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Aterrizaje en Marte

Animación del aterrizaje de la sonda InSight en Marte en 2018. Un aterrizaje en Marte consiste en el descenso de una nave espacial a la superficie marciana . De los numerosos in...

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Animación del aterrizaje de la sonda InSight en Marte en 2018.

Un aterrizaje en Marte consiste en el descenso de una nave espacial a la superficie marciana . De los numerosos intentos de aterrizaje en Marte realizados por naves robóticas no tripuladas, diez han tenido éxito. También se han realizado estudios para una posible misión humana a Marte que incluya un aterrizaje, pero ninguno se ha llevado a cabo.

Hasta 2023, la Unión Soviética , Estados Unidos y China habían realizado aterrizajes exitosos en Marte. [ 1 ] La misión soviética Mars 3 , que aterrizó en 1971, fue el primer aterrizaje exitoso en Marte, aunque la nave espacial falló después de 110 segundos en la superficie. Todos los demás intentos de aterrizaje soviéticos en Marte fracasaron. [ 2 ] Viking 1 y Viking 2 fueron los primeros módulos de aterrizaje exitosos de la NASA, lanzados en 1975. La misión Mars Pathfinder de la NASA , lanzada en 1996, entregó con éxito el primer rover marciano , Sojourner . En 2021, el primer módulo de aterrizaje y rover chino, Tianwen 1 , [ 3 ] aterrizó con éxito en Marte. La misión británica Beagle 2 aterrizó en 2003, pero debido a la pérdida de contacto y el fracaso de la misión, su aterrizaje no se confirmó hasta 2015. [ 4 ]

Métodos de descenso y aterrizaje

Hasta 2021, todos los métodos de aterrizaje en Marte han utilizado una secuencia de paracaídas y cubierta aerodinámica para la entrada y el descenso en la atmósfera marciana , pero después de que el paracaídas se desprende, hay tres opciones. Un módulo de aterrizaje estacionario puede soltarse de la cubierta trasera del paracaídas y usar cohetes de frenado durante todo el descenso, pero un rover no puede ser cargado con cohetes que no tienen ninguna utilidad después del aterrizaje. [ 5 ]

Un método para conseguir rovers más ligeros consiste en encerrarlos en una estructura tetraédrica que, a su vez, está protegida por bolsas de aire . Tras desprenderse la cubierta aerodinámica, el tetraedro se baja mediante un cable, separándolo de la cubierta trasera del paracaídas, para que las bolsas de aire se inflen. Unos retrocohetes en la cubierta trasera pueden frenar el descenso. Al acercarse al suelo, el tetraedro se libera para que caiga, utilizando las bolsas de aire como amortiguadores . Una vez detenido, el tetraedro se abre para dejar al descubierto el rover. [ 6 ]

Si un rover es demasiado pesado para usar bolsas de aire, los retrocohetes se pueden montar en una grúa aérea . La grúa aérea se desprende de la cubierta trasera del paracaídas y, al acercarse al suelo, el rover se baja sujeto por un cable. Cuando el rover toca tierra, corta el cable para que la grúa aérea (con sus cohetes aún encendidos) se estrelle lejos del rover. Tanto Curiosity como Perseverance utilizaron una grúa aérea para el aterrizaje. [ 7 ]

Descenso de cargas útiles más pesadas

Los propulsores del módulo de aterrizaje InSight excavaron hoyos debajo de él durante el aterrizaje, en el lugar donde se encontraba.

