Marte directo

Mars Direct es una propuesta para una misión humana a Marte que pretende ser rentable y posible con la tecnología actual. Originalmente se detalló en un artículo de investigación de los ingenieros de Martin Marietta, Robert Zubrin y David Baker, en 1990, y luego se amplió en el libro de Zubrin de 1996 The Case for Mars. Ahora sirve como un elemento básico de los compromisos de Zubrin como orador y defensa general como director de la Mars Society, una organización dedicada a la colonización de Marte.

Representación artística de la Unidad de Hábitat y del vehículo de retorno de la Tierra en Marte.

Historia

Iniciativa de exploración espacial

El 20 de julio de 1989, el presidente de EE. UU., George H. W. Bush, anunció planes para lo que se conoció como la Iniciativa de exploración espacial (SEI). En un discurso en las escaleras del Museo Nacional del Aire y el Espacio, describió planes a largo plazo que culminarían en una misión humana a la superficie de Marte.

Para diciembre de 1990, un estudio para estimar el costo del proyecto determinó que el gasto a largo plazo totalizaría aproximadamente 450 mil millones de dólares distribuidos en 20 a 30 años. El "estudio de 90 días" como llegó a ser conocido, provocó una reacción hostil del Congreso hacia SEI dado que habría requerido el gasto gubernamental más grande desde la Segunda Guerra Mundial. En un año, todas las solicitudes de financiación para SEI habían sido denegadas.

Dan Goldin se convirtió en administrador de la NASA el 1 de abril de 1992 y abandonó oficialmente los planes para la exploración humana a corto plazo más allá de la órbita terrestre con el cambio hacia un entorno "más rápido, mejor y más barato" estrategia para la exploración robótica.

Desarrollo

Mientras trabajaba en Martin Marietta diseñando arquitecturas de misiones interplanetarias, Robert Zubrin percibió una falla fundamental en el programa SEI. Zubrin llegó a comprender que si el plan de la NASA era utilizar todas las tecnologías posibles para apoyar el envío de la misión a Marte, se volvería políticamente insostenible. En sus propias palabras:

El opuesto exacto de la manera correcta de hacer ingeniería.

La alternativa de Zubrin a este 'Battlestar Galactica' La estrategia de la misión (llamada así por sus detractores por las grandes naves espaciales de propulsión nuclear que supuestamente se parecían a la nave espacial de ciencia ficción del mismo nombre) implicaba una estancia más larga en la superficie, una ruta de vuelo más rápida en forma de una misión de clase conjunta, in situ utilización de recursos y naves lanzadas directamente desde la superficie de la Tierra a Marte en lugar de ensamblarse en órbita o en un dique seco basado en el espacio. Después de recibir la aprobación de la gerencia de Marietta, un equipo de 12 personas dentro de la empresa comenzó a trabajar en los detalles de la misión. Si bien se centraron principalmente en arquitecturas de misión más tradicionales, Zubrin comenzó a colaborar con la estrategia extremadamente simple, simplificada y sólida de su colega David Baker. Su objetivo de "utilizar los recursos locales, viajar ligero y vivir de la tierra" se convirtió en el sello distintivo de Mars Direct.

Escenario de la misión

Primer lanzamiento

El primer vuelo del cohete Ares (que no debe confundirse con el cohete de nombre similar del ya desaparecido programa Constellation) llevaría un vehículo de retorno a la Tierra sin tripulación a Marte después de una fase de crucero de 6 meses., con suministro de hidrógeno, una planta química y un pequeño reactor nuclear. Una vez allí, se utilizaría una serie de reacciones químicas (la reacción de Sabatier junto con la electrólisis) para combinar una pequeña cantidad de hidrógeno (8 toneladas) transportado por el Vehículo de Retorno a la Tierra con el dióxido de carbono del Marciano. atmósfera para crear hasta 112 toneladas de metano y oxígeno. Este procedimiento de ingeniería química relativamente simple se usó regularmente en los siglos XIX y XX, y aseguraría que solo el 7% del propulsor de retorno necesitaría ser transportado a la superficie de Marte.

