Mars Direct es una propuesta para una misión humana a Marte que pretende ser rentable y posible con la tecnología actual. Originalmente se detalló en un artículo de investigación de los ingenieros de Martin Marietta , Robert Zubrin y David Baker, en 1990, y luego se amplió en el libro de Zubrin de 1996, The Case for Mars . Ahora sirve como elemento básico de las conferencias y la defensa general de Zubrin como jefe de la Mars Society , una organización dedicada a la colonización de Marte . [1]
El 20 de julio de 1989, el presidente estadounidense George HW Bush anunció planes para lo que se conoció como la Iniciativa de Exploración Espacial (SEI). En un discurso pronunciado en las escaleras del Museo Nacional del Aire y del Espacio, describió los planes a largo plazo que culminarían con una misión humana a la superficie de Marte. [2]
En diciembre de 1990, un estudio para estimar el coste del proyecto determinó que los gastos a largo plazo ascenderían a aproximadamente 450 mil millones de dólares repartidos en 20 a 30 años. [3] El "Estudio de 90 días", como llegó a ser conocido (también “Informe de 90 días” de personas como Zubrin), provocó una reacción hostil del Congreso hacia el SEI dado que habría requerido el mayor gasto gubernamental individual desde la Guerra Mundial. II . [4] Al cabo de un año, todas las solicitudes de financiación para SEI habían sido denegadas.
Dan Goldin se convirtió en administrador de la NASA el 1 de abril de 1992, abandonando oficialmente los planes de exploración humana a corto plazo más allá de la órbita terrestre con el cambio hacia una estrategia "más rápida, mejor y más barata" para la exploración robótica. [5]
Mientras trabajaba en Martin Marietta diseñando arquitecturas de misiones interplanetarias, Robert Zubrin percibió un defecto fundamental en el programa SEI. Zubrin llegó a comprender que si el plan de la NASA fuera utilizar plenamente tantas tecnologías como fuera posible para apoyar el envío de la misión a Marte, sería políticamente insostenible. En sus propias palabras:
Exactamente lo contrario de la forma correcta de hacer ingeniería. [4]
La alternativa de Zubrin a esta estrategia de misión "Battlestar Galactica" (llamada así por sus detractores por las grandes naves espaciales de propulsión nuclear que supuestamente se parecían a la nave espacial de ciencia ficción del mismo nombre ) implicaba una estancia en superficie más larga, una trayectoria de vuelo más rápida en la forma de una misión de clase conjunta, utilización de recursos in situ y nave lanzada directamente desde la superficie de la Tierra a Marte en lugar de ensamblarse en órbita o en un dique seco en el espacio . [6] Después de recibir la aprobación de la dirección de Marietta, un equipo de 12 personas dentro de la empresa comenzó a trabajar en los detalles de la misión. Si bien se centraron principalmente en arquitecturas de misión más tradicionales, Zubrin comenzó a colaborar con la estrategia extremadamente simple, simplificada y sólida de su colega David Baker [7] . Su objetivo de "utilizar recursos locales, viajar ligero y vivir de la tierra" se convirtió en el sello distintivo de Mars Direct. [4]
El primer vuelo del cohete Ares (que no debe confundirse con el cohete de nombre similar del ya desaparecido programa Constellation ) llevaría a Marte un vehículo de retorno a la Tierra no tripulado tras una fase de crucero de 6 meses, con un suministro de hidrógeno, una planta química y un pequeño reactor nuclear . Una vez allí, se utilizaría una serie de reacciones químicas (la reacción de Sabatier unida a la electrólisis ) para combinar una pequeña cantidad de hidrógeno (8 toneladas) transportada por el Vehículo de Retorno a la Tierra con el dióxido de carbono de la atmósfera marciana para crear hasta 112 toneladas. de metano y oxígeno. Este procedimiento de ingeniería química relativamente simple se utilizó regularmente en los siglos XIX y XX [8] y garantizaría que solo el 7% del propulsor de retorno fuera transportado a la superficie de Marte.
Se necesitarían 96 toneladas de metano y oxígeno para enviar el Vehículo de Retorno a la Tierra en una trayectoria de regreso a casa al finalizar su estadía en la superficie; el resto estaría disponible para los vehículos exploradores de Marte. Se espera que el proceso de generación de combustible requiera aproximadamente diez meses para completarse.
