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Misión humana a Marte

Concepto para una base en Marte, con hogar de hielo , rover 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 la exploración más amplia de Marte . [1] Las propuestas a largo plazo han incluido el envío de colonos y la terraformación del planeta . Las propuestas para misiones tripuladas a Marte provienen de agencias como la NASA , CNSA , la Agencia Espacial Europea , Boeing y SpaceX . Actualmente, sólo los módulos de aterrizaje y rovers robóticos han estado en Marte. Lo más lejos que los humanos han estado más allá de la Tierra es la Luna , bajo el programa Apolo .

Las propuestas conceptuales para misiones que involucrarían a exploradores humanos comenzaron a principios de la década de 1950, y por lo general se afirma que las misiones planificadas tendrán lugar entre 10 y 30 años desde el momento en que se redactan. [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 pequeño grupo (entre dos y ocho astronautas ) visitaría Marte durante un período de algunas semanas o más, hasta una presencia continua (por ejemplo, a través de estaciones de investigación , colonización o 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 sin tripulación 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 que vive en Marte es parte de la ficción.

Viajar a Marte

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

La energía necesaria para la transferencia entre órbitas planetarias, o delta-v , es más baja en los 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 generalmente se planifican 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 sólo 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, incluida la clase de oposición y la clase de conjunción, [6] o el sobrevuelo 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, aproximadamente 500 días (16 meses) [ cita necesaria ] en Marte para esperar la ventana de transferencia para Tierra, y un tiempo de viaje de unos 9 meses para regresar a la Tierra. [9] [10] Este sería un viaje de 34 meses.

Los planes de misión a Marte más cortos tienen tiempos de vuelo de ida y vuelta de 400 a 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 escena 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 recorrido 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] Propuesto por R. Titus en 1966, involucraba un vehículo de ascenso de aterrizaje de corta estancia que se separaría de una nave de transferencia Tierra-Marte "padre" antes de su sobrevuelo a Marte. El módulo de aterrizaje Ascent-Descent llegaría antes y entraría en órbita alrededor de Marte o aterrizaría y, según el diseño, ofrecería quizás entre 10 y 30 días antes de que necesitara lanzarse de regreso al vehículo de transferencia principal. [15] (Ver también sobrevuelo a Marte ).

En la década de 1980, se sugirió que el aerofrenado en Marte podría reducir la masa requerida para que una misión humana a Marte despegue 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 frenar aerodinámicamente. [dieciséis]

Aterrizando en Marte

Los insertos representan observación y análisis para encontrar un lugar de aterrizaje seguro.

Varias naves espaciales no tripuladas han aterrizado en la superficie de Marte, mientras que algunas, como la Schiaparelli EDM (2016), han fracasado en lo que se considera un aterrizaje difícil. El Beagle2 fracasó en 2003. 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 de Marte, 24 utilizaron aerocaptura para el regreso a Marte o a la Tierra. [17] Una de las consideraciones para el uso de 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 el Mariner 4 , y realizar un estudio del planeta para identificar los lugares adecuados para el aterrizaje. Mariner 9 y Viking 1 y dos orbitadores, que apoyaron a los módulos de aterrizaje Viking , llevaron a cabo importantes estudios globales . Los orbitadores posteriores, como Mars Global Surveyor , 2001 Mars Odyssey , Mars Express y Mars Reconnaissance Orbiter , han cartografiado Marte en mayor resolución con instrumentos mejorados. Estos estudios posteriores han identificado las ubicaciones probables del agua, un recurso crítico. [18]

Fondos

Un factor limitante principal para enviar humanos a Marte es la financiación. En 2010, el costo estimado fue de aproximadamente 500 mil millones de dólares, aunque es probable que los costos reales sean mayores. [19] A partir de finales de la década de 1950, la fase inicial de la exploración espacial se llevó a cabo tanto para hacer una declaración política como para realizar observaciones del sistema solar. Sin embargo, esto resultó ser un desperdicio e insostenible, y el clima actual es de cooperación internacional, con grandes proyectos como la Estación Espacial Internacional y el propuesto Lunar Gateway siendo construidos y lanzados por múltiples países. [ cita necesaria ]

