Viaje a Marte: ¡el gran desafío!

El cine ha apostado con frecuencia por la ciencia y este último año también. Películas como “Descifrando Enigma”, “Interstellar”, o “Gravity” (que pronto abordaremos), son algunos ejemplos tratados en este blog. Hoy traemos un tema que suele ser objeto de debate: ¡la futura llegada del ser humano a Marte! Avalado por el reciente film dirigido por Ridley Scott, protagonizado por Matt Damon, se trata de un enorme desafío en la búsqueda de tierras Marte 01habitables o de vida inteligente. Tras haber ido a la Luna, acostumbrados a ver a astronautas por el espacio, resulta tentador pensar en enviar seres humanos a Marte, algo más que una ficción en la actualidad cuya magnitud o complejidad intentaremos explicar.

Pero antes de entrar en materia hagamos una breve descripción del ‘Planeta Rojo’ como también se le conoce por la apariencia rojiza de su superficie dominada por el óxido de hierro. Marte, llamado así en honor al dios de la guerra de la mitología romana, es el cuarto planeta del Sistema Solar más cercano al Sol y forma parte de los llamados planetas telúricos, junto a Mercurio, Venus y Tierra, por su naturaleza rocosa y una fina atmósfera de dióxido de carbono. A primera vista pudiera parecer un planeta ‘muerto’; sin embargo no es así por sus campos de dunas cambiantes con el viento, sus casquetes polares que lo hacen con las estaciones, y presentar relieves muy similares a la Tierra como volcanes, cauces (secos) de ríos, cañones, cráteres meteóricos, colinas o dunas de arena. También ‘desiertos’, unas regiones de color naranja rojizo con el suelo cubierto de piedras que se extienden por las tres cuartas partes de la superficie. Aunque carece de mares, su área ‘pisable’ es muy parecida a la de nuestro planeta (los océanos terrestres cubren alrededor del 70% de su superficie), pero mucho más frío por su mayor distancia del Sol, con una temperatura media de -55 ºC, que puede oscilar entre -20 ºC y -80 ºC en un solo día y llegar a -140 ºC en los polos.

Sin título-1Distancias (aproximadas) máxima y mínima entre Marte y la Tierra.

De forma ligeramente elíptica, el radio de Marte es de 3397 kilómetros, algo más de la mitad del radio terrestre (6378 kilómetros). Su movimiento de rotación (sobre sí mismo) tiene una duración algo superior a un día (24 h. 40 min.), muy similar al de la Tierra, mientras que el de traslación (alrededor del Sol) es casi el doble (1 año y 321 días). Si dentro de su órbita se dibuja la de la Tierra, cuya elipse es bastante menos alargada, se puede observar como la distancia entre los dos planetas se halla sujeta a grandes variaciones que oscilan desde 400 millones de Km. (máxima), momento de la conjunción con el Sol situado entre ambos, hasta la posición más favorable que se produce cada 780 días (2,14 años) donde queda reducida a 55 millones de Km. A este fenómeno en el que la Tierra y Marte se alinean con el Sol se le llama ‘oposición’.

La atmósfera de Marte es muy tenue. Su presión superficial es 100 veces menor que la terrestre (1013 milibares), aunque varía mucho con la altitud llegando a ser 1000 veces menor en la cima del Monte Olimpo, el mayor volcán conocido del Sistema Solar, y el pico más alto de la superficie marciana de cerca de 25 Km. de altura, casi el triple del Everest (8,8 Km.). El contenido de ozono es 1000 veces menor que en la Tierra, por lo que esta capa de protección situada a 40 Km. de altura no es capaz de impedir la radiación ultravioleta. En cuanto a la gravedad es algo superior a la tercera parte de la terrestre (9,81 m/s2).

A lo largo del tiempo se han realizado numerosos descubrimientos que sugieren (con indicios) la probable existencia de agua en el pasado de Marte. Un reciente estudio publicado por la NASA concluye que hace 4300 millones de años tuvo un extenso océano en el hemisferio norte. Durante una rueda de prensa, la propia agencia espacial anunció que había hallado pruebas ‘concluyentes’ de que fluye intermitentemente agua líquida (probablemente mezclada con sales) por su superficie. Ya en 2013 se anunció la posibilidad de que habría existido un lago de agua dulce en la denominada Bahía Yellowknife que pudo albergar algún tipo de vida microbiana hace unos 3600 millones de años. Todo ello hace suponer que entre los granos del suelo existe agua congelada, fenómeno por otra parte muy común en las regiones más frías de la Tierra. Los recientes descubrimientos del robot Opportunity avalan la hipótesis de su pasado húmedo y las teorías actuales predicen que las condiciones para encontrar algún signo de vida requieren la disponibilidad de agua líquida. De ahí lo importante de su búsqueda.

