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Misión humana a Marte

Concepto de una base en Marte, con una base de hielo , un explorador presurizado y trajes para Marte , 2016

La idea de enviar humanos a Marte ha sido objeto de estudios científicos y de ingeniería aeroespacial desde finales de la década de 1940 como parte de una exploración más amplia de Marte . [1] Las propuestas a largo plazo han incluido el envío de colonos y la terraformación del planeta . Actualmente, solo los módulos de aterrizaje y los exploradores robóticos han estado en Marte. El punto más lejano al que han llegado los humanos más allá de la Tierra es la Luna , en el marco del programa Apolo de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de Estados Unidos , que finalizó en 1972.

Las propuestas conceptuales para misiones que involucrarían exploradores humanos comenzaron a principios de la década de 1950, y las misiones planificadas generalmente se declaraban que se llevarían a cabo entre 10 y 30 años después del momento en que se redactaban. [2] La lista de planes de misiones tripuladas a Marte muestra las diversas propuestas de misión que han presentado múltiples organizaciones y agencias espaciales en este campo de la exploración espacial . Los planes para estas tripulaciones han variado: desde expediciones científicas, en las que un grupo pequeño (entre dos y ocho astronautas ) visitaría Marte durante un período de unas pocas semanas o más, hasta una presencia continua (por ejemplo, a través de estaciones de investigación , colonización u otra habitación continua). [ cita requerida ] Algunos también han considerado explorar las lunas marcianas de Fobos y Deimos . [3] Para 2020, también se habían propuesto visitas virtuales a Marte, utilizando tecnologías hápticas . [4]

Mientras tanto, la exploración no tripulada de Marte ha sido un objetivo de los programas espaciales nacionales durante décadas, y se logró por primera vez en 1965 con el sobrevuelo del Mariner 4. Las misiones humanas a Marte han sido parte de la ciencia ficción desde la década de 1880 y, de manera más amplia, en la ficción , Marte es un objetivo frecuente de exploración y asentamiento en libros, novelas gráficas y películas . El concepto de un marciano como algo vivo en Marte es parte de la ficción. Las propuestas de misiones humanas a Marte han provenido de agencias como la NASA , la CNSA , la Agencia Espacial Europea , Boeing , SpaceX y grupos de defensa del espacio como la Mars Society y The Planetary Society .

Viaje a Marte

La distancia mínima entre las órbitas de Marte y la Tierra desde 2014 hasta 2061, medida en unidades astronómicas

La energía necesaria para la transferencia entre órbitas planetarias, o delta-v , es más baja en intervalos fijados por el período sinódico . Para los viajes Tierra - Marte , el período es cada 26 meses (2 años, 2 meses), por lo que las misiones suelen planificarse para que coincidan con uno de estos períodos de lanzamiento . Debido a la excentricidad de la órbita de Marte , la energía necesaria en los períodos de baja energía varía aproximadamente en un ciclo de 15 años [5] y los períodos más fáciles necesitan solo la mitad de la energía de los picos. [6] En el siglo XX, existió un mínimo en los períodos de lanzamiento de 1969 y 1971 y otro mínimo en 1986 y 1988, luego el ciclo se repitió. [5] El último período de lanzamiento de baja energía ocurrió en 2023. [7]

Se han propuesto varios tipos de planes de misión, incluyendo la clase de oposición y la clase de conjunción, [6] o el sobrevuelo de Crocco . [8] La transferencia de energía más baja a Marte es una órbita de transferencia de Hohmann , que implicaría un tiempo de viaje de aproximadamente 9 meses desde la Tierra a Marte, alrededor de 500 días (16 meses) [ cita requerida ] en Marte para esperar la ventana de transferencia a la Tierra y un tiempo de viaje de aproximadamente 9 meses para regresar a la Tierra. [9] [10] Este sería un viaje de 34 meses.

Los planes de misiones más breves a Marte tienen tiempos de vuelo de ida y vuelta de entre 400 y 450 días [11] , o menos de 15 meses, pero requerirían una energía significativamente mayor. Una misión rápida a Marte de 245 días (8,0 meses) de ida y vuelta podría ser posible con una puesta en órbita. [12] En 2014, se propuso la captura balística , que puede reducir el costo del combustible y proporcionar ventanas de lanzamiento más flexibles en comparación con el Hohmann. [13]

Tres vistas de Marte, telescopio espacial Hubble , 1997

En el gran viaje de Crocco, una nave espacial tripulada sobrevolaría Marte y Venus en menos de un año en el espacio. [14] Algunas arquitecturas de misiones de sobrevuelo también se pueden ampliar para incluir un estilo de aterrizaje en Marte con una nave espacial de excursión de sobrevuelo. [15] Propuesta por R. Titus en 1966, implicaba un vehículo de ascenso y aterrizaje de corta estancia que se separaría de una nave de transferencia "principal" Tierra-Marte antes de su sobrevuelo de Marte. El módulo de ascenso y descenso llegaría antes y entraría en órbita alrededor de Marte o aterrizaría y, dependiendo del diseño, ofrecería quizás entre 10 y 30 días antes de que tuviera que lanzarse de regreso al vehículo de transferencia principal. [15] (Véase también Vuelo sobre Marte ).