Para módulos de aterrizaje aún más pesados ​​que el rover Curiosity (que requirió una cubierta aerodinámica de 4,5 metros (15 pies) de diámetro), los ingenieros están desarrollando un desacelerador supersónico de baja densidad, combinado con un sistema rígido-inflable , que podría tener 8 metros (26 pies) de diámetro. Este tendría que ir acompañado de un paracaídas proporcionalmente más grande. [ 8 ]

Desafíos de aterrizaje

El aterrizaje de naves espaciales robóticas , y posiblemente algún día de humanos, en Marte es un desafío tecnológico. Para un aterrizaje favorable, el módulo de aterrizaje debe abordar estos problemas: [ 9 ] [ 10 ]

En 2018, la NASA logró aterrizar con éxito el módulo de aterrizaje InSight en la superficie de Marte, reutilizando tecnología de la era Viking . [ 11 ] Pero esta tecnología no permite aterrizar una gran cantidad de cargas, hábitats, vehículos de ascenso y humanos en caso de misiones tripuladas a Marte en un futuro cercano. Para mejorar y lograr este objetivo, es necesario actualizar las tecnologías y los vehículos de lanzamiento . Algunos de los criterios para que un módulo de aterrizaje realice un aterrizaje suave exitoso utilizando la tecnología actual son los siguientes: [ 12 ] [ 9 ]

Comunicarse con la Tierra

A partir del programa Viking, [ a ] todos los módulos de aterrizaje en la superficie de Marte han utilizado naves espaciales en órbita como satélites de comunicaciones para retransmitir sus datos a la Tierra. Los módulos de aterrizaje utilizan transmisores UHF para enviar sus datos a los orbitadores, que luego retransmiten los datos a la Tierra utilizando frecuencias de banda X o banda Ka . Estas frecuencias más altas, junto con transmisores más potentes y reflectores parabólicos más grandes , permiten a los orbitadores enviar los datos mucho más rápido de lo que los módulos de aterrizaje podrían hacerlo transmitiendo directamente a la Tierra, lo que ahorra un tiempo valioso en las antenas receptoras . [ 13 ]

Lista de aterrizajes en Marte

Vista del módulo de aterrizaje Insight en Marte en diciembre de 2018.

En la década de 1970, varias sondas soviéticas intentaron sin éxito aterrizar en Marte. La sonda Mars 3 aterrizó con éxito en 1971, pero falló poco después. Sin embargo, las sondas Viking estadounidenses llegaron a la superficie y proporcionaron imágenes y datos durante varios años. No obstante, el siguiente aterrizaje exitoso en Marte no se produjo hasta 1997, cuando aterrizó la sonda Mars Pathfinder . [ 14 ] En el siglo XXI se han producido varios aterrizajes exitosos, pero también muchos accidentes. [ 14 ]

programa de sondas a Marte

La primera sonda destinada a ser un módulo de aterrizaje de impacto en Marte fue la soviética Mars 1962B , lanzada sin éxito en 1962. [ 15 ]

En 1970, la Unión Soviética comenzó el diseño de las misiones Mars 4NM y Mars 5NM con naves espaciales marcianas superpesadas no tripuladas. La primera fue Marsokhod , con fecha prevista para principios de 1973, y la segunda fue la misión de retorno de muestras de Marte, prevista para 1975. Ambas naves espaciales iban a ser lanzadas con el cohete N1 , pero este cohete nunca voló con éxito y los proyectos Mars 4NM y Mars 5NM fueron cancelados. [ 16 ]

En 1971, la Unión Soviética envió las sondas Mars 2 y Mars 3 , cada una con un módulo de aterrizaje, como parte del programa de exploración de Marte M-71. El módulo de aterrizaje de Mars 2 no logró aterrizar e impactó contra Marte. El módulo de aterrizaje de Mars 3 se convirtió en la primera sonda en aterrizar suavemente en Marte, pero su recopilación de datos tuvo menos éxito. El módulo de aterrizaje comenzó a transmitir al orbitador Mars 3 90 segundos después del aterrizaje, pero después de 14,5 segundos, la transmisión cesó por razones desconocidas. La causa del fallo pudo haber estado relacionada con la extremadamente potente tormenta de polvo marciana que se producía en ese momento. Cada una de estas sondas espaciales contenía un rover marciano, el PrOP-M , aunque nunca se desplegaron.

