Un cohete simulado se lanza al aire en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA durante las pruebas de un sistema de lanzamiento que dispararía un cohete desde Marte. El cohete sería parte de un esfuerzo de múltiples misiones para devolver muestras marcianas a la Tierra para un estudio más a fondo. Créditos: NASA / JPL-Caltech Crédito: NASA / JPL-Caltech

Los ingenieros están desarrollando el hardware crucial necesario para una serie de atrevidas misiones espaciales que se llevarán a cabo en la próxima década.

Ya han comenzado las pruebas de lo que sería el esfuerzo más sofisticado jamás realizado en el Planeta Rojo: llevar muestras de rocas y sedimentos de Marte a la Tierra para un estudio más profundo.

La campaña Mars Sample Return de múltiples misiones comenzó cuando el rover Perseverance de la NASA aterrizó en Marte en febrero pasado para recolectar muestras de rocas marcianas en busca de vida microscópica antigua. De los 43 tubos de muestra de Perseverance, cuatro se han llenado con núcleos de roca y uno con atmósfera marciana. Mars Sample Return busca traer tubos selectos de regreso a la Tierra, donde generaciones de científicos podrán estudiarlos con un poderoso equipo de laboratorio demasiado grande para enviarlo a Marte.

Llevar esas muestras a los laboratorios terrestres llevará una década e involucrará a socios europeos y múltiples centros de la NASA. La ESA (la Agencia Espacial Europea) está desarrollando un rover para el esfuerzo, con ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio, diseñando sus ruedas. El rover transferiría muestras a un módulo de aterrizaje, que se está desarrollando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, que usaría un brazo robótico (desarrollado por la ESA) para empaquetar las muestras en un pequeño cohete, llamado Mars Ascent Vehicle, diseñado por la NASA. Centro Marshall de Vuelos Espaciales en Huntsville, Alabama.

Equipos de varios centros de la NASA y la Agencia Espacial Europea están trabajando juntos para preparar un conjunto de misiones que devolverían las muestras recolectadas por el rover Mars Perseverance de forma segura a la Tierra. Este video presenta algunas de las pruebas de ese prototipo en curso para el módulo de aterrizaje de recuperación de muestras propuesto, los sistemas de lanzamiento del vehículo de ascenso a Marte y el sistema de entrada a la tierra. Créditos: NASA / JPL-Caltech

El cohete se lanzaría desde el módulo de aterrizaje para llevar la cápsula de muestra a una nave espacial de la ESA que orbita Marte. Dentro del orbitador, la cápsula estaría preparada para ser enviada a la Tierra mediante el hardware que está desarrollando un equipo dirigido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Esta preparación incluiría sellar la cápsula de muestra dentro de un contenedor limpio para atrapar cualquier material marciano en el interior, esterilizar el sello y colocar el contenedor sellado en una cápsula de entrada a la Tierra antes del viaje de regreso a la Tierra.

El Aterrizador

Para desarrollar el módulo de aterrizaje, así como el sistema que ayudaría a lanzar el cohete cargado de muestras desde él, los ingenieros del JPL de la NASA se basan en una larga historia de exploración de Marte: el JPL ha liderado nueve aterrizajes exitosos en Marte, incluidos rovers y módulos de aterrizaje estacionarios. Pero el Sample Retrieval Lander sería la nave espacial más grande y pesada de su tipo que jamás haya ido a Marte, y el Mars Ascent Vehicle que se lanzaría desde allí sería el primer cohete disparado desde otro planeta.

Aquí es donde entran las pruebas.

Para transportar y lanzar el Mars Ascent Vehicle, el módulo de aterrizaje debe ser una plataforma robusta, con un peso de aproximadamente 5.291 libras (2.400 kilogramos), casi el doble que Perseverance, que se bajó a la superficie marciana con cables de un propulsor propulsado por cohetes. . El Sample Retriever Lander no tendría un jet pack; sus piernas tendrían que absorber el impacto del aterrizaje, confiando en retrocohetes para ralentizar su descenso, similar a las recientes misiones de aterrizaje en Marte como InSight y Phoenix.