En la década de 1980, se sugirió que el frenado aerodinámico en Marte podría reducir la masa necesaria para una misión humana a Marte que despegara desde la Tierra hasta a la mitad. [16] Como resultado, las misiones a Marte han diseñado naves espaciales interplanetarias y módulos de aterrizaje capaces de realizar frenado aerodinámico. [16]

Aterrizaje en Marte

Los insertos muestran la observación y el análisis para encontrar un lugar de aterrizaje seguro.

Varias naves espaciales no tripuladas han aterrizado en la superficie de Marte, mientras que algunas, como Beagle2 (2003) y Schiaparelli EDM (2016), han fracasado en lo que se considera un aterrizaje difícil. Entre los éxitos:

Captura orbital

Cuando una expedición llega a Marte, es necesario frenar para entrar en órbita. Hay dos opciones disponibles: cohetes o aerocaptura . La aerocaptura en Marte para misiones humanas se estudió en el siglo XX. [17] En una revisión de 93 estudios sobre Marte, 24 utilizaron la aerocaptura para el regreso a Marte o la Tierra. [17] Una de las consideraciones para el uso de la aerocaptura en misiones tripuladas es un límite en la fuerza máxima experimentada por los astronautas. El consenso científico actual es que 5 g, o cinco veces la gravedad de la Tierra, es la desaceleración máxima permitida. [17]

Trabajo de encuesta

Para realizar un aterrizaje seguro es necesario conocer las propiedades de la atmósfera, observadas por primera vez por la Mariner 4 , y un estudio del planeta para identificar los lugares adecuados para el aterrizaje. Los principales estudios globales fueron realizados por la Mariner 9 , la Viking 1 y dos orbitadores, que apoyaron a los aterrizadores Viking . Los orbitadores posteriores, como la Mars Global Surveyor , la 2001 Mars Odyssey , la Mars Express y la Mars Reconnaissance Orbiter , han cartografiado Marte con mayor resolución con instrumentos mejorados. Estos estudios posteriores han identificado las posibles ubicaciones del agua, un recurso crítico. [18]

Fondos

Un factor limitante fundamental para enviar humanos a Marte es la financiación. En 2010, el coste estimado era de unos 500.000 millones de dólares, pero es probable que los costes reales sean mayores. [19] A partir de finales de los años 50, la fase inicial de la exploración espacial la llevaron a cabo naciones solitarias tanto para hacer una declaración política como para realizar observaciones del sistema solar. Esto resultó insostenible, y el clima actual es de cooperación internacional, con grandes proyectos como la Estación Espacial Internacional y el propuesto Lunar Gateway que están siendo construidos y lanzados por múltiples países. [ cita requerida ]

Los críticos sostienen que el inmenso coste supera los beneficios inmediatos de establecer una presencia humana en Marte y que los fondos podrían redireccionarse mejor hacia otros programas, como la exploración robótica. Los defensores de la exploración espacial humana sostienen que el simbolismo de establecer una presencia en el espacio puede despertar el interés público para sumarse a la causa y generar una cooperación global. También hay quienes sostienen que una inversión a largo plazo en viajes espaciales es necesaria para la supervivencia de la humanidad. [19]

Un factor que podría reducir la financiación necesaria para llevar a los seres humanos a Marte es el turismo espacial . A medida que el mercado del turismo espacial crezca y se produzcan avances tecnológicos, es probable que el coste de enviar seres humanos a otros planetas disminuya en consecuencia. Un concepto similar puede examinarse en la historia de los ordenadores personales: cuando se utilizaban sólo para la investigación científica, con un uso menor en la gran industria, eran grandes, raros, pesados ​​y costosos. Cuando el mercado potencial aumentó y empezaron a ser comunes en las empresas y más tarde en los hogares (en los países occidentales y desarrollados), la potencia informática de los dispositivos domésticos se disparó y los precios se desplomaron. [20]

Médico

Comparación de dosis de radiación: incluye la cantidad detectada en un viaje de la Tierra a Marte por el RAD dentro del MSL (2011-2013). [21] [22] [23] El eje vertical está en escala logarítmica , por lo que la dosis durante un año marciano es aproximadamente 15 veces el límite del Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE), no menos del doble, como podría sugerir un vistazo rápido. La dosis real dependería de factores como el diseño de la nave espacial y eventos naturales como las erupciones solares .