Los críticos argumentan que los beneficios inmediatos de establecer una presencia humana en Marte se ven superados por el inmenso costo, y que los fondos podrían redirigirse 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 generar interés público para unirse a la causa y generar cooperación global. También hay afirmaciones de que una inversión a largo plazo en viajes espaciales es necesaria para la supervivencia de la humanidad. [19]

Un factor que reduce la financiación necesaria para colocar una presencia humana en Marte puede ser el turismo espacial . A medida que crezca el mercado del turismo espacial y se realicen avances tecnológicos, es probable que el costo de enviar humanos a otros planetas disminuya en consecuencia. Se puede examinar un concepto similar en la historia de las computadoras personales: cuando las computadoras se usaban sólo para investigación científica, con un uso menor en la gran industria, eran grandes, raras, pesadas y costosas. Cuando el mercado potencial aumentó y comenzaron a ser comunes en muchos hogares (en países occidentales y desarrollados) con fines de entretenimiento, como juegos de computadora y reserva de boletos de viaje/ocio, 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 el 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 en Marte es aproximadamente 15 veces el límite del 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 su giro (ver también Fuerza centrífuga )

Algunas de estas cuestiones fueron estimadas estadísticamente en el estudio HUMEX. [37] Ehlmann y otros han revisado las preocupaciones políticas y económicas, así como los aspectos de viabilidad tecnológica y biológica. [38] Si bien el combustible para viajes de ida y vuelta podría ser un desafío, se pueden producir metano y oxígeno utilizando H 2 O marciano (preferiblemente como hielo de agua en lugar de agua líquida) y CO 2 atmosférico con tecnología madura. [39]

Protección planetaria

Actualmente es necesario esterilizar las naves espaciales robóticas que viajan a Marte. El límite permitido es 300.000 esporas en el exterior de naves generales, con requisitos más estrictos para naves espaciales destinadas a "regiones especiales" que contienen agua. [40] [41] De lo contrario, existe el riesgo de contaminar no sólo los experimentos de detección de vida sino posiblemente el planeta mismo. [42]

Esterilizar las misiones humanas a este nivel es imposible, ya que los seres humanos albergan normalmente cien billones (10 14 ) de microorganismos de miles de especies de la microbiota humana , y estos no pueden eliminarse. La contención parece la única opción, pero es un desafío importante en caso de un aterrizaje forzoso (es decir, un accidente). [43] Ha habido varios talleres planetarios sobre este tema, pero aún no hay directrices finales sobre el camino a seguir. [44] Los exploradores humanos también serían vulnerables a la contaminación de la Tierra si se convirtieran en portadores de microorganismos. [45]

Propuestas de misión

Durante las últimas siete décadas, se ha propuesto o estudiado una amplia variedad de arquitecturas de misión para vuelos espaciales tripulados a Marte. Estos han incluido propulsión química , nuclear y eléctrica , así como una amplia variedad de metodologías de aterrizaje, vida y regreso.

Representación artística del conjunto planificado de Orion/DSH/Módulo de propulsión criogénica

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

Innovaciones y obstáculos tecnológicos

Representación de plantas que crecen en una base de Marte. La NASA planea cultivar plantas para alimento espacial . [53]
La NASA ha declarado que los robots prepararán una base subterránea para una misión humana a la superficie. [54]

Es necesario superar importantes obstáculos tecnológicos para los vuelos espaciales tripulados a Marte.

La entrada a 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 frenarse. [55] Se debe utilizar un escudo térmico. [56] La NASA está llevando a cabo investigaciones sobre tecnologías de desaceleración retropropulsiva para desarrollar nuevos enfoques para la entrada a la atmósfera de Marte. Un problema clave con las técnicas de propulsión es el manejo de los problemas de flujo de fluido y el control de actitud del vehículo de descenso durante la fase de retropropulsión supersónica de entrada y desaceleración. [57]

Una misión de regreso desde Marte necesitará aterrizar un cohete para sacar a la tripulación de la superficie. Los requisitos de lanzamiento significan que este cohete podría ser significativamente más pequeño que un cohete que pone en órbita la Tierra. El lanzamiento de Marte a la órbita también se puede realizar en una sola etapa. A pesar de esto, aterrizar un cohete ascensional en Marte será difícil. [ cita necesaria ]