Unos 26 meses después del lanzamiento original del Vehículo de Retorno a la Tierra desde la Tierra, se lanzaría un segundo vehículo, la Unidad de Hábitat de Marte , en una trayectoria de transferencia de baja energía de seis meses de duración a Marte, y llevaría una tripulación de cuatro astronautas (el número mínimo necesario para poder dividir el equipo en dos sin dejar a nadie solo). La Unidad de Hábitat no se lanzaría hasta que la fábrica automatizada a bordo del ERV hubiera indicado la producción exitosa de los químicos necesarios para la operación en el planeta y el viaje de regreso a la Tierra. Durante el viaje, se generaría gravedad artificial atando la Unidad de Hábitat a la etapa superior gastada del propulsor y haciéndolas girar alrededor de un eje común. Esta rotación produciría un ambiente de trabajo cómodo de 1 g para los astronautas, liberándolos de los efectos debilitantes de la exposición prolongada a la ingravidez . [4]
Al llegar a Marte, la etapa superior sería desechada, y la Unidad de Hábitat frenaría aerodinámicamente hacia la órbita de Marte antes de realizar un aterrizaje suave cerca del Vehículo de Retorno a la Tierra . El aterrizaje preciso estaría respaldado por una baliza de radar activada por el primer módulo de aterrizaje. Una vez en Marte, la tripulación pasaría 18 meses en la superficie, llevando a cabo una serie de investigaciones científicas, con la ayuda de un pequeño vehículo explorador transportado a bordo de su Unidad de Hábitat de Marte y propulsado por el metano producido por el Vehículo de Retorno a la Tierra.
Para regresar, la tripulación utilizaría el Vehículo de Retorno a la Tierra , dejando la Unidad de Hábitat de Marte para el posible uso de exploradores posteriores. En el viaje de regreso a la Tierra, la etapa de propulsión del Vehículo de Retorno a la Tierra se utilizaría como contrapeso para generar gravedad artificial para el viaje de regreso.
Se enviarían misiones de seguimiento a Marte a intervalos de 2 años para garantizar que haya un ERV redundante en la superficie en todo momento, esperando ser utilizado por la próxima misión tripulada o por la tripulación actual en caso de emergencia. En tal situación de emergencia, la tripulación tendría que recorrer cientos de kilómetros hasta el otro ERV en su vehículo de largo alcance.
La propuesta de Mars Direct incluye un componente para un vehículo de lanzamiento "Ares", un vehículo de retorno a la Tierra (ERV) y una unidad de hábitat de Marte (MHU).
El plan implica varios lanzamientos que utilicen propulsores pesados de tamaño similar al Saturn V utilizado para las misiones Apolo , que potencialmente se derivarían de componentes del transbordador espacial . Este cohete propuesto se denomina "Ares", y utilizaría propulsores avanzados de cohetes sólidos del transbordador espacial , un tanque externo del transbordador modificado y una nueva tercera etapa Lox/LH2 para la inyección transmarciana de la carga útil. Ares pondría 121 toneladas en una órbita circular de 300 km e impulsaría 47 toneladas hacia Marte. [9]
El Vehículo de Retorno a la Tierra es un vehículo de dos etapas. El nivel superior alberga la vivienda de la tripulación durante el viaje de seis meses de regreso a la Tierra desde Marte. La etapa inferior contiene los motores de cohetes del vehículo y una pequeña planta de producción química.
La Unidad Mars Habitat es un vehículo de 2 o 3 pisos que proporciona un entorno de vida y trabajo integral para la tripulación de Marte. Además de los dormitorios individuales que brindan cierto grado de privacidad para cada miembro de la tripulación y un lugar para sus efectos personales, la Unidad Mars Habitat incluye una sala de estar comunitaria, una pequeña cocina, un área de ejercicio e instalaciones de higiene con purificación de agua de ciclo cerrado. . La cubierta inferior de la Unidad de Hábitat de Marte proporciona el principal espacio de trabajo para la tripulación: pequeñas áreas de laboratorio para realizar investigaciones en geología y ciencias de la vida; espacio de almacenamiento para muestras, esclusas de aire para llegar a la superficie de Marte y un área de vestimenta donde los miembros de la tripulación se preparan para las operaciones en la superficie. La protección contra la radiación dañina mientras se esté en el espacio y en la superficie de Marte (por ejemplo, contra las erupciones solares ) se proporcionaría mediante un "refugio contra tormentas" exclusivo en el núcleo del vehículo.