Existen varios desafíos físicos clave para las misiones humanas a Marte: [24]

Visión artística de una nave espacial que proporciona gravedad artificial mediante giro (ver también Fuerza centrífuga )

Algunas de estas cuestiones se estimaron estadísticamente en el estudio HUMEX. [41] Ehlmann y otros han analizado las preocupaciones políticas y económicas, así como los aspectos de viabilidad tecnológica y biológica. [42] Si bien el combustible para viajes de ida y vuelta podría ser un desafío, el metano y el oxígeno se pueden producir utilizando H 2 O marciano (preferiblemente como hielo de agua en lugar de agua líquida) y CO 2 atmosférico con tecnología suficientemente madura. [43]

Protección planetaria

Las naves espaciales robóticas que viajan a Marte requieren esterilización. El límite permitido es de 300.000 esporas en el exterior de las naves en general, con requisitos más estrictos para las naves espaciales destinadas a "regiones especiales" que contienen agua. [44] [45] De lo contrario, existe el riesgo de contaminar no solo los experimentos de detección de vida, sino posiblemente el planeta mismo. [46]

Esterilizar las misiones humanas a este nivel es imposible, ya que los humanos suelen albergar cien billones (10 14 ) de microorganismos de miles de especies de la microbiota humana , y estos no se pueden eliminar. La contención parece la única opción, pero es un gran desafío en caso de un aterrizaje brusco (es decir, un choque). [47] Se han realizado varios talleres planetarios sobre este tema, pero no hay pautas finales para el camino a seguir. [48] Los exploradores humanos también serían vulnerables a la contaminación de regreso a la Tierra si se convierten en portadores de microorganismos. [49]

Propuesta de misión

En las últimas siete décadas, se han propuesto o estudiado una amplia variedad de arquitecturas de misión para vuelos espaciales tripulados a Marte, entre ellas la propulsión química , nuclear y eléctrica , así como una amplia variedad de metodologías de aterrizaje, permanencia y retorno.

Representación artística del conjunto del módulo de propulsión criogénico/DSH/Orion planificado

Varias naciones y organizaciones tienen intenciones a largo plazo de enviar humanos a Marte.

Innovaciones tecnológicas y obstáculos

Representación de plantas que crecen en una base en Marte. La NASA planea cultivar plantas para alimentar al espacio . [57]
La NASA ha declarado que los robots prepararán una base subterránea para una misión humana en la superficie. [58]

Es necesario superar importantes obstáculos tecnológicos para que los humanos puedan realizar vuelos espaciales a Marte.

La entrada en la delgada y poco profunda atmósfera marciana planteará importantes dificultades para el reingreso; en comparación con la atmósfera mucho más densa de la Tierra, cualquier nave espacial descenderá muy rápidamente a la superficie y deberá reducir su velocidad. [59] Se debe utilizar un escudo térmico. [60] La NASA está llevando a cabo investigaciones sobre tecnologías de desaceleración retropropulsiva para desarrollar nuevos enfoques para la entrada atmosférica en Marte. Un problema clave con las técnicas de propulsión es el manejo de los problemas de flujo de fluidos y el control de actitud del vehículo de descenso durante la fase de retropropulsión supersónica de la entrada y la desaceleración. [61]

Una misión de regreso desde Marte necesitará aterrizar un cohete para llevar a la tripulación fuera de la superficie. Los requisitos de lanzamiento implican que este cohete podría ser significativamente más pequeño que un cohete Tierra-órbita. El lanzamiento de Marte a la órbita también se puede lograr en una sola etapa. A pesar de esto, aterrizar un cohete de ascenso de regreso a Marte será difícil. [ cita requerida ]

En 2014, la NASA propuso el banco de pruebas de ecopoiesis de Marte. [62]

Líquido intravenoso

Uno de los suministros médicos que podrían ser necesarios es una cantidad considerable de líquido intravenoso , que es principalmente agua, pero contiene otras sustancias para que pueda añadirse directamente al torrente sanguíneo humano. Si pudiera crearse en el lugar a partir del agua existente, esto reduciría los requisitos de masa. Un prototipo para esta capacidad se probó en la Estación Espacial Internacional en 2010. [63]

Dispositivo avanzado de ejercicio de resistencia

Una persona que permanece inactiva durante un período prolongado de tiempo pierde fuerza, masa muscular y ósea. Se sabe que las condiciones de los vuelos espaciales provocan una pérdida de densidad mineral ósea en los astronautas, lo que aumenta el riesgo de fracturas óseas. Los modelos matemáticos más recientes predicen que el 33% de los astronautas correrán riesgo de sufrir osteoporosis durante una misión humana a Marte. [35] Se necesitaría un dispositivo de ejercicio resistivo similar a un Dispositivo de Ejercicio Resistivo Avanzado (ARED) en la nave espacial, pero no contrarrestaría por completo la pérdida de densidad mineral ósea.

