Programa de exploración de Marte
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| Programa espacial de Estados Unidos |
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El Programa de Exploración de Marte ( MEP ) es un esfuerzo a largo plazo para explorar el planeta Marte , financiado y dirigido por la NASA . Formado en 1993, el MEP ha hecho uso de naves espaciales orbitales , módulos de aterrizaje y vehículos exploradores de Marte para explorar las posibilidades de vida en Marte , así como el clima y los recursos naturales del planeta . [1] El programa está gestionado por la Dirección de Misiones Científicas de la NASA a cargo de Doug McCuistion de la División de Ciencias Planetarias . [2] Como resultado de los recortes del 40% al presupuesto de la NASA para el año fiscal 2013, se formó el Grupo de Planificación del Programa de Marte (MPPG) para ayudar a reformular el MEP, reuniendo a los líderes de la tecnología, la ciencia, las operaciones humanas y las misiones científicas de la NASA. [3] [4]
Gobernancia
El Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte (MEPAG, por sus siglas en inglés), que se reunió por primera vez en octubre de 1999, permite a la comunidad científica proporcionar información para la planificación y priorización del Programa de Exploración de Marte. Las misiones de exploración de Marte, como la mayoría de las misiones de la NASA, pueden ser bastante costosas. Por ejemplo, el rover Curiosity de la NASA (que aterrizó en Marte en agosto de 2012) tiene un presupuesto que supera los 2.500 millones de dólares. [5] La NASA también tiene como objetivo colaborar con la Agencia Espacial Europea (ESA) para llevar a cabo una misión que implique traer de regreso a la Tierra una muestra del suelo de Marte, lo que probablemente costaría al menos 5.000 millones de dólares y tardaría diez años en completarse. [6]
Objetivos
Según la NASA, el MEP tiene cuatro grandes objetivos, todos ellos relacionados con la comprensión del potencial de vida en Marte. [7]
- Determinar si alguna vez surgió vida en Marte – Para entender el potencial de habitabilidad de Marte , se debe determinar si alguna vez hubo vida en Marte , lo que comienza con la evaluación de la idoneidad del planeta para la vida. La principal estrategia con respecto al MEP, apodado "Seguir el agua", es la idea general de que donde hay agua, hay vida (al menos en los casos de la Tierra). Es probable que si alguna vez surgió vida en Marte, se necesitaría un suministro de agua que estuviera presente durante una cantidad sustancial de tiempo. Por lo tanto, un objetivo destacado del MEP es buscar lugares donde haya, haya o pueda haber agua, como lechos de ríos secos, debajo de la superficie planetaria y en los casquetes polares de Marte. Aparte del agua, la vida también necesita fuentes de energía para sobrevivir. La abundancia de superóxidos hace que la vida en la superficie de Marte sea muy improbable, lo que esencialmente descarta la luz solar como una posible fuente de energía para la vida. Por lo tanto, se deben buscar fuentes alternativas de energía, como la energía geotérmica y química . Estas fuentes, que son utilizadas por las formas de vida en la Tierra, podrían ser utilizadas por las formas de vida microscópicas que viven bajo la superficie de Marte. La vida en Marte también se puede buscar encontrando firmas de vida pasada y presente o biofirmas . La abundancia relativa de carbono y la ubicación y las formas en que se puede encontrar pueden informar dónde y cómo puede haberse desarrollado la vida. Además, la presencia de minerales de carbonato , junto con el hecho de que la atmósfera de Marte está compuesta principalmente de dióxido de carbono , indicaría a los científicos que el agua puede haber estado en el planeta el tiempo suficiente para fomentar el desarrollo de la vida. [8]
- Caracterizar el clima de Marte – Otro objetivo del MEP es caracterizar tanto el clima actual como el pasado de Marte , así como los factores que influyen en el cambio climático en Marte. Actualmente lo que se sabe es que el clima está regulado por los cambios estacionales de los casquetes polares de Marte, el movimiento del polvo por la atmósfera y el intercambio de vapor de agua entre la superficie y la atmósfera. Entender estos fenómenos climáticos significa ayudar a los científicos a modelar de manera más efectiva el clima pasado de Marte, lo que aporta un mayor grado de comprensión de la dinámica de Marte. [9]
