscosmos suministrará a ambas misiones vehículos de lanzamiento Proton con etapas superiores Briz-M y servicios de lanzamiento, [35] así como un módulo adicional de entrada, descenso y aterrizaje para la misión del rover en 2018. [5] En virtud del acuerdo, Roscosmos recibió tres condiciones: [36]
La ESA había limitado originalmente el coste de los proyectos ExoMars a 1.000 millones de euros ( 1.300 millones de dólares ), pero la retirada de la agencia espacial estadounidense ( NASA ) y la consiguiente reorganización de las empresas probablemente añadirán varios cientos de millones de euros a la suma recaudada hasta ahora. [12] Así que en marzo de 2012, los estados miembro encargaron al ejecutivo de la agencia que estudiara cómo se podría compensar este déficit. [39] Una posibilidad es que otras actividades científicas dentro de la ESA tengan que dar un paso atrás para hacer de ExoMars una prioridad. [12] [40] En septiembre de 2012 se anunció que los nuevos miembros de la ESA, Polonia y Rumanía, contribuirán con hasta 70 millones de euros a la misión ExoMars. [41] La ESA no ha descartado un posible regreso parcial de la NASA a la parte de 2018 de ExoMars, aunque en un papel relativamente menor. [12] [13] [42]
La financiación de Rusia a ExoMars podría ser cubierta parcialmente por pagos de seguros de 1.200 millones de rublos (40,7 millones de dólares estadounidenses) por la pérdida de Fobos-Grunt , [36] y reasignando fondos para una posible coordinación entre los proyectos Mars-NET y ExoMars. [43] [44] El 25 de enero de 2013, Roscosmos financió completamente el desarrollo de los instrumentos científicos que volarían en el primer lanzamiento, el Trace Gas Orbiter (TGO). [45]
En marzo de 2014, el constructor principal del rover ExoMars, la división británica de Airbus Defence and Space , había comenzado a adquirir componentes críticos, [46] pero la misión del rover de 2018 aún tenía un déficit de más de 100 millones de euros, o 138 millones de dólares. [46] Las ruedas y el sistema de suspensión son pagados por la Agencia Espacial Canadiense y están siendo fabricados por MDA Corporation en Canadá. [46]
La nave espacial que contenía el Trace Gas Orbiter (TGO) de ExoMars y el Schiaparelli fue lanzada el 14 de marzo de 2016 a las 09:31 UTC ( la transmisión en vivo comenzó a las 08:30 GMT [03:30 AM EDT]). [7] [47] [48] Se produjeron cuatro quemaduras de cohetes en las siguientes 10 horas antes de que se liberaran el módulo de descenso y el orbitador. Las señales del orbitador se recibieron con éxito a las 21:29 GMT del mismo día, lo que confirmó que el lanzamiento fue completamente exitoso y que la nave espacial estaba en camino a Marte. [49] Poco después de la separación de las sondas, la etapa de refuerzo superior Briz-M posiblemente explotó a unos pocos kilómetros de distancia, sin embargo aparentemente sin dañar el orbitador o el módulo de aterrizaje. [50] La nave espacial, que albergaba el Trace Gas Orbiter y el módulo de aterrizaje Schiaparelli , tomó su órbita nominal hacia Marte y aparentemente estaba en condiciones de funcionamiento. Durante las dos semanas siguientes, los controladores continuaron verificando y poniendo en funcionamiento sus sistemas, incluidos los de energía, comunicaciones, rastreadores de estrellas y sistema de guía y navegación. [51]
En enero de 2016 se anunció que la situación financiera de la misión de 2018 "podría" requerir un retraso de dos años. [52] [53] Italia es el mayor contribuyente a ExoMars, y el Reino Unido es el segundo mayor patrocinador financiero de la misión. [46]
El rover estaba programado para lanzarse en 2018 y aterrizar en Marte a principios de 2019, [54] pero en mayo de 2016 la ESA anunció que el lanzamiento ocurriría en 2020 debido a retrasos en las actividades industriales europeas y rusas y en las entregas de la carga científica. [11]
El 12 de marzo de 2020, se anunció que la segunda misión se retrasaría hasta su lanzamiento en 2022 debido a que el vehículo no estaba listo para su lanzamiento en 2020, y los retrasos se vieron agravados por las restricciones de viaje durante la pandemia de COVID-19 . [55]
El 28 de febrero de 2022, se anunció que el lanzamiento de una segunda misión en 2022 "era muy poco probable" debido a las sanciones a Rusia en respuesta a la invasión de Ucrania por parte de Rusia . [56]