Se necesitarían 96 toneladas de metano y oxígeno para enviar el Vehículo de Retorno a la Tierra en una trayectoria de regreso a casa al finalizar la estadía en la superficie; el resto estaría disponible para los rovers de Marte. Se espera que el proceso de generación de combustible requiera aproximadamente diez meses para completarse.

Segundo lanzamiento

Alrededor de 26 meses después de que el Vehículo de Retorno a la Tierra se lanzara originalmente desde la Tierra, se lanzaría un segundo vehículo, la Unidad de Hábitat de Marte, con una duración mínima de 6 meses. -Trayectoria de transferencia de energía a Marte, y llevaría una tripulación de cuatro astronautas (el número mínimo necesario para que el equipo pueda dividirse en dos sin dejar a nadie solo). La Unidad de Hábitat no se lanzaría hasta que la fábrica automatizada a bordo del ERV hubiera señalado la producción exitosa de los productos químicos necesarios para operar en el planeta y el viaje de regreso a la Tierra. Durante el viaje, se generaría gravedad artificial atando la Unidad de Hábitat a la etapa superior agotada del propulsor y haciéndolos girar alrededor de un eje común. Esta rotación produciría un ambiente de trabajo cómodo de 1 g para los astronautas, liberándolos de los efectos debilitantes de la exposición prolongada a la ingravidez.

Operaciones de aterrizaje y superficie

Al llegar a Marte, la etapa superior sería desechada, con la Unidad de Hábitat frenando aerodinámicamente en la órbita de Marte antes de realizar un aterrizaje suave en las proximidades del Vehículo de Retorno a la Tierra. El aterrizaje preciso estaría respaldado por una baliza de radar iniciada por el primer módulo de aterrizaje. Una vez en Marte, la tripulación pasaría 18 meses en la superficie, llevando a cabo una variedad de investigaciones científicas, con la ayuda de un pequeño vehículo explorador llevado a bordo de su Unidad de Hábitat de Marte, y propulsado por el metano producido por el Vehículo de Retorno a la Tierra.

Misiones de retorno y seguimiento

Para regresar, la tripulación usaría el Vehículo de Retorno a la Tierra, dejando la Unidad de Hábitat de Marte para el posible uso de exploradores posteriores. En el viaje de regreso a la Tierra, la etapa de propulsión del Vehículo de Retorno a la Tierra se usaría como contrapeso para generar gravedad artificial para el viaje de regreso.

Se enviarían misiones de seguimiento a Marte en intervalos de 2 años para garantizar que un ERV redundante estuviera en la superficie en todo momento, esperando ser utilizado por la próxima misión tripulada o por la tripulación actual en caso de emergencia. En tal escenario de emergencia, la tripulación caminaría cientos de kilómetros hasta el otro ERV en su vehículo de largo alcance.

Componentes

La propuesta de Mars Direct incluye un componente para un vehículo de lanzamiento 'Ares', un vehículo de retorno a la Tierra (ERV) y una unidad de hábitat de Marte (MHU).

Vehículo de lanzamiento

El plan incluye varios lanzamientos que utilizan propulsores de carga pesada de tamaño similar al Saturno V utilizado para las misiones Apolo, que potencialmente se derivarían de los componentes del transbordador espacial. Este cohete propuesto se denomina 'Ares', y utilizaría propulsores de cohetes sólidos avanzados del transbordador espacial, un tanque externo del transbordador modificado y una nueva tercera etapa Lox/LH2 para la inyección transmarciana de la carga útil. Ares pondría 121 toneladas en una órbita circular de 300 km e impulsaría 47 toneladas hacia Marte.

Vehículo de Retorno a Tierra

El Earth Return Vehicle es un vehículo de dos etapas. La etapa superior comprende el alojamiento para la tripulación durante su viaje de seis meses de regreso a la Tierra desde Marte. La etapa inferior contiene los motores de cohetes del vehículo y una pequeña planta de producción química.