- Caracterizar la geología de Marte : la geología de Marte se diferencia de la de la Tierra, entre otras cosas, por sus volcanes extremadamente grandes y la falta de movimiento de la corteza. Un objetivo del MEP es comprender estas diferencias con la Tierra, junto con la forma en que el viento, el agua, los volcanes, la tectónica, la formación de cráteres y otros procesos han dado forma a la superficie de Marte. Las rocas pueden ayudar a los científicos a describir la secuencia de eventos en la historia de Marte, determinar si hubo una abundancia de agua en el planeta mediante la identificación de minerales que se forman solo en el agua y determinar si Marte alguna vez tuvo un campo magnético (lo que indicaría que Marte en algún momento fue un planeta dinámico similar a la Tierra). [10]
- Prepararse para la exploración humana de Marte – Una misión humana a Marte presenta un enorme desafío de ingeniería. Dado que la superficie de Marte contiene superóxidos y carece de magnetosfera y capa de ozono para protegerse de la radiación del Sol, los científicos tendrían que comprender a fondo la dinámica de Marte lo máximo posible antes de poder emprender cualquier acción encaminada a la meta de enviar humanos a Marte. [11]
Desafíos
Las misiones de exploración de Marte han tenido históricamente algunas de las tasas de fracaso más altas para las misiones de la NASA, [12] lo que se puede atribuir a los inmensos desafíos de ingeniería de estas misiones, así como a algo de mala suerte, como el Mars Polar Lander de Estados Unidos . [13] Dado que muchos de los objetivos del MEP implican la entrada, el descenso y el aterrizaje de naves espaciales (EDL) en la superficie de Marte, entran en juego factores como la atmósfera del planeta, el terreno superficial irregular y el alto costo de replicar entornos similares a Marte para las pruebas. [14]
En comparación con la Tierra, la atmósfera de Marte es aproximadamente 100 veces más delgada. Como resultado, si una nave de aterrizaje descendiera a la atmósfera de Marte, desaceleraría a una altitud mucho menor y, dependiendo de la masa del objeto, podría no tener tiempo suficiente para alcanzar la velocidad terminal. Para desplegar desaceleradores supersónicos o subsónicos, la velocidad debe estar por debajo de un umbral o no serán efectivos. Por lo tanto, se deben desarrollar tecnologías para que una nave de aterrizaje pueda desacelerarse lo suficiente para permitir el tiempo adecuado para que se lleven a cabo otros procesos de aterrizaje necesarios antes del aterrizaje. [14] La atmósfera de Marte varía significativamente a lo largo de un año marciano , lo que impide que los ingenieros puedan desarrollar un sistema para EDL común entre todas las misiones. Las tormentas de polvo que ocurren con frecuencia aumentan la temperatura atmosférica más baja y disminuyen la densidad atmosférica, lo que, junto con las elevaciones extremadamente variables en la superficie de Marte, obliga a una selección conservadora de un lugar de aterrizaje para permitir una desaceleración suficiente de la nave. [14] Dado que las secuencias EDL de Marte duran tan solo entre 5 y 8 minutos, los sistemas asociados deben ser incuestionablemente fiables. Lo ideal sería verificar esto con datos obtenidos mediante pruebas a gran escala de varios componentes de los sistemas EDL en pruebas terrestres. Sin embargo, los costos de reproducir entornos en los que estos datos serían relevantes en términos del entorno de Marte son considerablemente altos, lo que hace que las pruebas se realicen puramente en tierra o que simulen los resultados de pruebas que involucran tecnologías derivadas de misiones anteriores. [14]
La superficie de Marte es extremadamente irregular y contiene rocas , terreno montañoso y cráteres. Para una nave de aterrizaje, la zona ideal sería plana y libre de escombros. Dado que este terreno es casi imposible de encontrar en Marte, el tren de aterrizaje debe ser muy estable y tener suficiente distancia al suelo para evitar problemas de vuelco e inestabilidad al aterrizar. Además, los sistemas de desaceleración de estos módulos de aterrizaje tendrían que incluir propulsores que apunten al suelo. Estos propulsores deben estar diseñados de modo que solo necesiten estar activos durante un período de tiempo extremadamente corto; si están activos y apuntan a un suelo rocoso durante más de unos pocos milisegundos, comienzan a cavar zanjas, lanzan pequeñas rocas hacia el tren de aterrizaje y provocan una contrapresión desestabilizadora que se aplica sobre el módulo de aterrizaje. [14]
