Cuando la NASA diseñó la misión Perseverance, que incluía la recolección de muestras del suelo marciano, quedó claro de inmediato que traerlas de vuelta a la Tierra para poder analizarlas en detalle sería una empresa definitivamente más que épica. Para muchos, casi imposible. Hasta ahora, las únicas muestras analizadas del suelo marciano han sido transportadas por asteroides caídos en nuestro planeta.
Estos fragmentos generados por poderosos impactos en Marte llegaron a la Tierra y nos permitieron realizar análisis preliminares pero muy aproximados de la composición del suelo marciano. Así es como surgieron los llamados meteoritos acondríticos, que se originaron en el planeta rojo. Pero, ¿cómo será posible devolver a nuestro planeta las rocas recolectadas por el rover en la superficie de Marte?
El programa Mars Sample Return
La respuesta está en el acrónimo MSRP (Mars Sample Return Program). La NASA ha finalmente completado la revisión de los requisitos del sistema del programa. Está a punto de completar la fase preliminar de diseño conceptual. El equipo ha evaluado y perfeccionado la arquitectura para tomar muestras científicamente seleccionadas, que en este momento están siendo recolectadas por el rover Perseverance en el cráter Jezero en el planeta rojo.
La arquitectura de la campaña, que incluye la contribución de la Agencia Espacial Europea (ESA) y de la italiana Leonardo, debería reducir la complejidad de la misión y aumentar las probabilidades de éxito. “La fase de diseño conceptual es cuando cada aspecto de un plan de misión se examina con lupa”, dijo Thomas Zurbuchen, administrador científico en la sede de la NASA en Washington. “Hay algunos cambios significativos y ventajosos en el plan inicial, que se pueden atribuir directamente a los recientes éxitos de Perseverance en Jezero y al increíble rendimiento de nuestro helicóptero Mars”.
El proyecto tiene en cuenta un análisis recientemente actualizado de la longevidad prevista del rover Perseverance. La compleja misión contará con tres vehículos principales: el Sample Retrieval Lander (SRR), que transporta el Mars Ascent Vehicle (MAV) y el Earth Return Orbiter, proporcionado por la ESA.
Fase 1: aterrizaje y recolección de muestras
La primera fase será muy compleja. Se debe asegurar que se lleve todo lo necesario para recoger las muestras en Marte, salir de la atmósfera marciana y regresar a la Tierra. Por lo tanto, la carga será voluminosa y no será fácil posar con cuidado alrededor de 2400 kg de aterrizador en la superficie marciana. Para ser claros, estamos hablando de la carga más pesada jamás aterrizada en la superficie de otro planeta. Los retrocohetes, que normalmente se utilizan para aterrizar los rovers, por sí solos no pueden hacer mucho. Inevitablemente, deberán ser ayudados por patas amortiguadoras que en este momento están siendo objeto de numerosas pruebas en el JPL (Jet Propulsion Laboratory).
Una vez que el Sample Retrieval Lander aterrice, lanzará dos helicópteros para recuperar las muestras, basados en el diseño del helicóptero Ingenuity. Este vehículo ha sido ampliamente probado con 29 vuelos en Marte y ha sobrevivido durante más de un año más allá de su duración prevista. El rover Perseverance colocará la delicada carga de perforación de rocas en un punto de recolección preestablecido para facilitar el trabajo de los helicópteros que transportarán la carga hasta el aterrizador. En este punto entra en juego el Sample Transfer Arm (STA) diseñado y fabricado por Leonardo. Este brazo robótico podrá ver, sentir y tomar decisiones autónomas, y finalmente identificará, recolectará y transferirá los tubos al Mars Ascent Vehicle.
Fase 2: lanzamiento del cohete
Si la fase uno fue compleja, la segunda es realmente algo de ciencia ficción. Volver a poner la carga de muestras en órbita. El Sample Retrieval Lander pesa más de dos toneladas, porque además de los helicópteros, también contiene en su interior el Mars Ascent Vehicle. Esto es un cohete de dos etapas de aproximadamente 2,8 metros de altura. La menor gravedad del planeta debería reducir el combustible para poner el cohete en órbita. Pero la falta de atmósfera hace más complejo el control del vehículo en las fases de vuelo, ya que puede inclinarse fácilmente.
Además, hay que considerar que al no haber una plataforma de lanzamiento tradicional, encender el cohete se volverá terriblemente complicado en Marte. Para resolver este complejo desafío, los ingenieros de JPL han desarrollado un sistema que se utilizará por primera vez en esta misión. El Mars Ascent Vehicle se convertirá en el primer cohete en despegar desde otro planeta y será lanzado al aire antes de encender los motores. El sistema, aún en fase de prueba en la Tierra, se llama VECTOR (Vertically Ejected Controlled Tip-off Release). De esta manera, el cohete de alrededor de 400 kg de peso podrá ser lanzado a una altura de aproximadamente 3,3 metros. En los grandes laboratorios del JPL se han llevado a cabo 23 pruebas moviendo el centro de gravedad del cohete a diferentes posiciones, para facilitar la elección del mejor ángulo de encendido.
Fase 3: regreso a la Tierra
Superadas las dos primeras fases, la misión se volverá mucho más sencilla. La carga útil será acoplada al orbitador construido por la ESA: el Earth Return Orbiter. El vehículo permitirá sellar las muestras en un sistema de biocontención antes de ser transferidas a una cápsula de entrada a la Tierra. En ese punto, la carga aterrizará de forma segura en nuestro planeta. Con las fechas de lanzamiento previstas para el Earth Return Orbiter y el Sample Retrieval Lander en el otoño de 2027 y el verano de 2028, respectivamente, se espera que las muestras lleguen sanas y salvas a la Tierra en 2033.
El estado del arte del programa Mars Sample Return
Con la arquitectura ahora decidida durante la fase de diseño conceptual, el programa debería entrar en la fase de diseño preliminar en octubre de 2022. Durante este período, el programa completará el desarrollo tecnológico y creará los primeros prototipos de ingeniería de las tres componentes de la misión. El refinado proyecto Mars Sample Return fue presentado a los delegados de los 22 estados participantes en el programa de exploración espacial en mayo de 2022.
“La ESA está avanzando a toda velocidad en el desarrollo del Earth Return Orbiter, que realizará el histórico viaje. Pero también del brazo de transferencia de muestras, que colocará las sondas a bordo del contenedor de muestras en órbita” afirmó David Parker, director de exploración de la ESA. El primer paso de la campaña de restitución de muestras ya está en marcha. Desde que aterrizó en el cráter Jezero el 18 de febrero de 2021, el rover Perseverance ha recolectado 11 muestras de rocas de núcleos científicamente convincentes y una muestra atmosférica.
Toda esta misión permitirá a los científicos examinar las muestras marcianas utilizando instrumentos sofisticados demasiado grandes y complicados para ser enviados a Marte. Además, también permitiría a las generaciones futuras estudiarlas.