Con el programa del transbordador espacial llegado a su fin, los científicos se están centrando en la tecnología en que necesitamos una nave para que puedan viajar todos los seres humanos más allá de la Tierra. Todos los ojos están en Marte, pero el diseño de una nave espacial nueva para que podamos viajar al Planeta Rojo. Eso se ha convertido en el reto principal de las aventuras siderales. Si no hay donde ir, ¿para qué hablar más de Marte?

La técnica de aerofrenado fue utilizada por primera vez por la sonda Magallanes en su aventura alrededor de Venus. Aunque con frecuencia utilizada esa tecnología en misiones espaciales, los vuelos múltiples sobre el objetivo y el tiempo necesario para el aerofrenado, crean repetidos problemas para su uso en una misión humana a Marte.

Los desastres de los transbordadores espaciales Challenger y Columbia fueron tal vez dos de los recordatorios más vitales de lo importante que es que todo funcione a la perfección para que una nave espacial pueda viajar al espacio y regrese con éxito a la Tierra. Si fue simplemente el hecho de que el sellado utilizado para detener la filtración de los gases calientes a través de un trozo de espuma aislante el que dañó el sistema de protección térmica, eso ocurrió. Los científicos y los ingenieros deben hacer miles de previsiones de todas las cosas que pueden salir mal durante el vuelo.

Humanos de la NASA, rusos, chinos o indios, todas las misiones interesadas tienen idénticos desafíos. El envío de seres humanos con seguridad a la distancia más lejana y peligrosa no es una aventura más. El diseño de una aeronave que pueda entrar y salir de la atmósfera impredecible de Marte es una empresa casi imposible. Excepto en ciencia ficción.

“Cada vez que alguien sueña con volar a Marte, debe aprender un poco más y obtener un poco más de información), ha dicho Walter Engelund de Langley, el Centro de Investigación de la NASA. Una cosa de la que estamos conscientes es que la atmósfera de Marte es ciertamente una de las variables más importantes. Es mucho más dinámica que la atmósfera de la Tierra. Es como si estuviéramos hablando de temas distintos.”

Para las misiones que pretendan ingreso y reingreso en la tierra (y por ahora solo algún loco piensa en ir… y luego... veremos), el diseño de la nave espacial se suele guiar por su SISTEMA EDL (entrada, descenso y aterrizaje). Engelund, junto con varios otros colegas de la NASA, publicó una revisión de los sistemas de EDS que se proponen para una futura misión tripulada a Marte en un reciente libro titulado "La misión humana a Marte. La colonización del planeta rojo”. El libro es una recopilación de estudios escrito por un equipo de más de 70 científicos, entre ellos cuatro astronautas (dos que caminaron en la Luna), que ofrece una guía detallada de cómo llevar a cabo con éxito una misión humana a Marte...

Gestión del Peso desde ahora un viaje a Marte será tripulado

Hasta ahora, la NASA ha tenido seis exitosos módulos de aterrizaje: Viking I y II, Pathfinder, Spirit y Opportunity MER, y Phoenix. Sin embargo, todas estas misiones fueron misiones robóticas con vehículos significativamente más ligeros que una nave espacial capaz de llevar a los astronautas, los suministros y el combustible de ida y vuelta. El desarrollo de sistemas para una misión tripulada a Marte requerirá un cuidadoso equilibrio entre la reducción del peso y la manera de utilizar la menor cantidad de combustible posible.

El 14 de enero de 2004, el presidente norteamericano pronunció un discurso en la sede de la NASA y esbozó un "nuevo rumbo" para el programa espacial que debía "extender la presencia humana a través del sistema solar."

Con un recordatorio de que había pasado casi un cuarto de siglo desde que Estados Unidos desarrolló un nuevo vehículo para la exploración espacial, el presidente hizo un llamamiento para un nuevo vehículo espacial tripulado.

 "Construiremos nuevas naves para llevar al hombre allá a espacios siderales, para poner un pie en la Luna nueva (Marte), y prepararse para nuevos viajes a mundos más allá del nuestro", dijo.

Planificación de la entrada, descenso y  aterrizaje en la misión ExoMars.

Como respuesta a esa visión para la exploración espacial, la NASA, en mayo de 2005, comenzó los Sistemas de Exploración Estudio de Arquitectura (AES), que sirvió de modelo para futuras naves espaciales que eventualmente puedan llevar humanos a la Luna y a Marte. La NASA puede o no puede usar las especificaciones de diseños descritos en este estudio, pero cualquiera que sea la manera con que se utilice, va a ser muy diferente del diseño de las misiones robóticas que se han utilizado hasta hoy.

