El Mars Geyser Hopper (MGH) fue propuesto en 2012 como una misión de referencia de diseño de la NASA para un concepto de nave espacial de clase Discovery que investigaría los géiseres marcianos de dióxido de carbono primaverales que se encuentran en regiones alrededor del polo sur de Marte . [1] [2]
La tecnología energética que MGH propuso utilizar fue el generador de radioisótopos Stirling avanzado ( ASRG ). [3] La NASA terminó el diseño del ASRG e hizo una unidad de prueba del dispositivo, pero el programa concluyó a mediados de la década de 2010. [4] [5] Ni InSight ni ninguno de los próximos semifinalistas del Discovery utilizan el ASRG o un RTG debido a la alta demanda y el suministro limitado del tipo de plutonio del que depende. [6]
El programa Discovery se inició en la década de 1990 tras las discusiones en la NASA para un nuevo programa, y ha logrado misiones como Genesis , Deep Impact y Kepler , entre otras; este es el programa para el cual se diseñó que se seleccionara esta misión, al menos inicialmente. [7]
Una de las primeras naves espaciales robóticas no tripuladas en realizar un salto fue el módulo lunar Surveyor 6 , que aterrizó suavemente con éxito en la Luna en 1967 y realizó un salto posterior al aterrizaje. [3] Otra posible misión para una misión de salto puede ser la luna Encélado de Saturno . [8] Los saltadores son conocidos por su capacidad de visitar potencialmente diferentes sitios de aterrizaje. [8] Otra misión de tipo saltador fue el Comet Hopper , que ganó un premio semifinalista de Discovery para estudiar una misión de salto al cometa 46P/Wirtanen . [9]
En 2012 hubo algunas especulaciones sobre que la misión Geyser Hopper podría volar después del módulo de aterrizaje InSight en Marte. [10]
Se calculó que la misión costaría 350 millones de dólares y que no superaría los 425 millones de dólares, sin incluir el costo del lanzamiento. Para reducir el costo y minimizar el riesgo, el concepto de la nave espacial se basa en un diseño de nave espacial anterior, el módulo de aterrizaje Mars Phoenix , que tiene un historial de vuelo demostrado que incorpora capacidad de aterrizaje suave e incorpora un sistema de propulsión de cohete reiniciable, adecuado para ser reutilizado para los requisitos de esta misión. [2]
La nave espacial aterrizaría en una zona de aterrizaje objetivo cerca del polo sur de Marte, donde existen géiseres en un tramo de varios cientos de kilómetros con densidades de al menos un géiser cada 1 a 2 kilómetros (0,62 a 1,24 millas) y tienen la capacidad de "saltar" al menos dos veces desde su ubicación de aterrizaje después de un aterrizaje de verano para reposicionarse cerca de un sitio de géiser, y esperar durante el invierno hasta la primera luz del sol de la primavera para presenciar de primera mano el fenómeno de los géiseres marcianos e investigar el patrón y el canal de los escombros. [2]
Los géiseres marcianos no se parecen a ningún otro fenómeno geológico terrestre. Las formas y la inusual apariencia de araña de estas formaciones han estimulado una variedad de hipótesis científicas sobre su origen, que van desde las diferencias en la reflectancia de la escarcha hasta explicaciones que involucran procesos biológicos. Sin embargo, todos los modelos geofísicos actuales asumen algún tipo de actividad similar a la de los géiseres . [11] [12] [13 ] [ 14 ] [15] [16] [17] [18] [19] Sus características y proceso de formación aún son tema de debate.
La congelación y descongelación estacional del hielo de CO2 da como resultado la aparición de una serie de características, como manchas de dunas oscuras con surcos o canales en forma de araña debajo del hielo, [12] donde los canales radiales en forma de araña se tallan entre el suelo y el hielo, dándole una apariencia de telarañas, luego, la presión que se acumula en su interior expulsa gas y arena basáltica oscura o polvo, que se deposita en la superficie del hielo y, por lo tanto, forma manchas de dunas oscuras. [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Este proceso es rápido, se observa que ocurre en el espacio de unos pocos días, semanas o meses, una tasa de crecimiento bastante inusual en geología, especialmente para Marte. [20]
La duración de la misión principal, a partir del lanzamiento, es de 30 meses, que comprenden 8 meses de crucero interplanetario seguidos de una misión principal de 22 meses (un año marciano) en la superficie. La nave espacial entrará en la atmósfera y realizará un aterrizaje suave propulsado por cohetes en una región del polo sur donde se sabe que se forman géiseres. Este aterrizaje tendrá lugar durante el verano polar, cuando la superficie está libre de hielo. La elipse de aterrizaje prevista es de 20 por 50 kilómetros (12 mi × 31 mi) y, por lo tanto, el aterrizaje estará dirigido a una región, y no a una ubicación específica de géiseres. Durante la primera fase posterior al aterrizaje, realizará operaciones científicas para caracterizar el lugar de aterrizaje, para comprender la geología de la superficie del área durante el período de verano sin hielo. [1]
Luego, la nave espacial guardará sus instrumentos científicos y volverá a encender los motores para un primer salto de una distancia de hasta 2 kilómetros (1,2 millas). [2] Este salto está diseñado para colocar el módulo de aterrizaje en un lugar donde pueda sondear directamente la región del géiser, examinando la superficie en un lugar donde había un géiser.