En 1973, la Unión Soviética envió dos módulos de aterrizaje más a Marte, Mars 6 y Mars 7. El módulo de aterrizaje Mars 6 transmitió datos durante el descenso, pero falló al impactar. La sonda Mars 7 se separó prematuramente del vehículo portador debido a un problema en el funcionamiento de uno de los sistemas a bordo ( control de actitud o retrocohetes) y pasó a 1300 km (810 millas) del planeta .  

La misión de retorno de muestras Mars 5M (Mars-79), que consistía en un doble lanzamiento, estaba prevista para 1979, pero fue cancelada debido a su complejidad y a problemas técnicos.

programa vikingo

Lugar de aterrizaje de la sonda Viking 1 (haga clic en la imagen para obtener una descripción detallada).

En 1976, dos sondas Viking estadounidenses entraron en órbita alrededor de Marte y cada una liberó un módulo de aterrizaje que realizó un aterrizaje suave y exitoso en la superficie del planeta. Posteriormente, lograron la primera transmisión exitosa de grandes volúmenes de datos, incluyendo las primeras imágenes en color e información científica extensa. Las temperaturas medidas en los sitios de aterrizaje oscilaron entre 150 y 250 K (−123 a −23 °C; −190 a −10 °F) , con una variación a lo largo de un día determinado de 35 a 50 °C (95 a 122 °F) . [ 17 ] Se observaron tormentas de polvo estacionales, cambios de presión y movimiento de gases atmosféricos entre los casquetes polares. Un experimento biológico produjo posibles evidencias de vida, pero no fue corroborado por otros experimentos a bordo. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]     

Mientras buscaba un lugar de aterrizaje adecuado para el módulo de aterrizaje de Viking 2 , el orbitador Viking 1 fotografió el relieve que constituye el llamado " Rostro en Marte " el 25 de julio de 1976.

El programa Viking era descendiente del programa Voyager , que fue cancelado, y cuyo nombre se reutilizó posteriormente para un par de sondas del sistema solar exterior.

Explorador de Marte

"Ares Vallis" fotografiado por Mars Pathfinder.

La nave espacial Mars Pathfinder de la NASA , con la ayuda del orbitador Mars Global Surveyor , aterrizó el 4 de julio de 1997. Su lugar de aterrizaje fue una antigua llanura aluvial en el hemisferio norte de Marte llamada Ares Vallis , que se encuentra entre las partes más rocosas de Marte. Transportaba un pequeño rover teledirigido llamado Sojourner , el primer rover marciano exitoso , que recorrió unos pocos metros alrededor del lugar de aterrizaje, explorando las condiciones y tomando muestras de las rocas circundantes [ 22 ] . Periódicos de todo el mundo publicaron imágenes del módulo de aterrizaje enviando el rover a explorar la superficie de Marte de una manera nunca antes vista.

Hasta la transmisión final de datos el 27 de septiembre de 1997, Mars Pathfinder envió 16.500 imágenes del módulo de aterrizaje y 550 imágenes del rover, así como más de 15 análisis químicos de rocas y suelo y datos extensos sobre vientos y otros factores meteorológicos [ 23 ] . Los hallazgos de las investigaciones realizadas por instrumentos científicos tanto en el módulo de aterrizaje como en el rover sugieren que en el pasado Marte fue cálido y húmedo, con agua líquida y una atmósfera más densa. El sitio web de la misión fue el más visitado hasta ese momento [ 23 ] .

Oleada de fallos

Dibujo conceptual del módulo de aterrizaje polar de Marte en la superficie de Marte.

