Integrando nuevos conceptos para el ingreso, descenso y aterrizaje de las futuras misiones humanas a Marte

Una de las tareas técnicas más difíciles de las futuras misiones tripuladas a Marte es lograr que los astronautas lleguen salvo a la superficie. La combinación de la alta velocidad que se necesita para un viaje por el espacio, y la atmósfera marciana mucho más tenue, crea un problema aerodinámico que sólo ha sido resuelto hasta ahora para las naves espaciales robóticas. Si deseamos poner pie algún día en la polvorienta superficie de Marte, tendremos que desarrollar primero unas mejores tecnologías de ingreso, descenso y aterrizaje (Entry, Descent and Landing = EDL)

Estas tecnologías se discuten en una reciente reunión del Instituto Planetario Lunar (Lunar Planetary Institute, o LPI), la conferencia Concepts and Approaches for Mars Exploration (Conceptos y enfoques para la exploración de Marte(, que tuvo lugar entre el 12 a 14 junio en Houston, que se concentró en los últimos avances en tecnologías que puedan resolver el problema del EDL.

De la multitud de tecnologías que se presentaron en la reunión, la mayoría parece que implica un sistema de varios niveles, comprendiendo diferentes tipos de estrategias. Las diferentes tecnologías que llenarán esos huecos son, en parte, dependientes de la misión, y todas requieren más pruebas. Tres de los más debatidas fueron Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators (HIADs) —desaceleradores inflables aerodinámicos hipersónicos—, Supersonic Retro Propulsion (SRP) —retropropulsión supersónica—, y diversas formas de aerofrenado.

Los HIADs son, esencialmente, grandes protectores de calor, comúnmente utilizados en muchos tipos de cápsulas tripuladas de reentrada utilizadas en los últimos 50 años de vuelos espaciales tripulados. Funcionan usando una gran superficie para crear suficiente resistencia al caer a través de la atmósfera de un planeta, y así frenar el avance de la nave a una velocidad razonable. Dado que esta estrategia ha funcionado tan bien en la Tierra desde hace años, es natural que se adapte la tecnología a Marte. Existe un problema con esta adaptación, sin embargo.

Los HIADs se basan en la resistencia del aire para su capacidad para desacelerar la nave. Dado que Marte tiene una atmósfera mucho más tenue que la de la Tierra, la resistencia no es tan eficaz para frenar la reentrada. A causa de esta menor eficacia, sólo se piensa en los HIADs junto con otras tecnologías. Dado que se utiliza también como un escudo térmico, éste debe ser unido a la nave al comienzo de la reentrada, cuando la fricción del aire produce un calentamiento masivo en algunas superficies. Una vez que el vehículo se ha frenado hasta una velocidad en la que el calentamiento ya no es un problema, el HIAD se libera con el fin de permitir que otras tecnologías se hagan cargo del resto del proceso de frenado.

Una de esas otras tecnologías es el SRP. En muchos esquemas, después de que el HIAD se libera, el SRP se convierte en el principal responsable de frenar la nave. El SRP es el tipo de tecnología de aterrizaje que se encuentran comúnmente en la ciencia ficción. La idea general es muy simple. El mismo tipo de motores que aceleran la nave a la velocidad de escape en la Tierra se pueden invertir y utilizarse para rebajar la velocidad hasta llegar a destino. Para reducir la velocidad de la nave, o bien se dan vuelta en reversa los cohetes impulsores originales al reingresar, o se diseñan cohetes que apuntan hacia adelante que sólo se utilizarán durante el aterrizaje. La tecnología de cohetes químicos que se necesita para esta estrategia ya es bien conocida, pero los motores cohete funcionan de forma diferente cuando se viaja a velocidades supersónicas. Se deben hacer más pruebas para que que el diseño de los motores pueda hacer frente a las tensiones de esas velocidades. Los SRP también utilizan el combustible, que la nave deberá cargar toda la distancia a Marte, lo que causa que su viaje sea más costoso. Los SRP de la mayoría de los diseños son descartados en algún momento durante el descenso. La pérdida de peso y la dificultad de controlar el descenso sobre una columna de llamas para llegar al sitio de aterrizaje ayuda a llegar a esta decisión.

Una vez que los impulsores SRP se desprenden, en la mayoría de los diseños se haría cargo una tecnología de aerofrenado. Una tecnología comúnmente discutida en la conferencia fue la llamada «ballute», una combinación de globo y paracaídas («balloon» y «parachute» en inglés). La idea que sostiene esta tecnología consiste en capturar el aire que se precipita por detrás de la nave que desciende y lo utilizan para llenar un «ballute» que está amarrado a la nave. La compresión del aire que entra en el ballute causaría que el gas se caliente, creando efectivamente un globo de aire caliente que tiene propiedades similares a los utilizados para elevarse en la Tierra. Asumiendo que ingrese suficiente aire en el ballute, éste podría proporcionar la desaceleración final necesaria para colocar suavemente la nave en la superficie marciana, con el mínimo estrés en la carga útil. Sin embargo, la cantidad total que se puede frenar a la nave con esta tecnología depende de la cantidad de aire que se podría inyectar en su estructura. Con más aire se agranda más el ballute, y se producen más tensiones en el material del ballute. Existiendo estas consideraciones, no se está considerando como una tecnología independiente para el EDL.

Estas estrategias son apenas algunas de de las propuestas de métodos de EDL que podrían ser utilizados por una misión humana a Marte. Curiosity, el nuevo vehículo robótico que está por aterrizar en Marte, está utilizando varios métodos sumados, incluyendo una forma única de SRP que se conoce como Sky Crane. Los resultados que den estos sistemas ayudarán a los científicos como los que asistieron a la conferencia LPI a determinar qué conjunto de tecnologías de EDL será la más eficaz para las futuras misiones tripuladas a Marte.

Fuente: Universe Today. Aportado por Eduardo J. Carletti

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