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 un elemento básico de las conferencias de Zubrin y su defensa general como director de la Mars Society , una organización dedicada a la colonización de Marte . [1]
El 20 de julio de 1989, el presidente de Estados Unidos, George H. W. Bush, anunció los planes para lo que se conocería como la Iniciativa de Exploración Espacial (IEE). En un discurso pronunciado en la escalinata del Museo Nacional del Aire y el Espacio, describió los planes a largo plazo que culminarían en una misión humana a la superficie de Marte. [2]
En diciembre de 1990, un estudio para estimar el costo del proyecto determinó que el gasto a largo plazo ascendería a aproximadamente 450 mil millones de dólares repartidos en 20 a 30 años. [3] El "Estudio de 90 días", como llegó a conocerse (también "Informe de 90 días" de personas como Zubrin), evocó una reacción hostil del Congreso hacia el SEI, dado que habría requerido el mayor gasto gubernamental individual desde la Segunda Guerra Mundial . [4] En el plazo de un año, todas las solicitudes de financiación para el 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 y cambiando 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 una falla fundamental en el programa SEI. Zubrin llegó a comprender que si el plan de la NASA era utilizar al máximo la mayor cantidad posible de tecnologías para respaldar el envío de la misión a Marte, se volvería políticamente insostenible. En sus propias palabras:
Lo opuesto exactamente de la forma correcta de hacer ingeniería. [4]
La alternativa de Zubrin a esta estrategia de misión "Battlestar Galactica" (denominada así por sus detractores debido a las grandes naves espaciales de propulsión nuclear que supuestamente se parecían a la nave espacial de ciencia ficción del mismo nombre ) implicaba una estadía más prolongada en la superficie, una ruta de vuelo más rápida en forma de una misión de clase conjunción, utilización de recursos in situ y naves lanzadas directamente desde la superficie de la Tierra a Marte en lugar de ser ensambladas en órbita o en un dique seco en el espacio . [6] Después de recibir la aprobación de la gerencia en Marietta, un equipo de 12 personas dentro de la compañía 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 ahora extinto programa Constellation ) llevaría un Vehículo de Retorno a la Tierra sin tripulación a Marte después de una fase de crucero de 6 meses, con un suministro de hidrógeno, una planta química y un pequeño reactor nuclear . Una vez allí, se utilizarían una serie de reacciones químicas (la reacción de Sabatier acoplada 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 necesitaría ser 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 concluir su estancia en la superficie; el resto estaría disponible para los 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 , se lanzaría un segundo vehículo, la Unidad Hábitat de Marte , en una trayectoria de transferencia de baja energía de seis meses de duración hasta Marte, y llevaría una tripulación de cuatro astronautas (el número mínimo necesario para que el equipo pueda dividirse en dos sin dejar a nadie solo). La Unidad Hábitat no se lanzaría hasta que la fábrica automatizada a bordo del ERV hubiera señalado la producción exitosa de los productos 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 Hábitat a la etapa superior agotada del propulsor y haciéndolas girar sobre 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 se desprendiera y la unidad de hábitat aplicaría aerofrenado para entrar en órbita marciana antes de aterrizar suavemente 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 que se transportaría a bordo de la unidad de hábitat de Marte y alimentado 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 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 cada dos años para garantizar que hubiera un ERV de reserva en la superficie en todo momento, a la espera de ser utilizado por la siguiente misión tripulada o por la tripulación actual en caso de emergencia. En tal escenario de emergencia, la tripulación recorrería 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 incluye varios lanzamientos que utilizan propulsores de carga pesada de tamaño similar al Saturno V utilizado para las misiones Apolo , que podrían derivarse de componentes del transbordador espacial . Este cohete propuesto se llama "Ares", y utilizaría propulsores sólidos avanzados del transbordador espacial , un tanque externo del transbordador modificado y una nueva tercera etapa Lox/LH2 para la inyección trans-Marte de la carga útil. Ares colocaría 121 toneladas en una órbita circular de 300 km y propulsaría 47 toneladas hacia Marte. [9]
El vehículo de retorno a la Tierra consta de dos etapas: la etapa superior albergará a la tripulación durante su viaje de regreso de seis meses a la Tierra desde Marte, y la etapa inferior albergará los motores del cohete y una pequeña planta de producción química.