Encontrar un lugar de aterrizaje adecuado significa poder estimar el tamaño de las rocas desde la órbita. La tecnología para determinar con precisión el tamaño de las rocas de menos de 0,5 metros de diámetro desde la órbita aún no se ha desarrollado, por lo que en su lugar la distribución del tamaño de las rocas se infiere a partir de su relación con la inercia térmica, basándose en la respuesta térmica del lugar de aterrizaje medida por los satélites que actualmente orbitan Marte. El Mars Reconnaissance Orbiter también ayuda a esta causa en el sentido de que sus cámaras pueden ver rocas de más de 0,5 m de diámetro. [14] Junto con la posibilidad de que el módulo de aterrizaje se vuelque en superficies inclinadas, las grandes características topográficas como colinas, mesetas, cráteres y fosas plantean el problema de la interferencia con los sensores terrestres. El radar y el radar Doppler pueden medir falsamente la altitud durante el descenso y los algoritmos que apuntan al punto de aterrizaje del módulo de aterrizaje pueden ser "engañados" para que liberen el módulo de aterrizaje demasiado pronto o demasiado tarde si la nave pasa sobre mesetas o fosas durante el descenso. [14]
Historia
Fondo
Aunque fue observado en la antigüedad por los babilonios , egipcios , griegos y otros, no fue hasta la invención del telescopio en el siglo XVII que Marte fue estudiado en profundidad. [15] El primer intento de enviar una sonda a la superficie de Marte, apodada "Marsnik 1", fue por parte de la URSS en 1960. La sonda no logró alcanzar la órbita terrestre y la misión finalmente no tuvo éxito. El fracaso en completar los objetivos de la misión ha sido común en las misiones diseñadas para explorar Marte; aproximadamente dos tercios de todas las naves espaciales destinadas a Marte han fallado antes de que pudiera comenzar cualquier observación. [12] El Programa de Exploración de Marte se formó oficialmente a raíz del fracaso del Mars Observer en septiembre de 1992, [1] que había sido la primera misión a Marte de la NASA desde los proyectos Viking 1 y Viking 2 en 1975. La nave espacial, que se basaba en un satélite de comunicaciones comerciales en órbita terrestre modificado (es decir, el satélite Astra 1A de SES ), llevaba una carga útil de instrumentos diseñados para estudiar la geología, la geofísica y el clima de Marte desde la órbita. La misión terminó en agosto de 1993 cuando se perdieron las comunicaciones tres días antes de que la nave espacial entrara en órbita . [16]
Década de 2000
En la década de 2000, la NASA estableció el Programa Mars Scout como una campaña bajo el Programa de Exploración de Marte para enviar una serie de misiones robóticas pequeñas y de bajo costo a Marte , seleccionadas competitivamente entre propuestas innovadoras de la comunidad científica con un límite de presupuesto de US$485 millones. La primera nave espacial robótica en este programa fue Phoenix , que utilizó un módulo de aterrizaje fabricado originalmente para la misión cancelada Mars Surveyor 2001. Phoenix fue uno de los cuatro finalistas seleccionados de 25 propuestas. [17] Los cuatro finalistas fueron Phoenix, MARVEL, SCIM ( Sample Collection for Investigation of Mars ) y el avión marciano ARES ("Aerial Regional-scale Environmental Survey"). [17] SCIM era una misión de retorno de muestras que habría utilizado una trayectoria de retorno libre y aerogel para capturar el polvo de Marte y devolverlo a la Tierra [17] (ver también: la misión Stardust ). MARVEL era un orbitador que habría buscado vulcanismo y analizado varios componentes de la atmósfera de Marte. [17] El nombre es un acrónimo de Mars Volcanic Emission and Life Scout , y estaba destinado a detectar gases de vida si hubiera vida allí. [17] ARES era un concepto de aeronave para Marte para estudiar la atmósfera inferior y la superficie. [17] El 15 de septiembre de 2008, la NASA anunció que había seleccionado a MAVEN para la segunda misión. [18] [19] [20] Esta misión tenía un presupuesto de no más de US$475 millones. [21] Después de solo dos selecciones, la Dirección de Ciencias de la NASA anunció en 2010 que Mars Scout se incorporaría al programa Discovery , que fue reorientado para permitir que se propusieran misiones a Marte. [22] InSight , una misión de sismología y geología de Marte, fue finalmente elegida como la duodécima misión del programa Discovery.
