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Espacio profundo: la nueva frontera. Misiones a Marte.

Por: Ángel Rojo (Docente Investigador - ESGA) con la colaboración del Dr. Mariano Rodríguez Capristo (Gerente Asuntos Jurídicos - CONAE)

Que el ser humano se convierta en una especie “multiplanetaria”, es mejor que ser una especie de un único planeta. Elon Musk

Tal vez motivados por la misma visión, diferentes países han comenzado una carrera para llegar a posicionarse en este planeta, carrera que ha dejado de ser exclusiva de los Estados Unidos y Rusia, al entrar en juego nuevos actores como son China y Emiratos Árabes Unidos (EAU).

Hasta la fecha, solo Estados Unidos, India, Rusia y la Agencia Espacial Europea (ESA) consiguieron colocar con éxito sondas en torno a Marte. Y solo Estados Unidos logró posar sondas con éxito desde 1997: cuatro fijas y cuatro móviles llamadas "rovers" (Pathfinder, Spirit, Opportunity y Curiosity, este último sigue activo desde 2012, habiendo recorridos unos 23 km en el planeta rojo).

Si bien los fines de estas misiones son científicos, con el objeto de estudiar las características de un planeta que era parecido al nuestro hace unos 3.500 millones de años, saber si existió vida en él y recabar información para una posible misión tripulada en el futuro, esto tiene un trasfondo geopolítico. Las grandes potencias buscan ganar esta nueva frontera espacial con el objeto de la exploración y explotación de los recursos allí existentes. Mientras que otros, como EAU, tal vez busca, en la carrera espacial, un motor de desarrollo para diversificar su economía, altamente dependiente del petróleo.

El 20 de julio se celebra el Día de la Exploración Espacial en conmemoración al primer alunizaje realizado en 1969 por los astronautas estadounidenses. Coincidentemente con este evento, Estados Unidos, a través de la NASA, que es la agencia civil más experimentada en esta área, planearon lanzar su misión Mars 2020 el 30 de julio, mientras que China, el 23 julio y EAU, el 15 julio.

Debido a demoras en las pruebas, no llegaron a tiempo con la misión conjunta prevista por la Agencia Espacial Europea (ESA) y Roscosmos, Agencia Espacial Rusa, que tendrá que esperar a la próxima ventana en el 2022.

Tal vez, en un futuro no muy lejano, más países se sumen a este selecto grupo, debido al auge de emprendimientos civiles en el área espacial. Esto permitirá aumentar la oferta de este tipo de servicios, haciendo más fácil para los países que no poseen estas tecnologías el acceso al espacio para explorarlo en propio beneficio. Pero seguramente quedarán relegados de la posibilidad de sentarse a la mesa donde se tomen las decisiones y a explotar los recursos que allí existen.

Que se hayan producido tantos lanzamientos en una ventana de tiempo corta se debe a que, en el período de fines de julio hasta mediados de agosto de 2020, los dos astros se encuentran más próximos. Esto se debe a las posiciones relativas de los planetas durante su rotación alrededor del Sol. En este sentido, la Tierra es el tercer planeta más cercano al Sol, con una órbita de 365 días, mientras que Marte es el cuarto, con una órbita equivalente a 687 días terrestres. Además, poseen órbitas elípticas que están descentradas respecto del Sol y ligeramente inclinadas.


Fuente: cnnespanol[1]

Esta situación de proximidad se da solamente cada 26 meses, donde los dos astros se alinean del mismo lado del Sol.


Fuente: iac[2]

La posición más favorable es cuando los dos planetas están más próximos, esto se produce cuando están en el perihelio, es decir en el punto de la órbita más próximo al Sol, lo cual solo ocurre una vez cada 15 años y una de ellas fue en el 2003, como muestra la siguiente imagen.


Fuente: astrojem[3]

Por lo pronto, estas misiones emplearán robots, aunque actualmente existan los avances médicos y de protección personal por las bajas temperaturas y anti radiación para llevar adelante la exploración a través de una misión tripulada. La misma duraría por lo menos 30 meses previendo 7 meses de viaje por tramo más 15 meses que debería permanecer en Marte a la espera de que los dos planetas regresen al mismo lado del Sol.

Como se mencionó, los grandes protagonistas en el 2020 son Estados Unidos, China y EAU, mientras que el programa desarrollado por ESA y Roscosmos deberá esperar hasta el 2022.