La Unidad Hábitat de Marte es un vehículo de dos o tres pisos que ofrece un entorno de vida y trabajo completo para la tripulación de Marte. Además de los dormitorios individuales que proporcionan un cierto grado de privacidad para cada miembro de la tripulación y un lugar para los efectos personales, la Unidad Hábitat de Marte incluye una zona de estar común, una pequeña cocina, un área de ejercicios e instalaciones de higiene con purificación de agua de ciclo cerrado. La cubierta inferior de la Unidad Hábitat de Marte proporciona el espacio de trabajo principal para la tripulación: pequeñas áreas de laboratorio para realizar investigaciones geológicas y de ciencias biológicas; espacio de almacenamiento para muestras, esclusas de aire para llegar a la superficie de Marte y un área para ponerse los trajes donde los miembros de la tripulación se preparan para las operaciones en la superficie. La protección contra la radiación dañina mientras se está en el espacio y en la superficie de Marte (por ejemplo, de las erupciones solares ) se proporcionaría mediante un "refugio contra tormentas" exclusivo en el núcleo del vehículo.
La Unidad Hábitat de Marte también incluiría un pequeño explorador presurizado que se almacenaría en la zona de la cubierta inferior y se ensamblaría 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 a 320 km.
Desde que se propuso por primera vez como parte de Mars Direct, la Unidad Hábitat de Marte ha sido adoptada por la NASA como parte de su Misión de Referencia de Diseño de Marte, que utiliza dos Unidades Hábitat de Marte: una de las cuales vuela a Marte sin tripulación, lo que proporciona un laboratorio dedicado en Marte, junto con la capacidad para transportar un vehículo explorador más grande. La segunda Unidad Hábitat de Marte vuela a Marte con la tripulación, y su interior está completamente destinado a espacio habitable y de almacenamiento.
Para demostrar la viabilidad de la Unidad Hábitat de Marte, la Mars Society ha implementado el Programa de Estación de Investigación Análoga a Marte (MARS), que ha establecido una serie de prototipos de Unidades Hábitat de Marte en todo el mundo.
Baker presentó el proyecto Mars Direct en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales en abril de 1990, [10] donde la recepción fue muy positiva. Los ingenieros viajaron por todo el país para presentar su plan, lo que generó un interés significativo. Cuando su gira culminó con una demostración en la Sociedad Espacial Nacional, recibieron una ovación de pie. [4] El plan ganó rápidamente la atención de los medios poco después.
La resistencia al plan surgió de los equipos dentro de la NASA que trabajaban en la Estación Espacial y en conceptos avanzados de propulsión [ cita requerida ] . La administración de la NASA rechazó Mars Direct. Zubrin siguió comprometido con la estrategia y, después de separarse de David Baker, intentó convencer a la nueva administración de la NASA de los méritos de Mars Direct en 1992. [4]
Después de que se les concediera un pequeño fondo de investigación en Martin Marietta, Zubrin y sus colegas demostraron con éxito un generador de combustible 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 los Estados Unidos sobre el futuro de la exploración espacial. [4] Dos meses después, la administración Bush anunció la creación del programa Constelación , una iniciativa de vuelos espaciales tripulados con el objetivo de enviar humanos a la Luna en 2020. Si bien no se detalló específicamente una misión a Marte, se desarrolló tentativamente un plan para llegar a Marte basado en la utilización de la nave espacial Orión para su implementación en la década de 2030. En 2009, la administración Obama comenzó una revisión del programa Constelación y, después de preocupaciones presupuestarias, el programa se canceló en 2010. [11]
Existen diversos problemas psicológicos y sociológicos que podrían afectar a las misiones espaciales expedicionarias de larga duración. Se espera que las primeras misiones espaciales tripuladas a Marte presenten importantes problemas psicosociales que superar, además de proporcionar datos considerables para perfeccionar el diseño de las misiones, la planificación de las misiones y la selección de tripulaciones para misiones futuras. [12]
Desde que se concibió inicialmente Mars Direct, ha sido objeto de revisiones y desarrollos 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 no tripulado aterriza y fabrica propulsores para el ascenso de regreso a la órbita de Marte. La arquitectura de Mars Semi-Direct se ha utilizado como base de varios estudios, incluidas las Misiones de Referencia de Diseño de la NASA.