"Cuando queramos enviar humanos a la superficie marciana se va a necesitar un sistema EDL capaz de transportar al menos 10 veces más de masa y volumen que las misiones robóticas (no tripuladas) que han explorado Marte hasta hoy.", dijo Engelund.

Por lo menos 34 millones de millas separa Marte y la Tierra (la distancia entre los dos planetas varía a lo largo de sus órbitas elípticas alrededor del Sol). Uno de los mayores obstáculos que enfrentan los ingenieros de diseño es el que trata de la cantidad de combustible que será necesaria para enviar una nave espacial en una distancia de ida y vuelta. Más combustible significa más peso y más peso: la necesidad de más combustible para transportar ese peso. Parece un círculo vicioso.

Entrando en la órbita de Marte con menos combustible

Por razones de seguridad y operacionales, la nave espacial que viajará a Marte probablemente no podrá aterrizar en la superficie inmediatamente después de llegar al planeta rojo.

El libro editado por Joel Levine y Rudy Schild, a los que el artículo Engelund sirvió como modelo para la obra sobre la exploración de Marte, incluye artículos de más de 70 científicos.

"Durante una misión a escala humana, es muy probable que tengamos una nave espacial que se mantendrá en órbita con alimentos y suministros para el viaje de vuelta a casa, y también para un "refugio seguro" en caso de que algo vaya mal en la superficie marciana", dice Engelund.

Lo que los científicos están imaginando es en una nave espacial que primero entre en órbita en Marte y luego implemente un módulo de descenso hasta la superficie. La capacidad de la primera órbita del planeta antes de aterrizar en él también dará a los astronautas una oportunidad para observar la atmósfera y asegurarse de que no hay tormentas de polvo o condiciones meteorológicas peligrosas en el lugar donde se planea el aterrizaje.

Para entrar en la órbita de Marte, los científicos están planeando usar un método llamado aerocaptura, que nunca ha sido probado antes.

"Uno de los problemas es el de conseguir una nave espacial a Marte es que primero tenemos que sacarla de la órbita de la Tierra", explicó Engelund. "Así que tenemos que acelerar a una velocidad lo suficientemente alta para romper el campo gravitatorio de la Tierra. Entonces, cuando la nave llegue al planeta de destino, tiene que reducir la velocidad lo suficiente como para que sea "capturado" en órbita alrededor del campo de gravedad de ese planeta.”

La NASA podrá ir sola a Marte pero hay que ir pensando en alianzas internacionales y la cooperación con otros países”

El proceso de aerofrenado ha sido utilizado con éxito en misiones anteriores

El aerofrenado utiliza propulsión para insertar la primera nave espacial en órbita (órbita de captura) y, a continuación circulariza (o alcanza la órbita deseada, también conocida como la órbita de ajuste) por la que la nave espacial pasa por la parte superior de la atmósfera en varias ocasiones. La Aerocaptura, por el contrario, supone tanto la captura de la órbita de ajuste en una sola pasada a través de la atmósfera más profunda.

Por lo general, la ralentización de una nave espacial se realiza por disparos retro-cohetes, que son los cohetes que se disparan en la dirección opuesta de la nave espacial que está viajando. Según Engelund, este método requiere gran cantidad de combustible que hay que llevar en todo el camino hasta que la nave espacial llegue a Marte. Eso añade un peso adicional a un vehículo ya pesado y todo eso es muy caro. La maniobra de aerocaptura en su lugar, utiliza la fricción producida por la atmósfera superior del planeta (Marte) para frenar el vehículo... El ambiente, en este caso, sirve como un "freno" para el vehículo, eliminando la necesidad de combustible adicional.

El proyecto “Rusia Marte 500” simula las condiciones de vida difícil de una misión humana a Marte, y está ayudando a los científicos de la NASA a entender cómo los seres humanos sobreviven en el planeta rojo.

A pesar de las ventajas de utilizar el método de aerocaptura, los científicos también han estudiado los inconvenientes y cómo tratar con algunos de los posibles problemas que puedan surgir. Según los autores de este informe, los estudios históricos han demostrado que la aerocaptura es una tecnología relativamente de bajo riesgo. Sin embargo, muchos de esos estudios se basaban en pequeñas cargas no muy pesadas solamente útiles y más adecuadas para misiones robóticas.

Durante la maniobra de aerocaptura, la nave debe tener una inmersión profunda a través de la atmósfera de Marte. La fricción con experiencia durante la entrada hace que la energía de la velocidad del vehículo se convierta en calor… Este calentamiento requiere una aerocubierta extra y un sistema de protección térmica para proteger a la nave y todo lo que está dentro. Engelund dijo que incluso con estos componentes adicionales, utilizando la aerocaptura todavía se requiere menos peso total para entrar en la órbita de Marte con un método de propulsión de combustible de motor.

