El futuro de la exploración espacial

Rosalind Franklin , ^{[ 8 ]} anteriormente conocido como el rover ExoMars, es un rover robótico planificado para Marte , parte del programa internacional ExoMars liderado por la Agencia Espacial Europea y la Corporación Estatal Rusa Roscosmos . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Inicialmente programado para su lanzamiento en julio de 2020, se ha retrasado debido a problemas en las pruebas del mecanismo de aterrizaje del rover. A mayo de 2022, no se espera que el lanzamiento del rover ocurra antes de 2028 debido a la necesidad de una nueva plataforma de aterrizaje no rusa. ^{[ 11 ]} Una vez que aterrice de forma segura, el rover alimentado por energía solar comenzará una misión de siete meses (218- sol ) para buscar la existencia de vida pasada en Marte . El Orbitador de Gases Traza (TGO), lanzado en 2016, funcionará como satélite de retransmisión de datos de Rosalind Franklin y del módulo de aterrizaje . ^{[ 12 ]}

La misión de aterrizaje en Marte, también llamada Mangalyaan-2 o Misión Orbital a Marte 2 (MOM 2), es la segunda misión interplanetaria de la India planificada para su lanzamiento a Marte por la Organización India de Investigación Espacial (ISRO). Según algunos informes, la misión consistía en un orbitador a Marte propuesto para 2024. ^{[ 13 ]} Sin embargo, en una entrevista grabada en octubre de 2019, el director del VSSC indicó la inclusión de un módulo de aterrizaje y un rover. ^{[ 14 ]} El orbitador utilizará el frenado aerodinámico para reducir su apoapsis inicial y entrar en una órbita más adecuada para las observaciones. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

Breakthrough Enceladus es un concepto de misión de sonda espacial astrobiológica para explorar la posibilidad de vida en la luna de Saturno , Encélado . ^{[ 18 ]} En septiembre de 2018, la NASA firmó un acuerdo de colaboración con Breakthrough para crear conjuntamente el concepto de la misión. ^{[ 19 ]} Esta misión sería la primera misión al espacio profundo financiada por el sector privado. ^{[ 20 ]} Estudiaría el contenido de los penachos que se expulsan del océano cálido de Encélado a través de su corteza de hielo meridional. ^{[ 21 ]} Se cree que la corteza de hielo de Encélado tiene entre dos y cinco kilómetros de espesor, ^{[ 22 ]} y una sonda podría usar un radar de penetración de hielo para determinar su estructura. ^{[ 23 ]}

Tránsitos Planetarios y Oscilaciones de Estrellas (PLATO) es un telescopio espacial en desarrollo por la Agencia Espacial Europea (ESA) para su lanzamiento en 2026. ^{[ 24 ]} Los objetivos de la misión son buscar tránsitos planetarios en hasta un millón de estrellas, y descubrir y caracterizar planetas extrasolares rocosos alrededor de estrellas enanas amarillas (como el Sol ), estrellas subgigantes y estrellas enanas rojas . El énfasis de la misión está en planetas similares a la Tierra en la zona habitable alrededor de estrellas similares al Sol, donde el agua puede existir en estado líquido. ^{[ 25 ]} Es la tercera misión de clase media del programa Cosmic Vision de la ESA y lleva el nombre del influyente filósofo griego Platón , figura fundacional de la filosofía, la ciencia y las matemáticas occidentales. Un objetivo secundario de la misión es estudiar las oscilaciones estelares o la actividad sísmica en las estrellas para medir las masas estelares y la evolución, y permitir la caracterización precisa de la estrella anfitriona del planeta, incluyendo su edad. ^{[ 26 ]}

El orden de magnitud astronómico de la distancia entre la Tierra y las estrellas más cercanas representa un desafío para el desarrollo actual de la exploración espacial. A la velocidad máxima actual de 70,2  km/s, la sonda Helios 2 llegaría a la estrella más cercana, Proxima Centauri , en aproximadamente 18 000 años, ^{[ 37 ]} mucho más que la esperanza de vida humana y, por lo tanto, requiriendo métodos de transporte mucho más rápidos que los disponibles actualmente. Esta velocidad máxima se logró gracias al efecto Oberth, donde la nave espacial fue acelerada por una combinación de la gravedad del Sol y su propio sistema de propulsión. La velocidad de escape más rápida del Sistema Solar es la de la Voyager 1, de 17  km/s.