Mars 96 , un orbitador lanzado el 16 de noviembre de 1996 por Rusia, falló cuando no se produjo el segundo encendido previsto de la cuarta etapa Block D-2 [ 24 ] . Tras el éxito de Global Surveyor y Pathfinder, se produjo otra serie de fallos en 1998 y 1999, con elorbitador japonés Nozomi y los penetradores Mars Climate Orbiter , Mars Polar Lander y Deep Space 2 de la NASA sufriendo diversos errores terminales. Mars Climate Orbiter es tristemente célebre porque los ingenieros de Lockheed Martin confundieron el uso de unidades estadounidenses con unidades métricas , lo que provocó que el orbitador se quemara al entrar en la atmósfera de Marte [ 25 ] . De las 5-6 misiones de la NASA en la década de 1990, solo 2 funcionaron: Mars Pathfinder y Mars Global Surveyor, lo que convierte a Mars Pathfinder y su rover en el único aterrizaje exitoso en Marte en la década de 1990.

Mars Express y Beagle 2

El 2 de junio de 2003, la misión Mars Express de la Agencia Espacial Europea despegó del Cosmódromo de Baikonur rumbo a Marte. La nave Mars Express estaba compuesta por el orbitador Mars Express y el módulo de aterrizaje Beagle 2. Si bien la sonda de aterrizaje no estaba diseñada para moverse, transportaba un dispositivo de excavación y el espectrómetro menos masivo creado hasta la fecha, así como una variedad de otros dispositivos, en un brazo robótico para analizar con precisión el suelo bajo la superficie polvorienta.

El orbitador entró en órbita marciana el 25 de diciembre de 2003, y Beagle 2 debería haber entrado en la atmósfera de Marte ese mismo día. Sin embargo, los intentos de contactar con el módulo de aterrizaje fracasaron. Los intentos de comunicación continuaron durante todo enero, pero Beagle 2 fue declarado perdido a mediados de febrero, y el Reino Unido y la ESA iniciaron una investigación conjunta que culpó a la deficiente gestión del proyecto por parte del investigador principal, Colin Pillinger . No obstante, el orbitador Mars Express confirmó la presencia de hielo de agua y hielo de dióxido de carbono en el polo sur del planeta. La NASA ya había confirmado su presencia en el polo norte de Marte.

En 2013, la cámara HiRISE del Orbitador de Reconocimiento de Marte de la NASA detectó indicios del módulo de aterrizaje Beagle 2 , y su presencia se confirmó en enero de 2015, varios meses después del fallecimiento de Pillinger. El módulo de aterrizaje parece haber aterrizado con éxito, pero no desplegó todos sus paneles de energía y comunicaciones.

Rovers de exploración de Marte

Poco después del lanzamiento de Mars Express, la NASA envió un par de rovers gemelos hacia el planeta como parte de la misión Mars Exploration Rover . El 10 de junio de 2003, se lanzó el rover MER-A (Spirit) de la NASA . Aterrizó con éxito en el cráter Gusev (que se cree que alguna vez fue un lago de cráter) el 3 de enero de 2004. Examinó rocas y suelo en busca de evidencia de la presencia de agua en el pasado en la zona. El 7 de julio de 2003, se lanzó un segundo rover, el MER-B (Opportunity) . Aterrizó el 24 de enero de 2004 en Meridiani Planum (donde hay grandes depósitos de hematita , lo que indica la presencia de agua en el pasado) para llevar a cabo un trabajo geológico similar.

A pesar de una pérdida temporal de comunicación con el rover Spirit (causada por una anomalía en el sistema de archivos [ 26 ] ) que retrasó la exploración durante varios días, ambos rovers finalmente comenzaron a explorar sus lugares de aterrizaje. El rover Opportunity aterrizó en un lugar particularmente interesante: un cráter con afloramientos rocosos. En rápida sucesión, los miembros del equipo de la misión anunciaron el 2 de marzo que los datos enviados por el rover mostraban que estas rocas estuvieron alguna vez "empapadas de agua", y el 23 de marzo que se concluyó que se depositaron bajo el agua en un mar salado. Esto representó la primera evidencia directa y sólida de agua líquida en Marte en algún momento del pasado.