Estados Unidos está consolidando su liderazgo, con su programa Mars 2020, y con los lineamientos planteados según el informe, "Una nueva era para la exploración y el desarrollo del espacio profundo", publicado el 23 de julio por la Casa Blanca, en el cual pretende enfatizar un enfoque integrado para la exploración y el desarrollo espacial describiendo cómo diversas agencias gubernamentales desempeñarán un papel en la implementación de políticas espaciales nacionales, incluido un retorno humano a la Luna y eventual misiones humanas a Marte[4].

El informe se basa en las políticas existentes, en particular la Directiva de Política Espacial (SPD-1), que pedía un retorno sostenible a la Luna liderado por la NASA con varios socios, así como una Estrategia Espacial Nacional 2018, un documento de política espacial más amplio que pedía "Paz a través de la fuerza en el dominio espacial".

El informe describe tres áreas principales de esfuerzo en esa estrategia general de exploración espacial:

Comercializar actividades de órbita terrestre baja.

Devolver humanos a la luna en forma permanentemente.

Enviar humanos a Marte.

Para llevar a cabo esa estrategia, el informe identifica cinco roles principales para el gobierno:

Promover un entorno espacial "seguro y predecible" que implique abordar tanto la gestión del tráfico espacial como las reformas regulatorias.

Apoyar las actividades comerciales en el espacio.

Financiar la investigación y el desarrollo de tecnologías espaciales claves.

Invertir en infraestructura espacial privada al ser un "cliente confiable".

Respaldar actividades científicas relacionadas con el espacio.

En el lanzamiento de la misión Mars 2020 se empleó un cohete Atlas V modelo 541 de la empresa United Launch Alliance (ULA) con el rover Perseverance, una versión mejorada de su predecesor Curiosity, que continua activo desde 2012.


Imagen: rover Perseverance. Fuente: NASA/JPL-Caltech.[5]

Los objetivos[6] que tiene este rover son:

Explorar un lugar de aterrizaje geológicamente diverso.

Evaluar la antigua habitabilidad.

Buscar signos de vida antigua, particularmente en rocas especiales que se sabe que preservan los signos de vida a lo largo del tiempo.

Reunir muestras de roca y suelo que podrían ser devueltas a la Tierra por una futura misión de la NASA.

Demostrar tecnología para futura exploración robótica y humana.

Además, el Perseverance llevará siete instrumentos para realizar sus muestras y probar nuevas tecnologías. Ellos son:

Mastcam-Z, un sistema de cámara avanzado con capacidad de imágenes panorámicas y estereoscópicas con la capacidad de hacer zoom. El instrumento también determinará la mineralogía de la superficie marciana y ayudará con las operaciones de rover.

SuperCam, un instrumento que puede proporcionar imágenes, análisis de composición química y mineralogía a distancia.

Instrumento planetario para la litoquímica de rayos X (PIXL), un espectrómetro de fluorescencia de rayos X y generador de imágenes de alta resolución para mapear la composición elemental a escala fina de materiales de superficie marcianos.

Escaneo de entornos habitables con Raman y luminiscencia para productos orgánicos y químicos (SHERLOC), un espectrómetro que proporcionará imágenes a escala fina y utiliza un láser ultravioleta (UV) para mapear la mineralogía y los compuestos orgánicos.

El experimento de utilización de recursos in situ de oxígeno de Marte (MOXIE), una demostración de tecnología que producirá oxígeno a partir del dióxido de carbono atmosférico marciano. Si tiene éxito, la tecnología de MOXIE podría ser utilizada por futuros astronautas en Marte para quemar combustible de cohete para regresar a la Tierra.

Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA), un conjunto de sensores que proporcionarán mediciones de temperatura, velocidad y dirección del viento, presión, humedad relativa y tamaño del polvo y forma.

El generador de imágenes de radar para el experimento subsuperficial de Marte (RIMFAX), un radar de penetración en el suelo que proporcionará una resolución a escala centimétrica de la estructura geológica del subsuelo.

Una vez en Marte, la NASA intentará hacer despegar el helicóptero Ingenuity en el aire marciano, en una atmósfera muy tenue, con una presión superficial de solo 7 a 9 hPa frente a los 1013 hPa de la atmósfera terrestre. Esto representa menos de una centésima parte de la terrestre.


Imagen: helicóptero Ingenuity. Créditos: NASA/JPL-Caltech[7].

El helicóptero Ingenuity[8], es una pequeña aeronave autónoma que será llevado a la superficie de Marte unido al vientre del rover Perseverance. Su misión es de naturaleza experimental y completamente independiente de la misión científica del rover.