El 17 de marzo de 2022, se abandonó el lanzamiento de ExoMars en la ventana de lanzamiento de 2022, con la suspensión permanente de la asociación con Roscosmos. [57] Sin embargo, en noviembre, los estados miembros de la Agencia Espacial Europea prometieron 360 millones de euros para el rover Rosalind Franklin, incluido el costo de reemplazar los componentes rusos. El rover, cuyo lanzamiento está previsto para 2028, llevará un espectrómetro de masas de próxima generación, el Analizador de Moléculas Orgánicas de Marte o MOMA. [58]
En junio de 2024, se había adjudicado un nuevo contrato por 567 millones de dólares a Thales Alenia Space para completar el ensamblaje, la integración y las pruebas de la plataforma de aterrizaje, con Airbus Defence and Space a cargo de la mecánica, la temperatura y la propulsión, y ArianeGroup proporcionando el escudo térmico. [17] El 16 de abril de 2024, la ESA anunció un memorando de entendimiento con la NASA para proporcionar el lanzamiento a fines de 2028, y que el próximo hito de la misión es la revisión preliminar del diseño en junio de 2024. [59]
Los objetivos científicos , en orden de prioridad, son: [60]
Los objetivos tecnológicos a desarrollar son:
ExoMars es un programa conjunto de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la agencia espacial rusa Roscosmos . Según los planes actuales, el proyecto ExoMars comprenderá cuatro naves espaciales: dos módulos de aterrizaje estacionarios, un orbitador y un explorador. Todos los elementos de la misión se enviarán en dos lanzamientos utilizando dos cohetes Proton de carga pesada. [12] [13] [61]
Los dos módulos de aterrizaje y el explorador se limpiarán y esterilizarán para evitar que Marte se contamine con formas de vida terrestres y también para garantizar que las biomoléculas detectadas no hayan sido traídas desde la Tierra. La limpieza requerirá una combinación de métodos de esterilización, que incluyen radiación ionizante , radiación ultravioleta y productos químicos como el alcohol etílico y el isopropílico. [62] (véase Protección planetaria ).
El Trace Gas Orbiter (TGO) es un orbitador de telecomunicaciones y una misión de análisis de gases atmosféricos que se lanzó el 14 de marzo de 2016 a las 09:31 UTC. [63] La nave espacial llegó a la órbita marciana en octubre de 2016. Trajo el módulo de aterrizaje Schiaparelli EDM de ExoMars y luego procedió a mapear las fuentes de metano en Marte y otros gases, y al hacerlo, ayudará a seleccionar el sitio de aterrizaje para el rover ExoMars que se lanzará en 2022. La presencia de metano en la atmósfera de Marte es intrigante porque su origen probable es la vida actual o la actividad geológica. A la llegada del rover en 2023, el orbitador sería transferido a una órbita más baja donde podría realizar actividades científicas analíticas, así como proporcionar al rover ExoMars un relé de telecomunicaciones. La NASA proporcionó un relé de telecomunicaciones Electra y un instrumento de navegación para garantizar las comunicaciones entre las sondas y los rovers en la superficie de Marte y los controladores en la Tierra. [5] [64] El TGO seguiría sirviendo como satélite de retransmisión de telecomunicaciones para futuras misiones terrestres hasta 2022. [65]
El módulo demostrador de entrada, descenso y aterrizaje (EDM), llamado Schiaparelli , [67] tenía como objetivo proporcionar a la Agencia Espacial Europea (ESA) y a la rusa Roscosmos la tecnología para aterrizar en la superficie de Marte. [68] Se lanzó junto con el Orbitador de Gases Traza (TGO) de ExoMars el 14 de marzo de 2016 a las 09:31 UTC y estaba previsto que aterrizara suavemente el 19 de octubre de 2016. No se recibió ninguna señal que indicara un aterrizaje exitoso, [69] y el 21 de octubre de 2016 la NASA publicó una imagen del Mars Reconnaissance Orbiter que mostraba lo que parece ser el lugar del accidente del módulo de aterrizaje. [8] El módulo de aterrizaje estaba equipado con una batería eléctrica no recargable con suficiente energía para cuatro soles . El aterrizaje suave debería haber tenido lugar en Meridiani Planum [68] durante la temporada de tormentas de polvo, lo que habría proporcionado una oportunidad única para caracterizar una atmósfera cargada de polvo durante la entrada y el descenso, y para realizar mediciones de superficie asociadas con un entorno rico en polvo. [70]