A finales de julio de 2005, el Sunday Times informó que los rovers podrían haber transportado la bacteria Bacillus safensis a Marte. Según un microbiólogo de la NASA, esta bacteria podría sobrevivir tanto al viaje como a las condiciones marcianas. A pesar de los esfuerzos por esterilizar ambos módulos de aterrizaje, no se pudo garantizar su completa esterilidad. [ 27 ]

Aunque fueron diseñados para misiones de solo tres meses, ambos rovers duraron mucho más de lo previsto. Spirit perdió contacto con la Tierra en marzo de 2010, 74 meses después de comenzar la exploración. Opportunity , sin embargo, continuó realizando estudios del planeta, superando los 45 km (28 millas) en su odómetro cuando se perdió la comunicación con él en junio de 2018, 173 meses después de su inicio. [ 28 ] [ 29 ] Estos rovers han descubierto muchas cosas nuevas, incluyendo Heat Shield Rock , el primer meteorito descubierto en otro planeta.  

Aquí se muestran algunos restos de un aterrizaje en Marte, vistos desde la perspectiva de un rover. La imagen muestra el área alrededor de un escudo térmico y el cráter resultante del impacto. El escudo térmico se desprendió durante el descenso, impactando la superficie en su propia trayectoria, mientras la nave espacial continuaba su camino para aterrizar el rover.

Fénix

Una cámara a bordo del orbitador de Marte captó la imagen de Phoenix suspendida de su paracaídas durante su descenso a través de la atmósfera marciana .

La sonda Phoenix fue lanzada el 4 de agosto de 2007 y aterrizó en la región polar norte de Marte el 25 de mayo de 2008. Es famosa por haber sido fotografiada con éxito durante el aterrizaje, ya que fue la primera vez que una nave espacial capturó el aterrizaje de otra nave espacial en un planeta. [ 30 ]

Laboratorio Científico de Marte

El Laboratorio Científico de Marte (y el rover Curiosity ) descendiendo sobre Marte.

El Mars Science Laboratory (MSL) (y el rover Curiosity ), lanzado en noviembre de 2011, aterrizó en un lugar que ahora se llama " Bradbury Landing ", en Aeolis Palus , entre Peace Vallis y Aeolis Mons ("Mount Sharp") , en el cráter Gale en Marte el 6 de agosto de 2012, 05:17 UTC. [ 31 ] [ 32 ] El sitio de aterrizaje estaba en el Cuadrante 51 ("Yellowknife") [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] de Aeolis Palus cerca de la base de Aeolis Mons . El sitio de aterrizaje [ 37 ] estaba a menos de 2,4 km (1,5 mi) del centro del sitio objetivo planeado del rover después de un viaje de 563.000.000 km (350.000.000 mi) . [ 38 ] La NASA nombró el lugar de aterrizaje " Bradbury Landing ", en honor al autor Ray Bradbury , el 22 de agosto de 2012. [ 37 ]    

ExoMars Schiaparelli

Modelo del módulo de aterrizaje Schiaparelli en ESOC

El módulo de aterrizaje Schiaparelli tenía como objetivo probar tecnología para futuros aterrizajes suaves en la superficie de Marte como parte del proyecto ExoMars . Fue construido en Italia por la Agencia Espacial Europea (ESA) y Roscosmos . Fue lanzado junto con el Orbitador de Gases Traza ExoMars (TGO) el 14 de marzo de 2016 e intentó aterrizar el 19 de octubre de 2016. Se perdió la telemetría aproximadamente un minuto antes de la hora de aterrizaje prevista, [ 39 ] pero se confirmó que la mayoría de los elementos del plan de aterrizaje, incluyendo el funcionamiento del escudo térmico, el despliegue del paracaídas y la activación del cohete, se habían realizado con éxito. [ 40 ] Posteriormente, el Orbitador de Reconocimiento de Marte capturó imágenes que muestran lo que parece ser el lugar del impacto de Schiaparelli. [ 41 ]