El proyecto es únicamente una demostración de tecnología; no está diseñado para apoyar la misión Mars 2020 / Perseverance, que busca señales de vida antigua y recolectar muestras de rocas y sedimentos en tubos para un posible retorno a la Tierra en misiones posteriores.

Los objetivos del empleo del Ingenuity son:

Demostrar vuelo propulsado en la delgada atmósfera de Marte. El Planeta Rojo tiene una gravedad más baja (aproximadamente un tercio de la de la Tierra), pero su atmósfera tiene solo un 1% de espesor, lo que hace que sea mucho más difícil generar sustentación.

Demostrar tecnología de vuelo en miniatura. Eso requiere reducir las computadoras de a bordo, la electrónica y otras partes para que el helicóptero sea lo suficientemente liviano como para despegar.

Operar de manera autónoma. El ingenio usará energía solar para cargar sus baterías y dependerá de los calentadores internos para mantener las temperaturas operativas durante las frías noches marcianas. Después de recibir los comandos desde Tierra transmitidos a través del rover, cada vuelo de prueba se realiza en forma autónoma.

China está llevando adelante en forma independiente su misión Tianwen-1 (preguntas al cielo, en español, y proviene de un poema con el mismo nombre escrito por uno de los grandes autores de antigua literatura china, Qu Yuan, alrededor de 340–278 AC). Se trata de la primera nave china en trasladarse hacia otro planeta (siendo que ese país ya completó una misión a la Luna), incluirá un módulo de aterrizaje y un rover del tamaño de un pequeño carro de golf.

El vector lanzador es el cohete Long March 5 previendo que la sonda espacial llegue a Marte en febrero de 2021. Una vez en órbita permanecerá durante 2 a 3 meses antes realizar el intento de aterrizaje. El rover está ubicado dentro del vehículo de entrada en la parte superior del módulo orbital.

El Long March 5 (LM-5) o conocido también como Changzheng 5 (CZ-5) es un vehículo de lanzamiento pesado chino desarrollado por la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento (CALT). Es parte de una nueva generación de vehículos de lanzamiento chinos que utilizan combinaciones de hidrógeno líquido (hydrolox) o combustible de queroseno con oxígeno líquido (kerolox). Ambos amplían las capacidades de lanzamiento de China, pero también podrían eventualmente reemplazar los cohetes hipergólicos de Long March más antiguos.

Está impulsado por dos motores YF-77 de hydrolox y cada uno de los cuatro amplificadores laterales de 3,35 metros de diámetro está impulsado por un par de motores YF-100 de kerolox.

El Long March 5 es capaz de entregar 14 toneladas métricas a la órbita de transferencia geoestacionaria, 8,2 toneladas a la inyección trans-lunar o 6 toneladas a la inyección trans-Marte. El Tianwen-1 tiene una masa de alrededor de 5 toneladas.


Fuente: Foto por Zhang Gaoxiang/Xinhu[9].

Una vez que la sonda llegue a la órbita de Marte en febrero, permanecerá en órbita alrededor del planeta entre dos y tres meses. Después de ello, descenderá el módulo de aterrizaje con el rover para comenzar a moverse sobre la superficie del planeta. La misión persigue como objetivo la obtención de datos vinculados a aspectos morfológicos, físicos, y del ambiente, entre otros, así como también pretende sentar las bases para las próximas misiones al suelo marciano.

Del análisis de datos y estudios específicos a partir de la recolección de datos a ser efectuada por el Tianwen-1 es que se derivan varias potencialidades, como por ejemplo el estudio de la magnetósfera de Marte, su origen, evolución y dinámica actual; el estudio de la geomorfología de Marte, particularmente en procesos eólicos y glaciares; el estudio de la condiciones actuales para la vida y su posible existencia en el pasado de Marte, así como el estudio del campo magnético de Marte y su dinámica.

Se espera poder indagar sobre la evolución del paisaje Marciano a lo largo de su historia geológica, estructuras geológicas en profundidad y la distribución de hielos a bajas latitudes.

El módulo orbital Tianwen-1 lleva siete cargas científicas:

· MRC (Medium Resolution Camera) cámara de resolución media.

· HRC (High Resolution Camera) cámara de resolución alta.

· OSR (Orbiter Subsurface Radar) radar de subsuperficie orbital.

· MMS (MArs Mineral Spectrometer) espectrómetro de mineral.

· MM (Mars Magnetometer) magnetómetro.

· MEPA (Mars Energetic Particles Analyzer) analizador de partículas energéticas.

El módulo orbital, diseñado para operar durante un año en Marte, o 687 días terrestres, también servirá de retransmisor para el rover.