La Unidad de Hábitat de Marte también incluiría un pequeño rover presurizado que se almacena en el área de la cubierta inferior y se ensambla en la superficie de Marte. Impulsado por un motor de metano, está diseñado para ampliar el alcance en el que los astronautas pueden explorar la superficie de Marte hasta 320 km.
Desde que se propuso por primera vez como parte de Mars Direct, la NASA ha adoptado la Unidad de Hábitat de Marte como parte de su Misión de Referencia de Diseño de Marte, que utiliza dos Unidades de Hábitat de Marte, una de las cuales vuela a Marte sin tripulación, proporcionando un laboratorio exclusivo. instalación en Marte, junto con la capacidad de transportar un vehículo explorador más grande. La segunda Mars Habitat Unit vuela a Marte con la tripulación y su interior se dedica completamente a espacio habitable y de almacenamiento.
Para demostrar la viabilidad de la Unidad de Hábitat de Marte, la Mars Society ha implementado el Programa de Estación de Investigación Análoga de Marte (MARS), que ha establecido una serie de prototipos de Unidades de Hábitat de Marte en todo el mundo.
Baker lanzó Mars Direct en el Centro Marshall de vuelos espaciales en abril de 1990, [10] donde la recepción fue muy positiva. Los ingenieros volaron por todo el país para presentar su plan, lo que generó un gran interés. Cuando su gira culminó con una manifestación en la Sociedad Nacional Espacial, recibieron una gran ovación. [4] El plan ganó rápidamente la atención de los medios poco después.
La resistencia al plan provino de equipos de la NASA que trabajaban en la Estación Espacial y conceptos avanzados de propulsión [ cita requerida ] . La administración de la NASA rechazó Mars Direct. Zubrin siguió comprometido con la estrategia y, tras separarse de David Baker, intentó convencer a la nueva administración de la NASA de los méritos de Mars Direct en 1992. [4]
Después de recibir un pequeño fondo de investigación en Martin Marietta, Zubrin y sus colegas demostraron con éxito un generador de propulsor in situ que alcanzó una eficiencia del 94%. [4] Ningún ingeniero químico participó en el desarrollo del hardware de demostración. [4] Después de mostrar los resultados positivos al Centro Espacial Johnson , la administración de la NASA todavía tenía varias reservas sobre el plan. [4]
En noviembre de 2003, Zubrin fue invitado a hablar ante el comité del Senado de Estados Unidos sobre el futuro de la exploración espacial. [4] Dos meses después, la administración Bush anunció la creación del programa Constellation , una iniciativa de vuelos espaciales tripulados con el objetivo de enviar seres humanos a la Luna para 2020. Si bien no se detalló específicamente una misión a Marte, se desarrolló un plan para llegar a Marte basado en la utilización La nave espacial Orion se desarrolló tentativamente para su implementación en la década de 2030. En 2009, la administración Obama inició una revisión del programa Constellation y, debido a preocupaciones presupuestarias, el programa fue cancelado en 2010. [11]
Existe una variedad de cuestiones psicológicas y sociológicas que podrían afectar las misiones espaciales expedicionarias de larga duración. Algunos esperan que las primeras misiones de vuelos espaciales tripulados a Marte tengan importantes problemas psicosociales que superar, además de proporcionar datos considerables para perfeccionar el diseño y la planificación de la misión y la selección de la tripulación para futuras misiones. [12]
Desde que se concibió inicialmente Mars Direct, ha sido objeto de revisión y desarrollo periódicos por parte del propio Zubrin, la Mars Society , la NASA , la Universidad de Stanford y otros.
Zubrin y Weaver desarrollaron una versión modificada de Mars Direct, llamada Mars Semi-Direct, en respuesta a algunas críticas específicas. [13] Esta misión consta de tres naves espaciales e incluye un "Vehículo de Ascenso a Marte" (MAV). El ERV permanece en la órbita de Marte durante el viaje de regreso, mientras que el MAV sin tripulación aterriza y fabrica propulsores para el ascenso de regreso a la órbita de Marte. La arquitectura Mars Semi-Direct se ha utilizado como base de varios estudios, incluidas las misiones de referencia de diseño de la NASA.
