Nota del editor: esta publicación invitada fue escrita por Andy Tomaswick, un ingeniero eléctrico que sigue la ciencia y la tecnología espacial.
Una de las tareas técnicamente más difíciles de cualquier futura misión tripulada a Marte es llevar a los astronautas a salvo al suelo. La combinación de la alta velocidad necesaria para un viaje corto en el espacio y la atmósfera marciana mucho más ligera crea un problema aerodinámico que hasta ahora solo se ha resuelto para las naves espaciales robóticas. Si algún día las personas caminan sobre la superficie polvorienta de Marte, primero tendremos que desarrollar mejores tecnologías de descenso, aterrizaje y aterrizaje (EDL).
Esas tecnologías son parte de una reunión reciente del Instituto Lunar Planetario (LPI), la conferencia Conceptos y enfoques para la exploración de Marte, celebrada del 12 al 14 de junio en Houston, que se concentró en los últimos avances en tecnologías que podrían resolver el problema de EDL.
De la multitud de tecnologías que se presentaron en la reunión, la mayoría parecía involucrar un sistema de varios niveles que comprende varias estrategias diferentes. Las diferentes tecnologías que llenarán esos niveles dependen en parte de la misión y todas aún necesitan más pruebas. Tres de los más discutidos fueron los desaceleradores aerodinámicos inflables hipersónicos (HIAD), la propulsión retro supersónica (SRP) y varias formas de frenado aerodinámico.
Los HIAD son esencialmente escudos térmicos grandes, comúnmente encontrados en muchos tipos de cápsulas de reentrada tripulada utilizadas en los últimos 50 años de vuelos espaciales. Funcionan utilizando una gran superficie para crear suficiente resistencia a través de la atmósfera de un planeta para desacelerar la nave a una velocidad razonable. Dado que esta estrategia ha funcionado tan bien en la Tierra durante años, es natural traducir la tecnología a Marte. Sin embargo, hay un problema con la traducción.
Los HIAD dependen de la resistencia del aire por su capacidad de desacelerar la nave. Como Marte tiene una atmósfera mucho más delgada que la Tierra, esa resistencia no es tan efectiva para desacelerar el reingreso. Debido a esta caída en la efectividad, los HIAD solo se consideran para su uso con otras tecnologías. Dado que también se usa como escudo térmico, debe unirse al barco al comienzo de la reentrada, cuando la fricción del aire provoca un calentamiento masivo en algunas superficies. Una vez que el vehículo ha disminuido a una velocidad en la que el calentamiento ya no es un problema, se libera el HIAD para permitir que otras tecnologías se hagan cargo del resto del proceso de frenado.
Una de esas otras tecnologías es SRP. En muchos esquemas, después de que se lanza el HIAD, SRP se convierte en el principal responsable de ralentizar la nave. SRP es el tipo de tecnología de aterrizaje que se encuentra comúnmente en la ciencia ficción. La idea general es muy simple. Los mismos tipos de motores que aceleran la nave espacial para escapar de la velocidad en la Tierra pueden girarse y usarse para detener esa velocidad al llegar a un destino. Para reducir la velocidad de la nave, voltea los propulsores de cohetes originales al volver a entrar o diseña cohetes orientados hacia adelante que solo se usarán durante el aterrizaje. La tecnología de cohetes químicos necesaria para esta estrategia ya se conoce bien, pero los motores de cohetes funcionan de manera diferente cuando viajan a velocidades supersónicas. Se deben realizar más pruebas para diseñar motores que puedan lidiar con las tensiones de tales velocidades. Los SRP también usan combustible, que la nave deberá transportar toda la distancia a Marte, lo que hace que su viaje sea más costoso. Los SRP de la mayoría de las estrategias también se descartan en algún momento durante el descenso. El peso perdido y la dificultad de un descenso controlado mientras se sigue un pilar de llamas a un lugar de aterrizaje ayudan a tomar esa decisión.
Una vez que los refuerzos SRP se caen, en la mayoría de los diseños, una tecnología de frenado aéreo se haría cargo. Una tecnología comúnmente discutida en la conferencia fue el ballute, una combinación de globo y paracaídas. La idea detrás de esta tecnología es capturar el aire que pasa rápidamente por la nave de aterrizaje y usarlo para llenar un ballute que está atado a la nave. La compresión del aire que entra en el ballute provocaría que el gas se caliente, creando un globo de aire caliente que tendría propiedades de elevación similares a las utilizadas en la Tierra. Suponiendo que se apresura suficiente aire al ballute, podría proporcionar la desaceleración final necesaria para dejar caer suavemente la nave de aterrizaje en la superficie marciana, con un estrés mínimo en la carga útil. Sin embargo, la cantidad total que esta tecnología ralentizaría la nave depende de la cantidad de aire que podría inyectar en su estructura. Con más aire viene un ballute más grande y más tensiones en el material del que está hecho el ballute. Con esas consideraciones, no se considera como una tecnología EDL independiente.
Estas estrategias apenas arañan la superficie de los métodos EDL propuestos que podrían ser utilizados por una misión humana en Marte. Curiosity, el nuevo rover que pronto aterrizará en Marte, está utilizando varios, incluida una forma única de SRP conocida como Sky Crane. Los resultados de sus sistemas ayudarán a los científicos como los de la conferencia LPI a determinar qué conjunto de tecnologías EDL serán las más efectivas para futuras misiones humanas a Marte.
Título de imagen principal: Concepto artístico del desacelerador aerodinámico inflable hipersónico que ralentiza la entrada atmosférica de una nave espacial. Crédito: NASA
Título de la segunda imagen: Se disparan aviones supersónicos hacia adelante de una nave espacial para desacelerar el vehículo durante la entrada en la atmósfera marciana antes del despliegue del paracaídas. La imagen es del Mars Science Lab en Mach 12 con 4 chorros de retropropulsión supersónicos. Crédito: NASA
Fuente: Concepto de LPI y enfoques para la exploración de Marte
