El desafío de varias décadas de Mars Sample Return

Este mes llega la flota de invasión marciana, es decir, la flota de naves espaciales terrestres que invaden Marte.

El 9 de febrero, Hope, la primera misión de los Emiratos Árabes Unidos a Marte, entró en órbita alrededor del planeta para estudiar su atmósfera. Al día siguiente, llegó Tianwen-1, la primera misión dedicada a Marte de China, entrando en órbita para identificar un objetivo para su módulo de aterrizaje y rover, que intentará aterrizar en mayo.

El 18 de febrero es el turno de la NASA. La nave espacial Mars 2020 llega a Marte, debido a aterrizar en el cráter Jezero. El aterrizaje contará con los mismos «siete minutos de terror» que experimentó el rover Curiosity en 2012, y el rover Perseverance de Mars 2020 se parece mucho a su predecesor. Sin embargo, su misión es bastante diferente y, en muchos aspectos, no terminará hasta dentro de al menos una década, cuando las muestras que recolecta lleguen a la Tierra.

El siguiente paso lógico en la exploración de Marte

Cuando la NASA anunció a finales de 2012 que volaría en Marte 2020, basó su decisión en el estudio decenal de ciencia planetaria en 2011. Ese estudio clasificó como su misión insignia de mayor prioridad un concepto llamado Mars Astrobiology Explorer Cacher (MAX-C), un rover que estudiaría la habitabilidad del planeta y también recolectaría, o guardaría, muestras para regresar a la Tierra en misiones posteriores.

“La comunidad de Marte, en sus aportaciones al sondeo decenal, fue enfática en su opinión de que una misión de retorno de muestra es el siguiente paso lógico en la exploración de Marte”, señaló el informe final del sondeo.

El estudio reconoció que MAX-C sería solo el primer paso para devolver esas muestras a la Tierra. La NASA necesitaría volar misiones posteriores para recolectar y devolver las muestras almacenadas en caché, pero esas estaban más allá del alcance de la encuesta decenal, que se limitó a las misiones que se espera que se lancen entre 2013 y 2022.

El rover Perseverance de la NASA almacenará muestras de roca y suelo en tubos sellados para su futura recuperación. La participación de la NASA en las misiones de recuperación conjuntas podría costar entre 3.800 y 4.400 millones de dólares. Crédito: NASA / JPL-CALTECH

La NASA se tomó en serio la planificación de esas misiones futuras en 2017, cuando anunció lo que llamó una arquitectura de retorno de muestra «ajustada». Sin embargo, no era tan diferente de los conceptos anteriores, que requerían dos misiones adicionales. Uno aterrizaría cerca de Marte 2020 y desplegaría un «vehículo de búsqueda» para recolectar las muestras almacenadas en caché por la misión anterior. Ese rover devolvería las muestras al módulo de aterrizaje, las cargaría en un pequeño cohete llamado Mars Ascent Vehicle (MAV) y las pondría en órbita. Una segunda misión, un orbitador, recogería el contenedor de muestra lanzado por el MAV y lo devolvería a la Tierra.

Para cuando se lanzó Mars 2020 en julio, la NASA había refinado esa arquitectura y también había incorporado a la Agencia Espacial Europea, que lideraría el desarrollo de la misión del orbitador y proporcionaría el vehículo de búsqueda para el módulo de aterrizaje dirigido por la NASA. Airbus Defence and Space recibió un contrato de la ESA en octubre para el orbitador, valorado en 491 millones de euros (595 millones de dólares).

Cuando se lanzó Mars 2020, la NASA planeaba mover el programa Mars Sample Return a la Fase A de desarrollo alrededor de septiembre. Pero en agosto, la agencia anunció que primero realizaría una revisión independiente del programa. Thomas Zurbuchen, administrador asociado de ciencia de la NASA, solicitó la revisión basándose en la experiencia con el telescopio espacial Nancy Grace Roman (anteriormente WFIRST), que tuvo una revisión similar en 2017 que identificó problemas técnicos y de costos con la misión.

«Los objetivos principales son asegurarnos de que estamos en una buena posición en el futuro y que tenemos los recursos que necesitamos para ejecutar la misión y tener éxito», dijo Jeff Gramling, director del programa Mars Sample Return en la sede de la NASA, cuando la NASA anunció el estudio.

Proceda con precaución

La junta de revisión independiente (IRB) estuvo dirigida por David Thompson, presidente retirado y director ejecutivo de Orbital ATK, con un equipo de ingenieros y científicos tanto dentro como fuera de la NASA. Trabajaron durante dos meses en el estudio, que se publicó, junto con la respuesta de la agencia, el 10 de noviembre.

La buena noticia para la NASA fue que el estudio independiente respaldó vigorosamente Mars Sample Return. «Creemos unánimemente que el programa Mars Sample Return debería continuar», dijo Thompson en una llamada con los periodistas sobre el estudio. «Creemos que su valor científico sería extraordinariamente alto».

«A toda máquina», agregó Maria Zuber, científica planetaria del Instituto de Tecnología de Massachusetts, que participó en la revisión independiente y también preside una junta de revisión permanente separada para el programa.

Sin embargo, el estudio discrepó con algunos de los planes de la NASA para el retorno de muestras de Marte, incluido su calendario. La arquitectura que la NASA presentó a la revisión independiente fue a veces llamada «26-26-31» por la agencia: tanto el módulo de aterrizaje como el orbitador se lanzarían en 2026, y las muestras se devolverían en 2031.

Ese programa fue demasiado agresivo para el panel independiente. “Los cronogramas requeridos para respaldar los lanzamientos en 2026 fueron sustancialmente más cortos que la experiencia real de programas recientes, algo similares,” como Mars 2020 y Curiosity, dijo Thompson.