Cuando se sometió al mismo análisis de costes que el informe de 90 días , se predijo que Mars Semi-Direct costaría 55 mil millones de dólares en 10 años, cantidad que podría encajar en el presupuesto existente de la NASA.
Mars Semi-Direct se convirtió en la base de la Design Reference Mission 1.0 de la NASA, reemplazando a la Space Exploration Initiative .
El modelo de la NASA, denominado Misión de Referencia de Diseño , en su versión 5.0 a partir del 1 de septiembre de 2012, exige una importante mejora del hardware (al menos tres lanzamientos por misión, en lugar de dos), y envía el ERV a Marte con el combustible completo. , estacionándolo en órbita sobre el planeta para su posterior encuentro con el MAV.
Con el advenimiento potencialmente inminente de una capacidad de carga pesada de bajo costo , Zubrin ha propuesto una misión humana a Marte con un costo dramáticamente menor utilizando hardware desarrollado por la compañía de transporte espacial SpaceX . En este plan más simple, se enviaría una tripulación de dos personas a Marte mediante un solo lanzamiento Falcon Heavy , y la nave espacial Dragon actuaría como su hábitat de crucero interplanetario. Se habilitaría espacio habitable adicional para el viaje mediante el uso de módulos adicionales inflables si fuera necesario. Los problemas asociados con la ingravidez a largo plazo se abordarían de la misma manera que el plan básico Mars Direct, una conexión entre el hábitat del Dragón y la etapa TMI (Inyección Trans-Marte) que actúa para permitir la rotación de la nave.
Las características del escudo térmico del Dragón podrían permitir un descenso seguro si se dispusiera de cohetes de aterrizaje de potencia suficiente. La investigación en el Centro de Investigación Ames de la NASA ha demostrado que un Dragón robótico sería capaz de realizar un aterrizaje totalmente propulsor en la superficie marciana. [14] En la superficie, la tripulación tendría a su disposición dos naves espaciales Dragon con módulos inflables como hábitats, dos ERV, dos vehículos de ascenso a Marte y 8 toneladas de carga.
Los estudios de Mars Society y Stanford conservan el perfil de misión original de dos vehículos de Mars Direct, pero aumentan el tamaño de la tripulación a seis.
Mars Society Australia desarrolló su propia misión de referencia Mars Oz de cuatro personas , basada en Mars Semi-Direct. Este estudio utiliza módulos de forma bicónica doblados y de aterrizaje horizontal, y se basa en energía solar y propulsión química en todo momento, [15] donde Mars Direct y los DRM utilizaron reactores nucleares para energía de superficie y, en el caso de los DRM, también para propulsión. La misión de referencia a Marte Oz también difiere al suponer, basándose en la experiencia de la estación espacial, que no será necesaria la gravedad de giro.
La Mars Society ha argumentado la viabilidad del concepto de Mars Habitat Unit a través de su programa Mars Analogue Research Station . Se trata de dos o tres cilindros verticales con cubierta de ~8 m de diámetro y 8 m de altura. Mars Society Australia planea construir su propia estación basada en el diseño de Mars Oz. [16] El diseño de Mars Oz presenta un cilindro horizontal de 4,7 m de diámetro y 18 m de largo, con una punta cónica. Un segundo módulo similar funcionará como garaje y módulo de energía y logística.
Mars Direct apareció en un programa de Discovery Channel Mars: The Next Frontier en el que se discutieron cuestiones relacionadas con la financiación del proyecto por parte de la NASA, y en Mars Underground , donde el plan se analiza con más profundidad.
Las propuestas de " Marte para quedarse " implican no devolver a los primeros inmigrantes/exploradores inmediatamente, ni nunca. Se ha sugerido que el costo de enviar un equipo de cuatro o seis personas podría ser entre una quinta y una décima parte del costo de devolver ese mismo equipo de cuatro o seis personas. Dependiendo del enfoque preciso que se adopte, se podría enviar y aterrizar un laboratorio bastante completo por menos del coste de devolver incluso 50 kilos de rocas marcianas. Se podrían enviar veinte o más personas por el costo de devolver cuatro. [17]