| Misiones propuestas del programa Mars Scout (2003-2010) [23] [24] | |
|---|---|
| Nombre de la misión | Descripción |
| La gran evasión (TGE) | La misión habría determinado directamente los procesos básicos de la evolución atmosférica marciana midiendo la estructura y la dinámica de la atmósfera superior. Además, se habrían medido componentes atmosféricos potencialmente biogénicos como el metano . El investigador principal es Alan Stern, del Southwest Research Institute, en Boulder, Colorado. El Southwest Research Institute, en San Antonio, habría proporcionado la gestión del proyecto. [25] |
| Artemis | Esta misión lanzaría hasta cuatro módulos de aterrizaje con forma de platillo, de 61 centímetros de diámetro, desde una "nave nodriza" que orbitaría Marte. Cada uno de ellos se lanzaría en paracaídas sobre la superficie para analizar el suelo y la atmósfera. Dos de los cuatro módulos de aterrizaje se dirigirían a las regiones polares. |
| ARES | Este concepto de misión proponía enviar un avión no tripulado a la atmósfera marciana para observar el planeta. [26] [27] |
| Cronos | Esta misión consistiría en una sonda diseñada para derretir el hielo de los polos mediante chorros de agua calentados. Viajaría hasta 91 metros por debajo de la superficie y analizaría el agua derretida para determinar la historia climática de Marte. [28] |
| Gatito Halcón | Esta misión crearía tres o cuatro planeadores con una envergadura de aproximadamente seis pies (1,83 m) y exploraría el sistema de cañones de Valles Marineris . Los planeadores llevarían espectrómetros y cámaras infrarrojas. |
| MUGIR | Con telescopios infrarrojos en la Tierra y un espectrómetro en el Mars Express Orbiter , se descubrió metano en la atmósfera marciana. La presencia de metano en Marte es muy intrigante, ya que como gas inestable indica que debe haber una fuente activa del gas en el planeta. Las últimas investigaciones sugieren que la vida útil de destrucción del metano es tan larga como ~4 años terrestres y tan corta como ~0,6 años terrestres. [29] En cualquier caso, la vida útil de destrucción del metano es mucho más corta que la escala de tiempo (~350 años) estimada para la destrucción fotoquímica ( radiación UV ). [29] El Mars Organics Observer usaría un orbitador para caracterizar el metano marciano: dónde se emite, cuánto se emite y con qué frecuencia se emite. |
| Las náyades | Esta misión, que debe su nombre a las ninfas de los manantiales, lagos y ríos de la mitología griega, enviaría dos módulos de aterrizaje a una región que probablemente contenga agua subterránea. Los módulos de aterrizaje buscarían agua subterránea utilizando electromagnetismo de baja frecuencia y otros instrumentos. |
| CMI | Una misión de retorno de muestra que pasaría brevemente por la atmósfera marciana para recoger alrededor de 1.000 granos de polvo y algunos litros de aire sin disminuir la velocidad de escape. |
| Thor | Similar a la misión Deep Impact de la NASA , esta misión haría impactar dos esferas de cobre en la superficie de Marte para crear cráteres en una región que se sabe que tiene hielo de agua, y tal vez agua líquida, a unos pocos metros bajo la superficie. Un orbitador que la acompañaría analizaría los cráteres desde la órbita. Aunque esta misión no fue seleccionada, más tarde se observó hielo en impactos naturales recientes. [30] |