Una vez en la superficie, debía medir la velocidad y dirección del viento, la humedad, la presión y la temperatura de la superficie, y determinar la transparencia de la atmósfera. [70] Llevaba una carga útil de superficie, basada en el paquete meteorológico propuesto DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface), que consiste en un conjunto de sensores para medir la velocidad y dirección del viento (MetWind), la humedad (MetHumi), la presión (MetBaro), la temperatura de la superficie (MarsTem), la transparencia de la atmósfera (Optical Depth Sensor; ODS) y la electrificación atmosférica (Atmospheric Radiation and Electricity Sensor; MicroARES). [71] [72] La carga útil DREAMS debía funcionar durante 2 o 3 días como una estación ambiental durante la duración de la misión de superficie EDM después del aterrizaje. [68] [73]
La misión ExoMars 2022 fue planeada para su lanzamiento durante una ventana de lanzamiento de doce días a partir del 20 de septiembre de 2022, y programada para aterrizar en Marte el 10 de junio de 2023. [74] Habría incluido una etapa de crucero construida en Alemania y un módulo de descenso ruso. [75] El 28 de febrero de 2022, la ESA anunció que, como resultado de las sanciones relacionadas con la crisis ruso-ucraniana de 2021-2022 , un lanzamiento en 2022 es "muy improbable". [76] El 28 de marzo de 2022, se confirmó que el rover ExoMars estaba técnicamente listo para el lanzamiento, pero la ventana de lanzamiento de 2022 para la misión ya no es posible debido a la invasión rusa de Ucrania . [77] Se espera que el lanzamiento de una versión revisada de la misión, utilizando una nueva plataforma de aterrizaje no rusa, ocurra no antes de 2028. [16] En 2022, EE. UU. anunció su participación y dijo que proporcionaría el módulo de aterrizaje y 40 unidades de calentamiento de radioisótopos (RHU) también se mantienen reservadas para esta misión. [78]
El módulo de aterrizaje y el explorador Rosalind Franklin serán enviados a Marte dentro del módulo de descenso. El módulo de descenso estará unido al módulo portador, que proporcionará energía, propulsión y navegación. El módulo portador tiene 16 propulsores alimentados con hidracina, 6 paneles solares que proporcionarán electricidad y sensores solares y rastreadores de estrellas para la navegación. Fue desarrollado y construido por OHB System en Bremen, Alemania. El módulo portador se separará del módulo de descenso justo antes de que el resto de la nave espacial llegue a Marte. [79] [80] [81]
Antes de la cancelación de la cooperación ESA-Roscosmos en ExoMars, el plan original era utilizar el módulo de aterrizaje Kazachok, de fabricación rusa, en el que la ESA cooperó. Originalmente, Rosalind Franklin descendería del módulo de aterrizaje Kazachok a través de una rampa. Se esperaba que el módulo de aterrizaje tomara imágenes del lugar de aterrizaje, monitoreara el clima, investigara la atmósfera, analizara el entorno de radiación, estudiara la distribución de cualquier agua subterránea en el lugar de aterrizaje y realizara investigaciones geofísicas de la estructura interna de Marte. [82] Tras una solicitud de marzo de 2015 para la contribución de instrumentos científicos para el sistema de aterrizaje, [83] habrá 13 instrumentos. [84] Algunos ejemplos de los instrumentos del módulo de aterrizaje incluyen el paquete HABIT (HabitAbility: Brine, Irradiation and Temperature) , el paquete meteorológico METEO, el magnetómetro MAIGRET y el experimento LaRa (Lander Radioscience) . Se esperaba que el módulo de aterrizaje estacionario funcionara durante al menos un año terrestre, y sus instrumentos habrían sido alimentados por paneles solares. [85]
Tras la cancelación de julio de 2022, la ESA ha comenzado a trabajar en su propio módulo de aterrizaje, cuya construcción y puesta en marcha tardarán entre 3 y 4 años. Muchos de los componentes del módulo de aterrizaje de la ESA se reutilizan del módulo ruso Descent. A diferencia de Kazachok , el módulo de aterrizaje europeo no lleva paneles solares ni instrumentos científicos, y se espera que solo funcione durante unos pocos soles. [86]
El rover Rosalind Franklin de ExoMars debía aterrizar en junio de 2023 y navegar de forma autónoma por la superficie marciana. Sin embargo, la asociación con los científicos rusos se canceló en 2022 como respuesta a la invasión rusa de Ucrania que comenzó ese año. [87] [88] [89] Ahora se prevé que el lanzamiento de Rosalind Franklin tenga lugar en 2028. [58]
La instrumentación consistiría en la suite de laboratorio de exobiología, conocida como "laboratorio analítico Pasteur" para buscar señales de biomoléculas y biofirmas de vidas pasadas. [12] [90] [91] [92] Entre otros instrumentos, el rover también llevará un taladro de núcleo subterráneo de 2 metros (6,6 pies) para extraer muestras para su laboratorio a bordo. [93] Tendrán una masa de aproximadamente 207 kg (456 lb).