Conocimiento

Arte de aterrizaje de Phoenix , similar a Insight

El módulo de aterrizaje InSight de la NASA , diseñado para estudiar la sismología y el flujo de calor del interior profundo de Marte, fue lanzado el 5 de mayo de 2018. Aterrizó con éxito en Elysium Planitia de Marte el 26 de noviembre de 2018. [ 42 ]

Marte 2020 y Tianwen-1

Las misiones Mars 2020 de la NASA y Tianwen-1 de la CNSA fueron lanzadas en julio de 2020. El rover Perseverance de Mars 2020 aterrizó con éxito en un lugar ahora llamado " Aterrizaje Octavia E. Butler ", en el cráter Jezero , el 18 de febrero de 2021. [ 43 ] El helicóptero Ingenuity fue desplegado y realizó vuelos posteriores en abril. [ 44 ] El módulo de aterrizaje y el rover Zhurong de Tianwen -1 aterrizaron en Utopia Planitia el 14 de mayo de 2021. El rover fue desplegado el 22 de mayo de 2021 y lanzó una cámara selfie remota el 1 de junio de 2021. [ 45 ]

Misiones futuras

La misión Rosalind Franklin de la ESA está prevista para su lanzamiento a finales de la década de 2020 y obtendría muestras de suelo a una profundidad de hasta 2 metros (6 pies 7 pulgadas) , realizando una búsqueda exhaustiva de biofirmas y biomoléculas . También existe una propuesta para una misión conjunta de la ESA y la NASA para el retorno de muestras de Marte , cuyo lanzamiento se produciría en 2024 o posteriormente. Esta misión formaría parte del Programa Aurora europeo .  

La Organización India de Investigación Espacial (ISRO) ha propuesto incluir el aterrizaje de un rover y un Marsplane en su Misión de Aterrizaje en Marte alrededor de 2030 cerca de la cuenca de Eridania . [ 46 ]

Identificación del lugar de aterrizaje

A medida que un módulo de aterrizaje en Marte se acerca a la superficie, identificar un lugar de aterrizaje seguro es una preocupación. [ 47 ]

Las imágenes insertadas muestran cómo el sistema de imágenes de descenso del módulo de aterrizaje identifica los peligros (NASA, 1990).
Lugares de aterrizaje en Marte (16 de diciembre de 2020)

Lugares idénticos a los sitios de aterrizaje en Marte en la Tierra.

En el período previo al aterrizaje de la NASA en Marte en 2020, el ex científico planetario y cineasta Christopher Riley mapeó las ubicaciones de los ocho sitios de aterrizaje exitosos de la NASA en Marte sobre sus lugares equivalentes en la Tierra, en términos de latitudes y longitudes; presentando pares de fotografías de cada ubicación interplanetaria gemela en la Tierra y Marte para llamar la atención sobre el cambio climático. [ 48 ] Después del exitoso aterrizaje del rover Perseverance de la NASA el 18 de febrero de 2021, Riley pidió voluntarios para viajar y fotografiar su ubicación gemela en la Tierra en Andegaon Wadi, Sawali, en el estado central indio de Maharashtra (18.445°N, 77.451°E). [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] Finalmente, Gowri Abhiram, oyente del programa de radio Digital Planet de BBC World Service , originario de Hyderabad , aceptó el desafío y viajó allí el 22 de enero de 2022, convirtiéndose en la primera persona en llegar a sabiendas a un punto en la Tierra que coincide con la latitud y longitud de una presencia robótica en la superficie de otro mundo. [ 52 ] El sitio de aterrizaje de Tianwen-1 de China se ubica en un área del sur de China, a 40 kilómetros al suroeste de Guilin , y aún no ha sido fotografiado para el proyecto. [ 50 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ El último módulo de aterrizaje Viking volvió a las comunicaciones directas con la Tierra después de que ambos orbitadores dejaran de funcionar.

Referencias

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  • Tabla de distancias entre distintos puntos de aterrizaje y puntos de referencia.