En términos de propulsión, el principal desafío es el despegue y el impulso inicial, ya que no hay fricción en el vacío del espacio. Según los objetivos de las misiones, incluidos factores como la distancia, la carga y el tiempo de vuelo, el tipo de propulsión utilizado, planeado para usar o en diseño varía desde propelentes químicos, como hidrógeno líquido y oxidante ^{[ 39 ]} ( motor principal del transbordador espacial ), hasta plasma ^{[ 38 ]} o incluso propelentes de nanopartículas . ^{[ 40 ]} Otro sistema de propulsión que puede utilizarse es la propulsión iónica .

En cuanto a los desarrollos futuros, las posibilidades teóricas de la propulsión nuclear se analizaron hace más de 60 años, como la fusión nuclear ( Proyecto Dédalo ) y la propulsión nuclear por pulsos ( Proyecto Longshot ), ^{[ 41 ]} pero la NASA las ha abandonado desde entonces. En el plano más especulativo, el motor Alcubierre teórico presenta una solución matemática para los viajes a velocidades superiores a la de la luz, pero requeriría la masa-energía de Júpiter, sin mencionar los problemas técnicos. ^{[ 42 ]}

Las variaciones en la magnitud de la gravedad sobre el cuerpo son perjudiciales para la orientación, la coordinación y el equilibrio. Sin gravedad constante, los huesos sufren osteoporosis por desuso y su densidad mineral disminuye 12 veces más rápido que la de un adulto mayor promedio. ^{[ 43 ]} Sin ejercicio y nutrición regulares, puede haber deterioro cardiovascular y pérdida de fuerza muscular. ^{[ 44 ]} La deshidratación puede causar cálculos renales , ^{[ 45 ]} y el potencial hidrostático constante en gravedad cero puede desplazar los fluidos corporales hacia arriba y causar problemas de visión. ^{[ 46 ]}

Además, sin el campo magnético terrestre que actúa como escudo, la radiación solar tiene efectos mucho más severos sobre los organismos biológicos en el espacio. La exposición puede incluir daños al sistema nervioso central (alteración de la función cognitiva, reducción de la función motora y posibles cambios de comportamiento), así como la posibilidad de enfermedades degenerativas de los tejidos.

Según la NASA, el aislamiento en el espacio puede tener efectos perjudiciales en la psique humana. Problemas de comportamiento, como baja moral, cambios de humor, depresión, disminución de las interacciones interpersonales, ritmos de sueño irregulares y fatiga, ocurren independientemente del nivel de entrenamiento, según una serie de experimentos sociales de la NASA. ^{[ 47 ]} El más famoso de ellos, Biosfera 2 , ^{[ 48 ]} fue un experimento de dos años de duración con una tripulación de ocho personas en la década de 1990, en un intento de estudiar las necesidades humanas y la supervivencia en un entorno aislado. El resultado fueron interacciones interpersonales tensas y un comportamiento distante, incluyendo la limitación e incluso la interrupción del contacto entre los miembros de la tripulación, ^{[ 47 ]} además de la imposibilidad de mantener un sistema duradero de reciclaje de aire y suministro de alimentos. ^{[ 49 ]}