Marte 02. FotogramaFotograma de la película ‘Marte’.

Hecho este pequeño preámbulo, el primer obstáculo, quizás el más importante, que se presenta para llegar a Marte (hay otros como más adelante veremos), será: ¡como salvar la enorme distancia que existe desde la Tierra! Para valorar a lo que nos estamos enfrentando decir que la actual Estación Espacial Internacional (ISS), a la que viajan con relativa frecuencia astronautas de distintos países, su órbita alrededor de nuestro planeta es de solo 400 Km. En el caso de la Luna, por poner otro ejemplo, su trayectoria elíptica discurre a una distancia media de la Tierra de 384.000 Km., recorrido que las naves Apolo (USA) tardaban más o menos 3 días en cubrir. Pues bien, ambos trayectos comparados con el viaje a Marte son poco más que una minucia. ¡El salto es enorme! Otro aspecto a tener en cuenta son los grandes pesos a desplazar. En ningún caso será posible utilizar un único cohete. Se necesitarían varios lanzamientos previos (se habla hasta 10) para poder ensamblar en el espacio los elementos de propulsión, módulos de combustible, naves y el resto de habitáculos. Parte de ellos se enviarían más tarde a Marte por separado (y por anticipado), además de la nave con la tripulación que lo haría en último lugar.

Aunque hemos dicho que la distancia entre Marte y la Tierra varía según su disposición orbital (entre 55 millones de Km. y 400 millones de Km.), suponiendo que se encontrasen a su distancia mínima se está hablando de una duración del viaje completo de de 2,5 años distribuidos de la siguiente manera: 6 meses para la ida, 6,5 meses para la vuelta, y unos 18 meses de estancia en el ‘Planeta Rojo’ con el fin de que el regreso coincida a su vez con una posición óptima entre los dos planetas, lo que conllevaría un menor consumo de combustible y un importante ahorro en el peso de la nave principal, un aspecto a tener muy en cuenta. Otros aspectos a señalar, aunque sea de forma somera, son la adaptación al estado de ingravidez: afecta de manera notable al cuerpo humano, y más tras un viaje de 6 meses donde no habrá nadie para ayudar ante sus posibles consecuencias. Igual que el aspecto psicológico de una tripulación que convivirá en condiciones de casi confinamiento en espacios muy reducidos y situaciones de fuerte estrés. Finalmente, otro requisito muy importante será el diseño de las naves que en la película, con amplios habitáculos y espacios confortables, no son reales. 

Vehiculo transferencia 01.Fuente NASA Boceto de la nave principal de la tripulación para el viaje a Marte (‘vehículo de transferencia’). Fuente: NASA.

Sin entrar en muchas más profundidades, está claro que nos encontramos ante uno de los mayores desafíos a los que se puede enfrentar el ser humano en su búsqueda de lo desconocido y al que la enorme distancia al ‘Planeta Rojo’ lo hace más difícil todavía. A continuación daremos unas pequeñas pinceladas sobre el actual estado del desarrollo tecnológico para un viaje cuya primera ‘ventana’ óptima se podría presentar en el año 2037. Los estudios realizados hasta la fecha señalan la necesidad de un mínimo de tres naves para abordar la misión (dos de carga y una para la tripulación). Una de las naves de carga llevaría el hábitat (elementos y medios de supervivencia) que albergaría a los astronautas durante su estancia en Marte (18 meses). La otra de carga sería el vehículo de descenso (que también se utilizaría en el ascenso para el viaje de regreso una vez acabada la misión). La tercera nave, denominada ‘vehículo de transferencia’, sería la de la tripulación. Un módulo presurizado en el que vivirán los astronautas durante su viaje por el espacio, y que a día de hoy representa uno de los mayores problemas para los ingenieros de diseño, algo que la película resuelve en una de sus ‘licencias’ en forma de un espacioso vehículo. Una de sus principales características es que deberá ser muy robusta para proteger a los astronautas de la radiación, y al tiempo lo más ligera posible para alcanzar la máxima velocidad y limitar el consumo de combustible. Será también la única nave que efectuará los dos trayectos de ida y vuelta, pues las de carga son solo para el viaje de ida.