El rover, de aproximadamente 240 kilogramos, de energía solar, es casi el doble de la masa de los rovers lunares "Yutu" de China y está diseñado para operar durante 90 días en Marte. Podrá tomar fotografías y analizar a fondo las condiciones del terreno de Marte, su clima y elementos como su gravedad, para lo cual llevará los siguientes instrumentos:

· NTC (Navegation and Topography Camera) cámara de navegación y topografía.

· MSC (Multi-spectrum Camera) cámara multiespectral.

· GPR (Ground-Penetrating Radar) radar de penetración en el suelo

· MSCD (Mars Suface Compound Detector) detector de compuestos de superficie.

· MSMFD (Mars Surface Magnetic Field Detector) detector de campo magnético de la superficie.

· MMI (Mars Meteorological Measurement Instrument) instrumento de medida meteorológico.


Imagen: módulo de aterrizaje y el 'rover' de la misión china a Marte 'Tianwen-1'.Fuente: Xinhua News Agency[10]

La primera campaña de China a Marte cuenta con el apoyo de la Argentina a través de la estación de exploración del espacio profundo ubicada en la provincia del Neuquén.

La Argentina, mediante la estación “CLTC CONAE Neuquén” brindará soporte de telemetría, seguimiento y control a la nave china durante su misión de exploración científica.

El soporte mencionado verifica antecedentes formales, de corte colaborativo, que se retrotraen al año 2012.

Ello así, la estación de espacio profundo en la provincia del Neuquén fue creada a partir de la suscripción de dos acuerdos de naturaleza interinstitucional; el primero de ellos entre la China Satellite Launch and Tracking Control General (CLTC) y la CONAE; en tanto que el segundo de dichos instrumentos incluyó a la provincia del Neuquén como facilitadora del lugar de asentamiento, con una afectación a favor de la CONAE. Ambos documentos fueron suscriptos en los meses de julio y diciembre de 2012, respectivamente.

Posteriormente, dicha cooperación internacional recibió su jerarquización política e internacional a nivel de los países, con ratificación legislativa del Congreso de la Nación, por el lado argentino, vía la ley 27.123, del 23 abril de 2014.

A su turno, con fecha 4 de septiembre de 2016, se ratificó el carácter pacífico de la cooperación entre ambos estados, con la firma del “Protocolo Adicional al Acuerdo de Cooperación aprobado por la ley 27.123”.

El objetivo de la estación, derivable de los instrumentos vinculares citados, consiste en el monitoreo, control y bajada de datos de las misiones de exploración interplanetaria chinas, en el marco del Programa Nacional de China para Exploración de la Luna y de Marte.


Fuente: CONAE

En la capsula del cohete se pueden observar los logotipos de las agencias espaciales europeas (ESA), francesa (CNES), argentina (CONAE) y austríaca (FFG), además de los de la Agencia Espacial Nacional de China (CNSA).

Los Emiratos Árabes Unidos han lanzado su sonda Al Amal (Esperanza, en español), primera misión espacial hacia el planeta Marte, la cual despegó el 15 de julio desde el centro espacial de Tanegashima, al suroeste de Japón.

Esto le permite a EAU convertirse en la quinta agencia espacial en alcanzar la órbita marciana poniéndose a la cabeza de las naciones árabes.

Este proyecto consiste en poner en órbita un satélite meteorológico cuyo objetivo es construir la primera imagen completa del clima de Marte a lo largo de un año marciano, alrededor de 687 días terrestres.

Para el lanzamiento de la sonda se empleó el cohete japonés H-IIA modelo 202 de la empresa Mitsubishi Heavy Industries.


Fuente: wikipedia[11]

Este satélite estará llegando a la atmósfera marciana en febrero de 2021, coincidiendo con el 50 aniversario de la formación del país como nación independiente. Allí estudiará cambios en la atmósfera del planeta rojo durante al menos dos años. Los datos que recopile el inédito proyecto serán compartidos gratuitamente con hasta 200 instituciones académicas de todo el mundo.


Fuente: xatakaciencia[12]

La sonda tiene un peso de unos 1.500 kg con combustible y una forma cúbica compacta de 2,37 m de ancho por 2,9 m de alto. Empleará dos paneles solares para la carga de sus baterías y se comunicará con el Control de Misión mediante una antena de alta ganancia con un plato de 1,5 m de ancho con un ancho de banda de ~250 kbps.

Para el control de posición se utilizarán dos juegos de propulsores de cohetes: entre 4 a 6 grandes propulsores que se utilizan para la inserción y los cambios en la órbita, y entre 8 a 12 pequeños propulsores del Sistema de Control de Reacción (RCS) para maniobras delicadas.