Considerando la posibilidad futura de misiones tripuladas prolongadas, el almacenamiento y el reabastecimiento de alimentos representan limitaciones relevantes. Desde el punto de vista del almacenamiento, la NASA estima que una misión a Marte de 3 años requeriría alrededor de 24 000 libras (11 t) de alimentos, la mayoría en forma de comidas precocinadas y deshidratadas de aproximadamente 1,5 libras (0,68 kg) por porción. ^{[ 50 ]} Los productos frescos solo estarían disponibles al comienzo del vuelo, ya que no habría sistemas de refrigeración. El peso relativamente elevado del agua es una limitación, por lo que en la Estación Espacial Internacional (EEI) el uso de agua por persona está limitado a 11 litros (2,9 galones estadounidenses ) por día, en comparación con los 132 litros (35 galones estadounidenses ) promedio de los estadounidenses . ^{[ 50 ]}       

En cuanto al reabastecimiento, se han realizado esfuerzos para reciclar, reutilizar y producir, para hacer que el almacenamiento sea más eficiente. El agua se puede producir a través de reacciones químicas de hidrógeno y oxígeno en pilas de combustible, ^{[ 50 ]} y se están desarrollando intentos y métodos para cultivar vegetales en microgravedad y se seguirá investigando. La lechuga y la col china ^{[ 51 ]} ya se han cultivado con éxito en el "sistema de cultivo de plantas vegetales" de la ISS, y han sido consumidas por los astronautas, aunque el cultivo de plantas a gran escala todavía no es práctico ^{[ 52 ]} debido a factores como la polinización, los largos períodos de crecimiento y la necesidad de desarrollar sistemas de cultivo más eficientes.

La NASA inició su experimento científico autónomo (ASE) en el satélite Earth Observing-1 (EO-1), el primer satélite de la NASA en la serie de observación de la Tierra del programa del milenio, lanzado el 21 de noviembre de 2000. La autonomía de estos satélites permite el análisis científico a bordo, la replanificación, la ejecución robusta y el diagnóstico basado en modelos. Las imágenes obtenidas por el EO-1 se analizan a bordo y se transmiten a la red cuando se produce un cambio o un evento relevante. El software del ASE ha proporcionado con éxito más de 10 000 imágenes científicas. Este experimento marcó el inicio de muchos otros que la NASA diseñó para que la IA impactara el futuro de la exploración espacial.

El objetivo de la NASA con este proyecto es desarrollar un sistema que pueda ayudar a los pilotos brindándoles asesoramiento experto en tiempo real en situaciones que no se cubren en el entrenamiento de pilotos o simplemente ayudándolos con su línea de pensamiento durante el vuelo. Basado en el sistema de computación cognitiva IBM Watson, el Asesor de Vuelo con IA extrae datos de una gran base de datos de información relevante, como manuales de aeronaves, informes de accidentes e informes de situaciones de riesgo, para brindar asesoramiento a los pilotos. En el futuro, la NASA quiere implementar esta tecnología para crear sistemas totalmente autónomos, que luego podrán usarse para la exploración espacial. En este caso, los sistemas cognitivos servirán de base, y el sistema autónomo decidirá completamente el curso de acción de la misión, incluso durante situaciones imprevistas. ^{[ 54 ]} Sin embargo, para que esto suceda, todavía se requieren muchas tecnologías de apoyo.

En el futuro, la NASA espera utilizar esta tecnología no solo en vuelos terrestres, sino también para la exploración espacial. Básicamente, la NASA planea modificar este asesor de vuelo con IA para aplicaciones de mayor alcance. Además de la tecnología actual, habrá sistemas de computación cognitiva adicionales que podrán determinar las acciones adecuadas ante problemas imprevistos en el espacio. Sin embargo, para que esto sea posible, aún se necesitan mejoras en muchas tecnologías de apoyo.