Antes de ser enviadas a Marte por separado y en tiempos distintos, las tres naves tendrán que ensamblarse primero durante una órbita terrestre baja, siendo las de carga las primeras en hacerlo, dos años antes que la nave de la tripulación. La razón de este desfase es porque cada dos años (aproximadamente) la posición entre Marte y la Tierra permite volar una trayectoria en la que la cantidad de combustible necesario es mínimo, requisito muy a tener en cuenta por las muchas toneladas a almacenar para el viaje. Por tanto, dos años más tarde que las dos naves de carga, tras comprobar que los diferentes elementos consumibles (combustible, aire, agua) se han programado y funcionan en condiciones correctas en su destino, se procederá al lanzamiento de la nave con la tripulación desde el punto de ensamblaje, que una vez alcanzada la órbita del ‘Planeta Rojo’ se encontrará con el vehículo de descenso. Los astronautas pasarán a su interior y tras la maniobra correspondiente aterrizarán lo más cerca posible de la primera nave de carga ya a pleno funcionamiento en la superficie marciana.

Cráter Gale. CuriosityImagen real del cráter Gale en Marte tomada por el robot Curiosity.

Precisamente uno de los problemas técnicos aún no resuelto es el descenso de las naves de carga. Hasta ahora solo se ha conseguido con vehículos de muy poca masa (máximo una tonelada), muy lejos de las varias decenas que se creen necesarias para una misión de este tipo. Al ser la atmósfera de Marte muy tenue, de no utilizar una retropropulsión muy potente o enormes superficies de frenado no será posible disminuir la velocidad lo suficiente para hacerlo con garantías. Y aún más, supuesto salvado este escollo y transcurrida la estancia en Marte, todavía quedaría la operación de regreso a la Tierra cuya operativa de ascenso se haría en esa misma nave hasta llegar a la nave principal, que habría permanecido en órbita alrededor del ‘Planeta Rojo’ todo el tiempo. Álvaro Jiménez, director de Ciencia y Exploración Robótica de la Agencia Espacial Europea (ESA), actualmente ve más viable “hacer primero un vuelo tripulado de ida y vuelta a Marte, sin aterrizar, como se realizaron las primeras misiones a la Luna, para probar tecnologías y hacer investigaciones durante unos días en órbita con medidas reales. Aunque no se aterrice, es complicado y tienes que hacer las cosas paso a paso. En total, calcula, ese viaje podría durar alrededor de un año, la mitad de lo que haría falta si se incluyera el aterrizaje”, y aún en ese caso ni siquiera lo ve lo posible antes de 2030.

Son muchos los que se preguntan si sería posible reducir la estancia en Marte (18 meses). La respuesta es afirmativa: se podría hacer entre 1 y 3 meses, pero en ese caso debería tenerse en cuenta que los viajes serían más largos (y en otras condiciones) que en los supuestos anteriores, que de no cumplirse harían su coste mucho más prohibitivo. Una de las razones que favorecen los viajes cortos y estancias largas estaría en reducir la exposición de la tripulación a la radiación en el espacio. Un aspecto a tener en cuenta durante la permanencia en Marte, pues el planeta solo bloquea el 50% de la radiación a la que estarían expuestos los astronautas. En cuanto a las necesidades de combustible para la misión completa, que tanto condiciona el peso de las naves, se estima en un mínimo de 850 toneladas para el tipo de propulsión idóneo aún no del todo desarrollado.

Sin título-2Esquema del viaje a Marte con los plazos manejados en la actualidad para completar la misión.