Unidad de Hábitat de Marte

La unidad Mars Habitat es un vehículo de 2 o 3 pisos que proporciona un entorno integral de vida y trabajo para la tripulación de Mars. Además de los dormitorios individuales que brindan un grado de privacidad para cada miembro de la tripulación y un lugar para los efectos personales, la Unidad de Hábitat de Marte incluye una sala de estar común, una pequeña cocina, un área de ejercicio e instalaciones de higiene con purificación de agua de ciclo cerrado.. La cubierta inferior de la Unidad de Hábitat de Marte proporciona el espacio de trabajo principal para la tripulación: pequeñas áreas de laboratorio para llevar a cabo investigaciones en geología y ciencias de la vida; espacio de almacenamiento para muestras, esclusas de aire para llegar a la superficie de Marte y un área de vestimenta donde los miembros de la tripulación se preparan para las operaciones en la superficie. La protección contra la radiación dañina en el espacio y en la superficie de Marte (por ejemplo, de las erupciones solares) sería proporcionada por un "refugio para tormentas" en el núcleo del vehículo.

La Unidad de Hábitat de Marte también incluiría un pequeño rover presurizado que se almacena en el área de la cubierta inferior y se ensambla en la superficie de Marte. Propulsado por un motor de metano, está diseñado para ampliar el rango en el que los astronautas pueden explorar la superficie de Marte hasta 320 km.

Desde que se propuso por primera vez como parte de Mars Direct, la unidad de hábitat de Marte ha sido adoptada por la NASA como parte de su misión de referencia de diseño de Marte, que utiliza dos unidades de hábitat de Marte, una de las cuales vuela a Marte sin tripulación, proporcionando una instalación de laboratorio dedicada en Marte, junto con la capacidad de transportar un vehículo rover más grande. La segunda Unidad de Hábitat de Marte vuela a Marte con la tripulación, su interior dedicado por completo a espacio habitable y de almacenamiento.

Para probar la viabilidad de la Unidad de Hábitat de Marte, Mars Society ha implementado el Programa de Estación de Investigación Análoga de Marte (MARS), que ha establecido una serie de Unidades de Hábitat de Marte prototipo en todo el mundo.

Recepción

Baker presentó Mars Direct en el Marshall Spaceflight Center en abril de 1990, donde la recepción fue muy positiva. Los ingenieros volaron por todo el país para presentar su plan, lo que generó un gran interés. Cuando su gira culminó con una demostración en la Sociedad Nacional del Espacio, recibieron una ovación de pie. El plan ganó rápidamente la atención de los medios poco después.

La resistencia al plan provino de equipos dentro de la NASA que trabajan en la Estación Espacial y conceptos avanzados de propulsión. La administración de la NASA rechazó Mars Direct. Zubrin siguió comprometido con la estrategia y, después de separarse de David Baker, intentó convencer a la nueva administración de la NASA de los méritos de Mars Direct en 1992.

Después de recibir un pequeño fondo de investigación en Martin Marietta, Zubrin y sus colegas demostraron con éxito un generador de propelente in situ que logró una eficiencia del 94 %. Ningún ingeniero químico participó en el desarrollo del hardware de demostración. Después de mostrar los resultados positivos al Centro Espacial Johnson, la administración de la NASA todavía tenía varias reservas sobre el plan.

En noviembre de 2003, Zubrin fue invitado a hablar ante el comité del Senado de los Estados Unidos sobre el futuro de la exploración espacial. Dos meses después, la administración Bush anunció la creación del programa Constellation, una iniciativa de vuelos espaciales tripulados con el objetivo de enviar humanos a la Luna para 2020. Si bien no se detalló específicamente una misión a Marte, un plan para llegar a Marte basado en la utilización de la nave espacial Orion fue desarrollado tentativamente para su implementación en la década de 2030. En 2009, la administración Obama inició una revisión del programa Constellation y, después de preocupaciones presupuestarias, el programa se canceló en 2010.

Existe una variedad de problemas psicológicos y sociológicos que podrían afectar las misiones espaciales expedicionarias de larga duración. Algunos esperan que las primeras misiones de vuelos espaciales tripulados a Marte tengan que superar importantes problemas psicosociales, además de proporcionar datos considerables para refinar el diseño de la misión, la planificación de la misión y la selección de la tripulación para futuras misiones.

Revisiones

Desde que Mars Direct se concibió inicialmente, el propio Zubrin, la Mars Society, la NASA, la Universidad de Stanford y otros lo han revisado y desarrollado periódicamente.