Una vez más, la nave espacial guardará sus instrumentos y activará los motores para un segundo salto, una distancia de ~100 metros (330 pies). Este salto colocará al módulo de aterrizaje en el sitio de invernada, un lugar elegido por ser una elevación relativamente alta donde el módulo de aterrizaje puede obtener una buena vista de los alrededores, cerca pero no ubicado en el sitio de un géiser conocido, y fuera del patrón de caída de la columna de escombros esperada. La nave espacial caracterizará el área local durante la luz solar restante, y luego entrará en "modo de invernada". El módulo de aterrizaje continuará transmitiendo datos de estado de ingeniería e informes meteorológicos durante el invierno, pero no realizará operaciones científicas importantes. [1]
Al llegar la primavera polar, el módulo de aterrizaje estudiará el fenómeno de los géiseres desde la ubicación seleccionada para una visualización óptima. La detección automática de géiseres a bordo de la nave espacial escaneará el entorno, aunque las imágenes de rutina se almacenarán en la nave espacial, las imágenes no se retransmitirán a la Tierra hasta que la nave espacial detecte un géiser. Esto activa imágenes de alta velocidad y alta resolución, incluida la caracterización LIDAR del movimiento de partículas y la espectroscopia infrarroja . Simultáneamente, los instrumentos científicos realizarán un análisis químico de cualquier partícula radiactiva arrojada sobre la superficie del módulo de aterrizaje. [2]
Los géiseres entran en erupción a un ritmo de aproximadamente uno por día durante la temporada alta de primavera. Si se detecta más de uno simultáneamente, el algoritmo de la nave espacial se centrará en el más cercano o "mejor". El módulo de aterrizaje continuará con esta ciencia primaria de géiseres durante un período de aproximadamente 90 días. Se esperan decenas de observaciones de géiseres durante la temporada de primavera/verano. Si se desea, las operaciones de la misión se extenderían y la observación continuaría durante un año marciano completo y hasta el segundo verano marciano. [2]
El concepto de tolva también podría utilizarse para misiones de exploración distintas a la misión de observación de géiseres polares que se analiza aquí. La capacidad de realizar múltiples saltos impulsados por cohetes desde un lugar de aterrizaje inicial hasta una región científica de interés sería valiosa en una amplia gama de terrenos en Marte, así como en otras partes del Sistema Solar, y demostraría una nueva forma de explorador con la capacidad de atravesar terrenos mucho más accidentados que cualquier misión anterior, un concepto de misión que sería aplicable a la exploración de muchos planetas y lunas. [2]
El fenómeno de los géiseres se produce tras un largo periodo de oscuridad total, y los géiseres mismos se forman al principio de la primavera polar, cuando las temperaturas rondan los -150 °C (-238 °F) y el ángulo del sol está a tan solo unos pocos grados por encima del horizonte. El entorno extremo, los ángulos solares bajos durante la formación de los géiseres y el hecho de que sería deseable emplazar la sonda mucho antes de la formación de los géiseres, durante un periodo sin luz solar, hacen que este sea un entorno difícil para el uso de paneles solares como fuente de energía primaria. Por tanto, esta es una misión atractiva para el uso del generador de radioisótopos Stirling avanzado (ASRG) con una masa de 126 kilogramos (278 lb) que incluye una batería de iones de litio para su uso durante la entrada/descenso/aterrizaje (EDL), así como durante los saltos cuando hay un requisito de corta duración para energía adicional. [2] Sin embargo, el desarrollo del ASRG fue cancelado por la NASA en 2013. [21]
La propulsión con salto se basa en el sistema de aterrizaje Phoenix, que utiliza un sistema integrado de soplado de monopropelente de hidracina con 15 propulsores Aerojet MR-107N con una velocidad de impulso de 230 segundos para el aterrizaje y el salto. El RCS consta de cuatro pares de propulsores Aerojet MR-103D con una velocidad de impulso de 215 segundos y un propulsor Aerojet MR-102 con una velocidad de impulso de 220 segundos. [2] El sistema se alimentará con 191 kg de propelente.
El módulo de aterrizaje se comunicará a través de la banda X directamente con la Tierra en la cubierta de crucero para el tránsito; luego utilizará una antena UHF . La toma de imágenes y la transmisión de todos los datos se coordinarán con el equipo de operaciones del Mars Reconnaissance Orbiter . [2]
Los instrumentos científicos incluyen cámaras estereoscópicas (MastCam) para observar los eventos de los géiseres y un brazo robótico (de Phoenix) para excavar debajo de la superficie del suelo y recolectar muestras de suelo para el análisis químico en el Hopper. Se incluyen un instrumento de detección y medición de distancias por luz ( LIDAR ), una cámara de aterrizaje y un espectrómetro térmico para el análisis geológico remoto, así como para la detección del clima. [2]