El otro problema potencial es con el software que guía la nave durante la aerocaptura. El programa que se utiliza es lo suficientemente inteligente como para determinar los parámetros importantes: como tiene que ir la temperatura en la atmósfera de la nave espacial, cómo supervisar el progreso en tiempo real, y predecir el momento de volver a salir de la atmósfera para llegar a la órbita correcta. Precisión, sin embargo, es la clave.

“Si hay demasiada temperatura la nave se quema", explicó Engelund. “Si hay demasiada poca y no se quita energía no hay la suficiente velocidad, y cuando al fin se regrese, o no se entra en la órbita correcta o aún peor que no entrar en la órbita debida sería navegar libremente por el espacio”

El conocimiento del ambiente de Marte necesario a los científicos para elegir el sistema

Pero estas son cosas que hemos estado estudiando durante años y- en algunos casos, incluso décadas - y (que) le aseguran a uno que está en condiciones de diseñar un sistema de aerocaptura que utilice la tecnología actual, terminó Engelund.

En abril del año pasado, el presidente Barack Obama, habló en una conferencia en el Centro Kennedy de la NASA, y reiteró el compromiso de Estados Unidos de enviar pronto un ser humano a Marte.

La NASA ha enviado varias misiones robóticas a Marte con éxito… El diseño de una nave espacial para llevar a los seres humanos al planeta rojo y de forma segura a la Tierra sigue siendo un reto.

"En 2025, esperamos que estará diseñada la nueva nave para viajes largos. Y así podamos comenzar misiones tripuladas más allá de la luna por primera vez", dijo Obama. "Vamos a empezar con el envío de astronautas a un asteroide por primera vez en la historia. A mediados de la década de 2030, creo que podremos enviar humanos a la órbita de Marte y que regresen sanos y salvos a la Tierra. Seguirá un aterrizaje en Marte. Y espero estar aquí para verlo.

Los recortes de prespuesto  y el diseño de la nave programada

Después de que hablara Obama, la NASA ha sufrido recortes presupuestarios que afectan a varios programas, y en principio estaban incluidos los que tenían que ver con el diseño de naves espaciales para los vuelos de larga distancia. Pero luego hubo un reajuste y el viaje a Marte no encontrará inconvenientes de tipo económico, como diremos luego.

En otros programas la NASA ha decidido dar un paso atrás y contemplar otra gama de inversiones en tecnología no tan costosas. En lo que se refiere a la nave “Johannes Kepler” que es un carguero especial enorme -algo así como la rusas de los días de Yuri Gagarin- (con un peso de siete toneladas), no tiene nada que ver con la expedición a Marte. Tiene como destino la Estación espacial Internacional (ISS) y está patrocinada por varios países. Tardará ocho días en llegar a su destino. El Centro de Control está en Toulouse (Francia) y Engelund no dirige las maniobras de aproximación y atraque, sino su homónimo italiano Paolo Nespoli. El Washington Post se extrañó de que Obama no hablara de él, pero estaba un tanto equivocado, pues Obama no tiene nada que ver en esa nave. Y eso es significativo, pues ahora a Obama se le relaciona con todo lo espacial, en vez de conectarlo sólo en lo que le incumbe. El viaje a Marte se convierte más o menos en un viaje electoral.

Algunos de esos cortes presupuestarios parecían probables que obstaculizaran el camino del hombre hacia Marte, pero era algo tan importante que el presidente Obama se las compuso para encontrar en alguna parte los fondos que faltaban…

Y aunque Ayanna Howard, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática y presidenta del tema de la robótica en el Instituto de Tecnología de Georgia se había referido al tema de una forma pesimista, no ha debido ni de tener tiempo de rectificar.

La misión tripulada a Marte es muy beneficiosa, pues ahora, los científicos y los gobiernos pueden animarse a emprender proyectos alternativos después de ver a un ser humano - de cualquier país - viajar de la Tierra a Marte.

“De todas formas creo que hay una sensación generalizada de que la NASA podrá  ir sola a Marte pero sería muy bueno ir pensando en alianzas internacionales y la cooperación con otros países”. Parece que el propio Engelund ha cambiado algo de ideas respecto a su libro. "Personalmente creo que hay un enorme potencial para enviar humanos a Marte - pero también sugiere una campaña mundial que permita a muchas naciones trabajar juntas”.

El mundo y el espacio no se pueden dividir en fronteras. Son de to