Al someterlo al mismo análisis de costos que el informe de 90 días , se predijo que Mars Semi-Direct costaría 55 mil millones de dólares en 10 años, una suma que podría ajustarse al presupuesto existente de la NASA.
Mars Semi-Direct se convirtió en la base de la Misión de Referencia de Diseño 1.0 de la NASA, reemplazando a la Iniciativa de Exploración Espacial .
El modelo de la NASA, conocido como Misión de Referencia de Diseño , en su versión 5.0 a partir del 1 de septiembre de 2012, requiere una importante actualización del hardware (al menos tres lanzamientos por misión, en lugar de dos) y envía el ERV a Marte completamente cargado de combustible, estacionándolo en órbita sobre el planeta para su posterior encuentro con el MAV.
Con la inminente llegada de una capacidad de transporte pesado de bajo coste , Zubrin ha propuesto una misión humana a Marte con un coste drásticamente menor utilizando hardware desarrollado por la empresa de transporte espacial SpaceX . En este plan más sencillo, se enviaría a Marte una tripulación de dos personas en un único lanzamiento del 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 inflables adicionales si fuera necesario. Los problemas asociados con la ingravidez a largo plazo se abordarían de la misma manera que el plan básico de Mars Direct, con una atadura entre el hábitat de Dragon y la etapa TMI (Trans-Mars Injection) que actuaría para permitir la rotación de la nave.
Las características del escudo térmico de la Dragon podrían permitir un descenso seguro si se dispusiera de cohetes de aterrizaje de suficiente potencia. Las investigaciones realizadas en el Centro de Investigación Ames de la NASA han demostrado que una Dragon robótica sería capaz de realizar un aterrizaje totalmente propulsivo 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 mantienen el perfil de misión original de dos vehículos de Mars Direct, pero aumentan el tamaño de la tripulación a seis.
La Mars Society Australia desarrolló su propia misión de referencia Mars Oz para cuatro personas , basada en Mars Semi-Direct. Este estudio utiliza módulos bicónicos doblados que aterrizan horizontalmente y se basa en energía solar y propulsión química en todo momento, [15] mientras que Mars Direct y los DRM utilizaron reactores nucleares para la energía de superficie y, en el caso de los DRM, también para la propulsión. La misión de referencia Mars Oz también difiere en que supone, basándose en la experiencia de la estación espacial, que no se requerirá gravedad de espín.
La Mars Society ha defendido la viabilidad del concepto de la Unidad Hábitat de Marte a través de su programa de Estación de Investigación Análoga a Marte . Se trata de dos o tres cilindros verticales de dos pisos de unos 8 m de diámetro y 8 m de altura. La Mars Society Australia planea construir su propia estación basándose 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 un morro cónico. Un segundo módulo similar funcionará como garaje y módulo de energía y logística.
Mars Direct apareció en el programa Mars: The Next Frontier de Discovery Channel , en el que se discutieron cuestiones relacionadas con la financiación del proyecto por parte de la NASA, y en Mars Underground , donde se analiza el plan con más profundidad.
Las propuestas de " Marte para quedarse " implican no regresar a los primeros inmigrantes/exploradores inmediatamente, o nunca. Se ha sugerido que el costo de enviar un equipo de cuatro o seis personas podría ser de una quinta a una décima parte del costo de regresar 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 costo de enviar de regreso incluso 50 kilos de rocas marcianas. Se podrían enviar veinte o más personas por el costo de regresar a cuatro. [17]