Para este proyecto, el objetivo de la NASA es implementar la visión estéreo para evitar colisiones en sistemas espaciales, con el fin de trabajar con operaciones autónomas en un entorno de vuelo y brindarles soporte. Esta tecnología utiliza dos cámaras dentro de su sistema operativo que ofrecen la misma vista, pero que, al combinarse, proporcionan un amplio rango de datos que genera una imagen binocular. Gracias a su sistema de doble cámara, las investigaciones de la NASA indican que esta tecnología puede detectar peligros en entornos de vuelo rurales y silvestres. Este proyecto ha contribuido significativamente al desarrollo de un UAV completamente autónomo. Actualmente, la Visión Estéreo puede construir un sistema de visión estéreo, procesar los datos visuales, verificar el correcto funcionamiento del sistema y, finalmente, realizar pruebas para determinar el alcance de los objetos y el terreno que podrían obstaculizar la trayectoria. En el futuro, la NASA espera que esta tecnología también pueda determinar la trayectoria para evitar colisiones. El objetivo a corto plazo es extraer información de nubes de puntos e integrarla en un mapa histórico. Utilizando este mapa, la tecnología podría extrapolar obstáculos y características en los datos estéreo que no se encuentran en el mapa. Esto ayudaría en el futuro de la exploración espacial, donde los humanos no pueden ver objetos en movimiento que podrían dañar la nave espacial. ^{[ 55 ]}

En 2017, Elon Musk anunció el desarrollo de viajes en cohete para transportar personas de una ciudad a otra en menos de una hora. Elon desafió a SpaceX a mejorar los viajes por todo el mundo mediante su sistema de propulsión de cohetes reutilizables para enviar pasajeros en una trayectoria suborbital a su destino. ^{[ 2 ]}

La compañía Virgin Galactic, cuyo director ejecutivo es Sir Richard Branson, está desarrollando otro método para alcanzar aviones mediante propulsión aérea. Se trata de SpaceshipTwo, un biplano que transporta una nave espacial como carga útil, conocida como White Knight Two, y la lleva a altitud de crucero, donde el cohete se separa y comienza a ascender fuera de la atmósfera terrestre. ^{[ 60 ]}

El sitio web de Blue Origin destaca un pequeño vehículo de lanzamiento que envía cargas útiles a la órbita. El objetivo es reducir el costo de enviar cargas útiles más pequeñas a la órbita, con la intención futura de enviar humanos al espacio. ^{[ 61 ]} La primera etapa es reutilizable, mientras que la segunda es desechable. Se espera que las dimensiones máximas de la carga útil sean de alrededor de 530 pies cúbicos para ser transportadas más allá de la línea de Kármán.

Con la variante más grande del New Shepard, Blue Origin busca aumentar su capacidad de carga útil desarrollando un cohete de 95 metros de altura capaz de realizar vuelos espaciales reutilizables. Se espera que su carga útil sean satélites o que permita a los humanos observar el espacio sin necesidad de entrenamiento de astronautas. Blue Origin pretende que la reutilización del cohete dure 25 vuelos espaciales, lo que reduciría los costos y aumentaría la posibilidad de viajes espaciales comerciales.

El módulo de aterrizaje lunar de Blue Origin está diseñado para ser flexible y capaz de enviar tanto carga como tripulación a la superficie lunar. ^{[ 62 ]} Este hábitat proporcionará una presencia humana sostenida al ofrecer elementos esenciales como sistemas de soporte vital y vehículos lunares para excavar y explorar la superficie lunar circundante. Otros desarrollos de este proyecto incluyen un sistema de aterrizaje humano, que consiste en módulos de vivienda desmontables diseñados para acoplarse y desacoplarse del módulo de aterrizaje lunar Blue Moon.

La Corporación Aeroespacial Bigelow, fundada por Robert Bigelow, tiene su sede en Las Vegas. Es una empresa de investigación y desarrollo centrada en la construcción de arquitectura espacial capaz de albergar humanos y crear condiciones de vida adecuadas para la vida en el espacio. La compañía ha enviado dos naves espaciales a escala reducida, conocidas como Genesis I y II, a la órbita terrestre baja, además de un módulo denominado Módulo de Actividad Expandible Bigelow (BEAM), que se infla y se acopla a la Estación Espacial Internacional. ^{[ 63 ]} El módulo BEAM mide 14 pies de longitud y puede inflarse o desinflarse para facilitar su transporte. Bigelow Aerospace está trabajando en el desarrollo de sus propios módulos, independientes de la Estación Espacial Internacional, para enviar turistas y visitantes.