| Urey | Esta misión requiere un par de módulos de aterrizaje y explorador diseñados para analizar las edades de las rocas. Se dirigiría a la región de las Tierras Altas de Cerberus y buscaría minerales específicos para ayudar a los científicos a comparar la formación de cráteres en Marte con la de la Luna. |
| MARAVILLA | Orbitador con espectrómetros buscaría emisiones volcánicas y vida |
| CrioScout | Sonda de derretimiento de capas de hielo |
| Pascal | 24 miniestaciones meteorológicas. También se proponen en el Programa Discovery . [31] |
| MEO-MEO | Mars Environmental Orbiter: estudia la atmósfera y la hidrología |
| MACÓ | Observatorio de la Constelación Atmosférica de Marte: una red de microsatélites que estudia la atmósfera |
| MSR | Radar Mars Scout: radar de apertura sintética (SAR) para estudiar el subsuelo |
Década de 2010
En el año fiscal 2013 se produjo un importante recorte presupuestario de 300 millones de dólares en la división de ciencia planetaria de la NASA, lo que provocó la cancelación de la participación de la agencia en el programa ExoMars de la ESA , así como una reevaluación del Programa de Exploración de Marte en su conjunto. [32] [33] [34] En febrero de 2012, el Grupo de Planificación del Programa de Marte (MPPG) se reunió en Washington, DC para discutir los conceptos de las misiones candidatas para la ventana de lanzamiento de 2018 o 2020, [35] [34] en una iniciativa conocida como Mars Next Generation. [35] [36] [37] El propósito del MPPG fue desarrollar bases para una arquitectura a nivel de programa para la exploración robótica de Marte que sea consistente con el desafío de la administración Obama de enviar humanos a la órbita de Marte en la década de 2030 , [34] pero que siga respondiendo a los objetivos científicos primarios de la Encuesta Decenal de Ciencia Planetaria del NRC de 2011. [38] El MPPG utilizó aportes individuales no consensuados de funcionarios públicos y empleados contratistas de la NASA, y las decisiones resultantes fueron responsabilidad exclusiva de la NASA.
El enfoque inmediato del MPPG fue la recopilación de múltiples opciones de concepto de misión para la ventana de lanzamiento a Marte de 2018 y 2020. [34] Con un presupuesto de 700 millones de dólares , incluido un vehículo de lanzamiento , se supuso que la misión se limitaría a un orbitador . [36] [39] Se tomaron en consideración ideas a corto plazo para la planificación temprana de la misión en el período 2018-2024, mientras que las ideas a mediano y largo plazo informaron la planificación de la arquitectura a nivel de programa para 2026 y más allá. [40] Las estrategias exploradas para dicha misión incluyeron una misión de retorno de muestras donde las muestras de suelo se colocan en la órbita de Marte a fines de la década de 2020 o principios de la de 2030, un análisis de suelo in situ y un estudio de la superficie y el interior profundo de Marte antes de una misión de retorno de muestras y/o una misión tripulada. [34] Las misiones conceptuales que se estudiaron y que se ajustaban al requisito presupuestario de 700 a 800 millones de dólares estadounidenses incluyeron el Next Mars Orbiter (NeMO) para reemplazar los servicios de telecomunicaciones de los satélites antiguos y un módulo de aterrizaje estacionario para investigar y seleccionar muestras adecuadas para un posterior regreso a la Tierra. [34] Antes de las conclusiones del MPPG, el subcomité de Comercio, Justicia y Ciencia del Comité