Fuente: EMM[13]

Los instrumentos científicos que lleva la sonda son:

EXI (Emirates eXploration Imager): un generador de imágenes multibanda capaz de tomar imágenes de alta resolución de la superficie marciana.

EMIRS (Emirates Mars InfaRed Spectrometer): un espectrómetro infrarrojo que examinará los patrones de temperatura, hielo, vapor de agua y polvo en la atmósfera.

EMUS (Espectrómetro ultravioleta Emirates Mars): un espectrómetro ultravioleta que estudiará la atmósfera superior y los rastros de oxígeno e hidrógeno más allá en el espacio.

La sonda entrará en una órbita peculiar e innovadora en febrero de 2021. Está es una órbita elíptica cuya distancia mínima será de 22.000 km y la máxima de 44.000 km, completando una revolución cada 55 horas lo que le permitirá ver todo el disco el planeta girando a gran rapidez y completar la primera imagen completa del astro, observando la dinámica atmosférica y el clima de Marte en forma diaria.

Se planea que la misión dure hasta 2023, con una posible extensión hasta 2025.

Mientras, ExoMars, programa desarrollado por la ESA y Roscosmos, debido a demoras en la realización de las pruebas no pudo efectuar su lanzamiento en la ventana del 2020 postergándolo para la próxima ventana entre agosto y octubre del 2022.

El programa está dividido en dos misiones, una formada por un orbitador (Trace Gas Orbiter, o TGO) y un módulo de descenso (Schiaparelli) que tiene como objetivo probar nuevas tecnologías para la reentrada en la atmósfera marciana y para el aterrizaje. La segunda misión, dos años después, con el descenso de un rover para extraer muestras del suelo.

Fuentes consultadas:

https://www.rionegro.com.ar/mision-a-marte-por-que-no-van-los-humanos-1431048/

http://www.fullaviacion.com.ar/2020/07/23/presencia-argentina-en-la-mision-espacial-china-a-marte/

https://www.ultimahora.com/estados-unidos-china-y-emiratos-calientan-motores-viajar-marte-n2894502.html

https://www.iprofesional.com/finanzas/135686-primera-mision-espacial-arabe-hacia-marte-despego-desde-japon

https://www.lavanguardia.com/internacional/20200715/482323151573/emiratos-arabes-unidos-sonda-amal-marte-carrera-espacial.html

https://www.xataka.com/espacio/china-lanza-exito-su-mision-tianwen-1-que-quiere-ser-segundo-pais-aterrizar-marte

https://cnnespanol.cnn.com/2020/07/27/proximo-destino-marte-mira-las-misiones-espaciales-que-despegaran-este-verano-boreal/

https://exploration.esa.int/web/mars/-/46048-programme-overview

https://fronteraespacial.weebly.com/coheteria/category/japoacuten

[1] https://cnnespanol.cnn.com/2020/07/27/proximo-destino-marte-mira-las-misiones-espaciales-que-despegaran-este-verano-boreal/ [2] https://www.iac.es/cosmoeduca/sistemasolar/contenido/9.htm [3] https://astrojem.com/teorias/marte.html [4] https://spacenews.com/white-house-report-outlines-integrated-strategy-for-space-exploration-and-development/ [5] https://www.meteored.com.ar/noticias/actualidad/viaje-a-marte-segui-en-vivo-el-despegue-y-la-mision-de-la-nasa-perseverance-ingenuity-mars-rover-ciencia.html [6] https://mars.nasa.gov/files/mars2020/Mars2020_Fact_Sheet.pdf [7] https://www.meteored.com.ar/noticias/actualidad/viaje-a-marte-segui-en-vivo-el-despegue-y-la-mision-de-la-nasa-perseverance-ingenuity-mars-rover-ciencia.html [8] https://mars.nasa.gov/files/mars2020/MarsHelicopterIngenuity_FactSheet.pdf [9] http://spanish.xinhuanet.com/2020-07/17/c_139219740_4.htm [10] https://elpais.com/ciencia/2020-07-24/temporada-alta-en-marte.html?utm_source=Facebook&ssm=FB_CM#Echobox=1595743995 [11] https://es.wikipedia.org/wiki/H-IIA [12] https://www.xatakaciencia.com/astronomia/primera-mision-arabe-a-marte-se-lanzara-este-proximo-14-julio [13] https://www.ellitoral.com/index.php/id_um/249778-emiratos-arabes-se-incorpora-a-la-nueva-carrera-espacial-hacia-marte-internacionales.html

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