Según un programa revisado recomendado por el panel, la misión del módulo de aterrizaje se lanzaría en 2028. El orbitador podría lanzarse en 2027 o 2028, ya que su uso de propulsión eléctrica le da la flexibilidad para seguir trayectorias alternativas. Ese calendario revisado retrasaría la devolución de las muestras hasta 2033.

Al mismo tiempo, el estudio advirtió sobre retrasar las misiones más allá de 2028. «Las condiciones cuando llegas a Marte cambian drásticamente durante el año marciano», explicó Peter Theisinger del Laboratorio de Propulsión a Chorro, miembro del IRB que anteriormente dirigía el Curiosity misión.

«Las oportunidades de lanzamiento después de 2028 no llegan en una temporada muy atractiva», agregó, con el potencial de tormentas de polvo como la de 2018 que llevó a la desaparición del rover Opportunity de energía solar y otros cambios en la atmósfera que complicaría el aterrizaje. «Se necesitaría un rediseño significativo para principios de los años 30, y queremos evitar hacerlo en medio del programa».

Sin embargo, el panel independiente no tuvo reparos en sugerir cambios a la misión en esta fase inicial de diseño. Thompson puso un énfasis particular en los estudios que examinan si la misión del módulo de aterrizaje debe dividirse en dos: uno que transporta el vehículo de búsqueda y el otro el MAV. También recomendó considerar agregar un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) al módulo de aterrizaje, o al menos al módulo de aterrizaje con el MAV, para garantizar suficiente potencia y evitar que el sistema de propulsión del cohete se enfríe demasiado.

Thomas Zurbuchen, administrador asociado de ciencia de la NASA, anunció el nombre oficial del rover Mars 2020 en marzo pasado en la sede de la NASA. Crédito: NASA / Aubrey Gemignani

También está la cuestión del costo. La NASA se había mostrado reticente a discutir el costo del retorno de la muestra de Marte, ya que aún estaba lejos del punto en el que la NASA se compromete formalmente con el costo. Zurbuchen, hablando en una sesión informativa previa al lanzamiento de Marte 2020, estimó que el costo de la NASA de las últimas fases del programa sería de $ 2.5 mil millones a $ 3.000 millones, una cifra que no incluye los $ 2.4 mil millones gastados en Marte 2020 o la contribución estimada de la ESA de 1.5 mil millones de euros. .

Thompson dijo que las estimaciones de costos de la NASA en el momento de la revisión independiente eran de $ 2.9 mil millones a $ 3.3 mil millones a un nivel de confianza del 50%. Eso fue demasiado bajo, especialmente si los lanzamientos se retrasaron hasta 2028. “Concluimos que el presupuesto total, para entrar en el rango de un nivel de confianza del 70-80%, debería aumentarse en aproximadamente mil millones de dólares”, dijo, o para alrededor de $ 3.8 mil millones a $ 4.4 mil millones.

Equilibrio de la cartera

La NASA acogió con agrado el informe de la junta de revisión independiente, pero no llegó a respaldar algunas de sus recomendaciones más importantes, particularmente sobre el costo y el calendario. «Requiere traer con nosotros una comunidad», dijo Zurbuchen, incluida la ESA y el Congreso, que tendrá que aceptar cualquier retraso y costo adicional. Sugirió “una escala de tiempo de un año más o menos” antes de que la NASA tome una decisión sobre retrasar las misiones o aumentar el presupuesto del programa.

Esa decisión será informada por estudios realizados bajo la Fase A del programa, que comenzó formalmente el 17 de diciembre. Eso refinará aún más el diseño de las misiones y abordará algunos de los problemas planteados por la revisión independiente.

La comunidad científica planetaria, mientras tanto, observa con nerviosismo el estado del retorno de la muestra de Marte y el efecto que podría tener en otras partes del campo. El aumento de los costos podría quitarle dinero a otros programas planetarios, así como también hacer que sea poco probable que otras misiones a Marte vuelen esta década.

Lori Glaze, directora de la división de ciencia planetaria de la NASA, se refirió a eso en una reunión del ayuntamiento durante la reunión de otoño de la Unión Geofísica Estadounidense en diciembre. «Ciertamente reconozco y entiendo que es de vital importancia que mantengamos el equilibrio dentro de la cartera y que sigamos teniendo fondos para apoyar las otras misiones en todo el sistema solar», dijo.

Ese equilibrio también se verá afectado por las recomendaciones de la próxima encuesta decenal de ciencia planetaria, actualmente en curso y programada para su publicación en marzo de 2022. La década no intentará priorizar el retorno de muestras de Marte frente a otras misiones, dijo David Smith, director del estudio de la década en las Academias Nacionales, pero «se nos anima a comentar sobre los planes actuales de la NASA para implementar la segunda y tercera fases de una campaña de devolución de muestras de Marte».

La encuesta decenal anterior anticipó eso cuando aprobó la misión MAX-C. “Por lo tanto, el comité ha dado el paso inusual de recomendar un plan para la próxima década que también tiene implicaciones presupuestarias significativas para una o incluso dos décadas después”, afirmó el informe. «El comité hace esto de manera intencional y explícita, con la conciencia de que esfuerzos importantes de varias décadas como el retorno de muestras de Mars solo pueden ocurrir si se hacen y se siguen tales recomendaciones».

Hacer tales recomendaciones es bastante fácil. Seguirlos, como muestra Mars Sample Return, puede ser mucho más desafiante.

Una versión de este artículo apareció originalmente en la edición del 18 de enero de 2021 de la revista SpaceNews.