de Asignaciones de la Cámara de Representantes aprobó un presupuesto en abril de 2012 que restableció 150 millones de dólares estadounidenses al presupuesto de Ciencias Planetarias, con la salvedad de que se ordenara una misión de retorno de muestras. [32] El informe final del MPPG se redactó en agosto de 2012 y se publicó en septiembre. [41] [42] [43] Al respaldar en última instancia una misión de retorno de muestras, la recomendación influyó en el proceso presupuestario de la NASA para el año fiscal 2014. [44]
Misiones
Lista
| Misión | Parche | Vehículo | Lanzamiento | Inserción orbital/ Fecha de aterrizaje | Vehículo de lanzamiento [a] | Estado | Duración |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Explorador global de Marte |  | MGS | 7 de noviembre de 1996, 17:00 UTC | 11 de septiembre de 1997 01:17 UTC | Delta II 7925 | Terminado | 3.647 días |
| Buscador de Marte [b] |  | Buscador de Marte | 4 de diciembre de 1996 06:58 UTC | 4 de julio de 1997 16:57 UTC | Delta II 7925 | Terminado | 297 días |
| Peregrino | |||||||
| Explorador de Marte '98 |  | Orbitador climático de Marte | 11 de diciembre de 1998, 18:45 UTC | 23 de septiembre de 1999 09:00 UTC(falló) | Delta II 7425 | Falla | 286 días |
| Módulo de aterrizaje polar en Marte | 3 de enero de 1999, 20:21 UTC | 3 de diciembre de 1999 20:15 UTC (falló) | Delta II 7425 | Falla | 334 días | ||
| Odisea en Marte 2001 |  | Odisea en Marte | 7 de abril de 2001, 15:02 UTC | 24 de octubre de 2001 12:21 UTC | Delta II 7925-9.5 | Operacional | 8.625 días |
| Explorador de Marte | Espíritu | 10 de junio de 2003, 17:58 UTC | 4 de enero de 2004 04:35 UTC | Delta II 7925-9.5 | Terminado | 2.695 días | |
| Oportunidad | 7 de julio de 2003, 03:18 UTC | 25 de enero de 2004 05:05 UTC | Delta II 7925H-9.5 | Terminado | 5.498 días | ||
| Orbitador de reconocimiento de Marte |  | Mantenimiento, reparación y mantenimiento | 12 de agosto de 2005, 11:43 UTC | 10 de marzo de 2006 21:24 UTC | Atlas V 401 ( AV-007 ) | Operacional | 7.034 días |
| Fénix [c] |  | Fénix | 4 de agosto de 2007 09:26 UTC | 25 de mayo de 2008 23:53 UTC | Delta II 7925 | Terminado | 457 días |
| Laboratorio de Ciencias de Marte |  | Curiosidad | 26 de noviembre de 2011, 15:02 UTC | 6 de agosto de 2012 05:17 UTC | Atlas V 541 ( AV-028 ) | Operacional | 4.374 días |
| MAVEN [c] |  | MAVEN | 18 de noviembre de 2013, 18:28 UTC | 22 de septiembre de 2014 02:24 UTC | Atlas V 401 ( AV-038 ) | Operacional | 4.017 días |
| Percepción [b] |  | Conocimiento | 5 de mayo de 2018, 11:05 UTC | 26 de noviembre de 2018 19:52 UTC | Atlas V 401 ( AV-078 ) | Terminado | 2.183 días |
| Marzo de 2020 |    | Perserverancia | 30 de julio de 2020, 11:50 UTC | 18 de febrero de 2021 20:55 UTC | Atlas V 541 ( AV-088 ) | Operacional | 1.368 días |
| Ingenio | Terminado | 1.026 días | |||||
| Mapeador de hielo para la exploración de Marte | Yo-MIM | 2031 | 2032 | Por determinar | Propuesto | N / A |
Cronología
Véase también
Referencias
Notas
- ^ Número de serie se muestra entre paréntesis.
- ^ ab Misión realizada como parte del Programa Discovery .
- ^ ab Misión realizada como parte del Programa Mars Scout.
Citas
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Enlaces externos
- Programa de exploración de Marte en el Laboratorio de Propulsión a Chorro
- Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte (MEPAG) en el Laboratorio de Propulsión a Chorro