En 2014, la NASA propuso el banco de pruebas de ecopoiesis de Marte. [58]

liquido intravenoso

Uno de los insumos médicos que podrían ser necesarios es una masa considerable de líquido intravenoso , que es principalmente agua, pero contiene otras sustancias por lo que puede agregarse directamente al torrente sanguíneo humano. Si se pudiera crear in situ a partir del agua existente, se reducirían las necesidades de masa. En 2010 se probó un prototipo de esta capacidad en la Estación Espacial Internacional. [59]

Dispositivo de ejercicio de resistencia avanzado

Una persona que permanece inactiva durante un periodo prolongado de tiempo pierde fuerza y ​​masa muscular y ósea. Se sabe que las condiciones de los vuelos espaciales causan pérdida de densidad mineral ósea en los astronautas, lo que aumenta el riesgo de fracturas óseas. Los últimos modelos matemáticos predicen que el 33% de los astronautas correrán riesgo de sufrir osteoporosis durante una misión humana a Marte. [31] Se necesitaría un dispositivo de ejercicio de resistencia similar a ARED en la nave espacial.

gases respirables

Si bien los humanos pueden respirar oxígeno puro, normalmente se incluyen gases adicionales, como el nitrógeno, en la mezcla respiratoria. Una posibilidad es tomar nitrógeno y argón in situ de la atmósfera de Marte , pero son difíciles de separar entre sí. [60] Como resultado, un hábitat de Marte puede utilizar 40% de argón, 40% de nitrógeno y 20% de oxígeno. [60]

Una idea para mantener el dióxido de carbono fuera del aire respirable es utilizar depuradores de dióxido de carbono reutilizables con perlas de amina . [61] Mientras que un depurador de dióxido de carbono filtra el aire del astronauta, el otro sale a la atmósfera de Marte. [61]

El cultivo de alimentos

Si los humanos queremos vivir en Marte, puede ser necesario cultivar alimentos en Marte, con numerosos desafíos relacionados. [62]

Misiones relacionadas

Algunas misiones pueden considerarse una "Misión a Marte" por derecho propio, o pueden ser sólo un paso en un programa más profundo. Un ejemplo de esto son las misiones a las lunas de Marte o misiones de sobrevuelo.

Misiones a Deimos o Fobos

Muchos conceptos de misión a Marte proponen misiones precursoras a las lunas de Marte, por ejemplo una misión de retorno de muestra a la luna de Marte Fobos [63] – no exactamente a Marte, pero tal vez un cómodo trampolín hacia una eventual misión a la superficie marciana. Lockheed Martin, como parte de su proyecto "Stepping Stones to Mars", llamado "Proyecto Red Rocks", propuso explorar Marte robóticamente desde Deimos. [64] [65] [66]

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

Misiones de retorno de muestras a Marte

Ejemplo de concepto de misión de retorno

Una misión de retorno de muestras a Marte (MSR) sin tripulación se ha considerado en ocasiones como precursora de las misiones tripuladas a la superficie de Marte. [67] En 2008, la ESA calificó el retorno de una muestra como "esencial" y dijo que podría cerrar la brecha entre las misiones robóticas y humanas a Marte. [67] Un ejemplo de una misión de retorno de muestras a Marte es la Recolección de muestras para la investigación de Marte . [68] 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 . [69] Sin embargo, tales misiones se han visto obstaculizadas por la complejidad y los gastos, y una propuesta de la ESA involucra no menos de cinco naves espaciales no tripuladas diferentes. [70]

Los planes de retorno de muestra plantean la preocupación, por remota que sea, de que un agente infeccioso pueda llegar a la Tierra. [70] Independientemente, 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.) [71]

En los albores del siglo XXI, la NASA diseñó cuatro vías potenciales para las misiones humanas a Marte, [72] de las cuales tres incluían el retorno de una muestra de Marte como requisito previo para el aterrizaje humano. [72]

El rover Perseverance , que aterrizó en Marte en 2021, está equipado con un dispositivo que le permite recolectar muestras de rocas que serán devueltas más adelante por otra misión. [73] Perseverance como parte de la misión Mars 2020 se lanzó sobre un cohete Atlas V el 30 de julio de 2020. [74]

Misiones orbitales tripuladas

A partir de 2004, los científicos de la NASA propusieron explorar Marte mediante la telepresencia de astronautas humanos en órbita. [75] [76]

Una idea similar fue la misión propuesta "Exploración humana mediante operaciones robóticas en tiempo real". [77] [78]

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

enlaces externos

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