Es por eso que Pavlina Karafillis ha dejado caer un prototipo de módulo de aterrizaje, repetidamente, en un espacio similar a un almacén en JPL. Como ingeniera de pruebas para las piernas del Sample Retrieval Lander, ella y sus colegas han estado usando cámaras de alta velocidad para observar cómo las piernas de este prototipo chocan contra una base. Las marcas similares a códigos QR en cada uno de los «pies» del prototipo ayudan a las cámaras a rastrear el movimiento de las piernas. El equipo utiliza video en cámara lenta para actualizar continuamente sus modelos de computadora, lo que les ayuda a comprender cómo se dispersaría la energía por todo el módulo de aterrizaje.

«El último paso del viaje es realmente importante», dijo Karafillis. “Hay todo tipo de condiciones de aterrizaje que debes tener en cuenta, como rocas, arena muy blanda o entrar en ángulo. Por eso tenemos que hacer todas estas pruebas «.

Karafillis y sus colegas han comenzado con un prototipo de aproximadamente un tercio del tamaño de lo que sería la nave espacial real; un prototipo más ligero es una forma de aprender cómo se movería el diseño final del módulo de aterrizaje en la baja gravedad de Marte. Más adelante en el programa, también lanzarán un módulo de aterrizaje a gran escala.

El cohete

Sobrevivir al aterrizaje es solo parte del desafío: el lanzamiento seguro del cohete de dos etapas de nueve pies de largo (2,8 metros de largo) que se colocará sobre la cubierta del módulo de aterrizaje agrega otro nivel de dificultad. La gravedad de Marte es un tercio de la de la Tierra, y el peso del cohete, combinado con su escape, podría hacer que el módulo de aterrizaje se deslice o se incline.

Entonces, los ingenieros han concebido un sistema para lanzar el cohete al aire justo antes de que se encienda. Todo el proceso ocurre en un chasquido de dedos, lanzando el cohete a una velocidad de 16 pies (5 metros) por segundo.

Durante las pruebas, una cuna equipada con pistones de gasolina arrojó un cohete simulado de 881 libras (400 kilogramos) a 11 pies (3,3 metros) en el aire; Los cables suspendidos de una torre de 44 pies (13 metros) de altura descargaron más de la mitad del peso del artículo de prueba para simular la gravedad marciana.

«Es como estar en una montaña rusa muy rápida cuando alguien llega a los descansos», dijo Chris Chatellier, ingeniero líder del sistema en JPL. “Hay muchos aspectos de seguridad a considerar. Las pruebas se realizan en una secuencia de eventos muy controlada con todos los que están fuera del edificio «.

Este sistema, conocido como sistema de Liberación de Punta Controlada Expulsada Verticalmente (VECTOR), también agrega una ligera rotación durante el lanzamiento, que lanza el cohete hacia arriba y lejos de la superficie marciana.

«El lanzamiento con VECTOR significa que el módulo de aterrizaje podría estar orientado en la dirección incorrecta en una pendiente, y aún podríamos lograrlo», dijo Chatellier.

Chatellier y su equipo han realizado 23 pruebas este año, cambiando la masa y el centro de gravedad del cohete a lo largo del camino. También agregaron resortes a la parte inferior de su módulo de aterrizaje, observando cuánto «rebote» creaba el sistema de lanzamiento. El año que viene, lanzarán un cohete más pesado aún más alto.

«Estamos en el camino correcto», dijo Chatellier. «Nuestro análisis y los modelos previstos se acercaron mucho a lo que vimos en las pruebas».

Más sobre la devolución de muestras de Marte

Mars Sample Return (MSR) de la NASA revolucionará nuestra comprensión de Marte al devolver muestras seleccionadas científicamente para su estudio utilizando los instrumentos más sofisticados del mundo. La misión cumplirá un objetivo de exploración del sistema solar, una alta prioridad desde 1980 y las dos últimas encuestas decenales planetarias de la Academia Nacional de Ciencias.

Esta asociación estratégica de la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea) será la primera misión en devolver muestras de otro planeta, incluido el primer lanzamiento y retorno de la superficie de otro planeta. Se cree que estas muestras recolectadas por Perseverance durante su exploración de un antiguo delta de un río son la mejor oportunidad para revelar la evolución temprana de Marte, incluido el potencial de vida.

Más detalles en Inglés sobre la devolución de muestras de Mars visita https://mars.nasa.gov/msr/

Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech

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