La realidad es que 46 años después de la llegada del hombre a la Luna, el viaje a Marte sigue siendo un sueño, si bien el reciente anuncio de nuevas pruebas que demuestran la existencia de agua líquida ayudará a un proyecto de inversión tan costosa. Radiación mortal, temperaturas extremas, aire irrespirable, frecuentes tormentas de arena, suelo no cultivable… el entorno desértico del ‘Planeta Rojo no es precisamente un lugar acogedor, aunque sigue siendo el mejor candidato, quizás el único, para acoger en el futuro a una colonia humana. De hecho desde hace décadas se lleva preparando el camino enviando sondas y vehículos cada vez más sofisticados, como el ‘Curiosity’, para analizar el terreno y seleccionar los lugares más propicios en busca de indicios de vida. El posible hallazgo de agua sin duda es un paso esperanzador: “Tiene importancia para la exploración humana porque significa que se puede obtener agua del subsuelo y también por la posible existencia de microorganismos”, explica Javier Gómez Elvira, ex director del Centro de Astrobiología, instituto asociado a la NASA.

Sin embargo, a pesar de que en el año 2010 el presidente Barack Obama (USA) estaba convencido de que los astronautas de la NASA pisarían la superficie de Marte a principios de los años 30, pocos han sido los avances reales. “Creo que faltan, al menos, dos décadas para lograrlo, quizás un poco más. La pregunta es que pasos hay que dar para lograrlo, porque aún hay algunos aspectos tecnológicos complejos que resolver. Si vamos a enviar humanos a Marte y, por supuesto, queremos traerlos de vuelta, harán falta al menos dos años de viaje. Es mucho tiempo. Estamos usando la Estación Espacial Internacional (ISS) como plataforma para preparar tecnologías que serán útiles para ese viaje”, señala el alemán Thomas Reiter, director de operaciones de la Agencia Espacial Europea (ESA), que añade: “A diferencia de las misiones Apolo, cuando los humanos vuelvan a la Luna es muy probable que se queden para hacer mucha ciencia. Hay muchas cosas que se pueden ensayar, como la producción de oxígeno o la fabricación de combustible para los cohetes”.

Álvaro Jiménez también señala que, supuesto superado el problema del aterrizaje, sería muy importante “usar los recursos que hay en Marte para sobrevivir”, ya que no sería ‘práctico’ enviar toda la comida, agua y oxígeno necesarios para los 18 meses que se estiman de estancia de los astronautas (5 o 6). Afirma que uno de los experimentos en que tendrá que trabajar la NASA será que “el vehículo robótico ‘Mars2020’ recoja el CO2 de la atmósfera para generar oxígeno que puede servir para tener una atmósfera respirable e incluso combustible para los cohetes. Pero también habrá que ver como sacar el agua del subsuelo, como recoger minerales e incluso construir hábitats usando el suelo y las rocas de Marte. De momento, no se ha planteado ningún experimento para sacar agua del suelo”. De ahí que en el plan inicial figure el envío previo de una nave de carga (no tripulada) con todo lo que se necesite para llevarlo a efecto. En cuanto a la alimentación, aunque en la película ‘Marte’ el superviviente Matt Damon consigue cultivar patatas en una especie de invernadero, el hecho cierto es que se lleva años trabajando para intentar producir alimentos frescos y productos envasados de muy larga duración.

Rover MarteVehículo Rover utilizado en la película ‘Marte’ para desplazarse por el planeta.

El astronauta español Pedro Duque y científicos del Centro de Astrobiología de Madrid (CAB) describen al ‘Planeta Rojo’ como un lugar inhóspito con temperaturas muy bajas y una peligrosa radiación, y señalan lo difícil que sería conseguir agua o alimentos. Aunque la película ‘Marte’ se ha tomado algunas licencias para mantener el interés del espectador, en general sigue los pasos de las investigaciones de la NASA. Javier Gómez Elvira, responsable de la estación meteorológica REMS, indica que el planeta es tal y como lo imagina su director: “seco, rocoso, con dunas y puestas de sol similares a las de la película”, y añade: “la tormenta de arena, tal como se ve, es imposible. En Marte la atmósfera es tan fina que unos vientos que en la Tierra tirarían a un humano al suelo allí no son más que una ligera brisa”. Aún nos encontramos lejos de poder enviar seres humanos a Marte, pero algo similar se decía el siglo pasado cuando se hablaba de los viajes al espacio, y más en alcanzar la Luna. Un viaje con grandes dificultades operativas que requiere desarrollos tecnológicos aún no resueltos y que la mayoría de los expertos piensan que sigue siendo todavía… una aventura.

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One Response to Viaje a Marte: ¡el gran desafío!

  1. Martin dice:

    Un gran artículo amigo, como todos los que haces, si bien éste y sin duda por mi afición a temas del espacio me ha parecido francamente bueno

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