El explorador Rosalind Franklin incluye el conjunto de instrumentos Pasteur, que incluye el analizador de moléculas orgánicas de Marte (MOMA), [58] MicrOmega-IR y el espectrómetro láser Raman (RLS). Algunos ejemplos de instrumentos externos del explorador son:
Un objetivo primordial al seleccionar el lugar de aterrizaje del rover es identificar un entorno geológico particular, o un conjunto de entornos, que puedan sustentar —ahora o en el pasado— vida microbiana. Los científicos prefieren un lugar de aterrizaje con evidencia morfológica y mineralógica de agua en el pasado. Además, se prefiere un lugar con espectros que indiquen múltiples minerales hidratados , como minerales arcillosos , pero todo dependerá de un equilibrio entre las limitaciones de ingeniería y los objetivos científicos. [94]
Las limitaciones de ingeniería requieren un lugar de aterrizaje plano en una banda de latitud que se extiende a lo largo del ecuador y que tiene solo 30° de latitud de arriba a abajo porque el rover funciona con energía solar y necesitará la mejor exposición a la luz solar. [94] El módulo de aterrizaje que transporta el rover tendrá una elipse de aterrizaje que mide aproximadamente 105 km por 15 km. [95] Los requisitos científicos incluyen aterrizar en un área con rocas sedimentarias de 3.600 millones de años que son un registro del entorno húmedo habitable del pasado. [94] [96] El año anterior al lanzamiento, la Agencia Espacial Europea tomará la decisión final. [94] Para marzo de 2014, la larga lista era: [95]
Tras una revisión adicional por parte de un panel designado por la ESA, en octubre de 2014 se recomendaron formalmente cuatro sitios, todos ellos ubicados relativamente cerca del ecuador, para un análisis más detallado: [97] [98]
El 21 de octubre de 2015, se informó que Oxia Planum era el lugar de aterrizaje preferido para el rover ExoMars . [99] [100]
El retraso de la misión del rover desde 2018 hasta 2020 significó que Oxia Planum ya no era el único lugar de aterrizaje favorable debido a cambios en la posible elipse de aterrizaje . Tanto Mawrth Vallis como Aram Dorsum, candidatos supervivientes de la selección anterior, podrían ser reconsiderados. La ESA convocó más talleres para reevaluar las tres opciones restantes y en marzo de 2017 seleccionó dos sitios para estudiar en detalle. [101]
El 9 de noviembre de 2018, la ESA anunció que el grupo de trabajo de selección del lugar de aterrizaje había elegido a Oxia Planum . La elipse de aterrizaje elegida está situada a 18,20° N, 335,45° E. [102] En 2019, la ESA confirmó que Oxia Planum sería el lugar de aterrizaje de la misión prevista para 2020. [103] Más tarde ese año, se publicó un vídeo del lugar de aterrizaje, creado con modelos 3D de alta precisión del terreno obtenidos de HiRISE . [104]
Hasta julio de 2020, la ESA no ha indicado si la elección del lugar de aterrizaje se verá afectada por el retraso de la misión más allá de 2022, similar a la reevaluación motivada por el primer retraso en 2018.
"Tuvimos que tomar decisiones difíciles", dijo Bolden. "Esto significa que no seguiremos adelante con la misión ExoMars planificada para 2016 y 2018 que estábamos explorando con la Agencia Espacial Europea.
Posible coordinación entre Mars-NET y el proyecto europeo ExoMars.