Gases respirables

Si bien los humanos pueden respirar oxígeno puro, normalmente se incluyen gases adicionales como el nitrógeno en la mezcla respirable. Una posibilidad es utilizar nitrógeno y argón in situ de la atmósfera de Marte , pero son difíciles de separar entre sí. [64] Como resultado, un hábitat de Marte puede utilizar 40% de argón, 40% de nitrógeno y 20% de oxígeno. [64]

Una idea para mantener el dióxido de carbono fuera del aire respirable es utilizar depuradores de dióxido de carbono reutilizables hechos de perlas de amina . [65] Mientras que un depurador de dióxido de carbono filtra el aire del astronauta, el otro se ventila a la atmósfera de Marte. [65]

Cultivo de alimentos

Para que los humanos puedan vivir en Marte, puede ser necesario cultivar alimentos en Marte, lo que conlleva numerosos desafíos. [66]

Misiones relacionadas

Algunas misiones pueden considerarse una "misión a Marte" en sí mismas, o pueden ser solo un paso en un programa más profundo. Un ejemplo de esto son las misiones a las lunas de Marte o las misiones de sobrevuelo.

Misiones a Deimos o Fobos

Muchos conceptos de misiones a Marte proponen misiones precursoras a las lunas de Marte, por ejemplo, una misión de retorno de muestras a la luna marciana Fobos [67] –no exactamente Marte, pero tal vez un trampolín conveniente para una futura misión a la superficie marciana. Lockheed Martin, como parte de su proyecto "Escalones hacia Marte", llamado "Proyecto Red Rocks", propuso explorar Marte de forma robótica desde Deimos. [68] [69] [70]

También se ha propuesto el uso de combustible producido a partir de recursos hídricos en Fobos o Deimos.

Misiones de retorno de muestras de Marte

Ejemplo de concepto de misión de retorno

En ocasiones, se ha considerado que una misión de retorno de muestras de Marte no tripulada (MSR) es un precursor de las misiones tripuladas a la superficie de Marte. [71] En 2008, la ESA calificó de "esencial" una misión de retorno de muestras y dijo que podría salvar la brecha entre las misiones robóticas y humanas a Marte. [71] Un ejemplo de una misión de retorno de muestras de Marte es la Recolección de muestras para la investigación de Marte . [72] El retorno de muestras de Marte fue la misión insignia de mayor prioridad propuesta para la NASA por el Planetary Decadal Survey 2013-2022: The Future of Planetary Science . [73] Sin embargo, dichas misiones se han visto obstaculizadas por la complejidad y el gasto, y una propuesta de la ESA involucró no menos de cinco naves espaciales no tripuladas diferentes. [74]

Los planes de retorno de muestras plantean la preocupación, aunque remota, de que un agente infeccioso pudiera ser traído a la Tierra. [74] De todas formas, se ha establecido un conjunto básico de pautas para el retorno de muestras extraterrestres dependiendo de la fuente de la muestra (por ejemplo, asteroide, Luna, superficie de Marte, etc.) [75].

A principios del siglo XXI, la NASA diseñó cuatro posibles vías para misiones humanas a Marte, [76] de las cuales tres incluían el retorno de una muestra de Marte como requisito previo para el aterrizaje humano. [76]

El rover Perseverance , que aterrizó en Marte en 2021, está equipado con un dispositivo que le permite recolectar muestras de rocas para ser devueltas en una fecha posterior por otra misión. [77] Perseverance, como parte de la misión Mars 2020 , fue lanzado en un cohete Atlas V el 30 de julio de 2020. [78]

Misiones orbitales tripuladas

Módulo de comando orbital de Marte ; Módulo tripulado para controlar robots y aeronaves marcianas sin la latencia de controlarlo desde la Tierra.

A partir de 2004, los científicos de la NASA propusieron explorar Marte a través de telepresencia desde astronautas humanos en órbita. [79] [80]

Una idea similar fue la propuesta de misión "Exploración humana utilizando operaciones robóticas en tiempo real". [81] [82]

Para reducir la latencia de las comunicaciones , que varía entre 4 y 24 minutos, [83] se ha propuesto una estación orbital tripulada en Marte para controlar robots y aeronaves marcianas sin latencia prolongada. [84]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos

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