Marte semi-directa

Interpretación del artista de Marte Semi-Direct/DRA 1.0: El Hábitat Manificado La unidad está "docked" junto con un hábitat pre colocado que fue enviado por delante del vehículo de retorno de la Tierra.

Zubrin y Weaver desarrollaron una versión modificada de Mars Direct, llamada Mars Semi-Direct, en respuesta a algunas críticas específicas. Esta misión consta de tres naves espaciales e incluye un "Mars Ascent Vehicle" (MAV). El ERV permanece en la órbita de Marte para el viaje de regreso, mientras que el MAV sin tripulación aterriza y fabrica propulsores para el ascenso de regreso a la órbita de Marte. La arquitectura semidirecta de Marte se ha utilizado como base de una serie de estudios, incluidas las misiones de referencia de diseño de la NASA.

Cuando se sometió al mismo análisis de costos que el informe de 90 días, se predijo que Mars Semi-Direct costaría 55 mil millones de dólares durante 10 años, capaz de encajar en el presupuesto actual de la NASA.

Mars Semi-Direct se convirtió en la base de Design Reference Mission 1.0 de la NASA, reemplazando a la Iniciativa de exploración espacial.

Misión de referencia de diseño

El modelo de la NASA, conocido como Design Reference Mission, en la versión 5.0 del 1 de septiembre de 2012, exige una actualización significativa en el hardware (al menos tres lanzamientos por misión, en lugar de dos) y envía el ERV a Marte se llenó completamente de combustible, estacionándolo en órbita sobre el planeta para su posterior encuentro con el MAV.

Mars Direct y SpaceX

Con el advenimiento potencialmente inminente de la capacidad de carga pesada de bajo costo, Zubrin ha postulado una misión humana a Marte de costo dramáticamente más bajo utilizando hardware desarrollado por la compañía de transporte espacial SpaceX. En este plan más simple, una tripulación de dos personas sería enviada a Marte por un solo lanzamiento de Falcon Heavy, la nave espacial Dragon actuando como su hábitat de crucero interplanetario. El espacio habitable adicional para el viaje se habilitaría mediante el uso de módulos adicionales inflables si fuera necesario. Los problemas asociados con la ingravidez a largo plazo se abordarían de la misma manera que el plan Mars Direct de referencia, una atadura entre el hábitat del Dragón y la etapa TMI (Trans-Mars Injection) que actúa para permitir la rotación de la nave.

Las características del escudo térmico del Dragón podrían permitir un descenso seguro si se dispusiera de cohetes de aterrizaje de potencia suficiente. La investigación en el Centro de Investigación Ames de la NASA ha demostrado que un dragón robótico sería capaz de realizar un aterrizaje totalmente propulsor en la superficie marciana. En la superficie, la tripulación tendría a su disposición dos naves Dragon con módulos inflables como hábitats, dos ERV, dos vehículos de ascenso a Marte y 8 toneladas de carga.

Otros estudios

Los estudios Mars Society y Stanford conservan el perfil de misión original de dos vehículos de Mars Direct, pero aumentan el tamaño de la tripulación a seis.

Mars Society Australia desarrolló su propia misión de referencia Mars Oz de cuatro personas, basada en Mars Semi-Direct. Este estudio utiliza módulos de forma bicónica doblados y de aterrizaje horizontal, y se basa en energía solar y propulsión química en todas partes, donde Mars Direct y los DRM utilizaron reactores nucleares para energía de superficie y, en el caso de los DRM, también para propulsión. La misión de referencia de Mars Oz también difiere al asumir, según la experiencia de la estación espacial, que no se requerirá la gravedad de giro.

Estaciones de investigación analógicas de Marte

La Mars Society ha argumentado la viabilidad del concepto de la Unidad de Hábitat de Marte a través de su programa Mars Analogue Research Station. Se trata de cilindros verticales de dos o tres cubiertas de unos 8 m de diámetro y 8 m de altura. Mars Society Australia planea construir su propia estación basada en el diseño de Mars Oz. El diseño de Mars Oz presenta un cilindro horizontal de 4,7 m de diámetro y 18 m de largo, con una punta cónica. Un segundo módulo similar funcionará como garaje y módulo de energía y logística.

Mars Direct apareció en un programa de Discovery Channel Mars: The Next Frontier en el que se discutieron temas relacionados con la financiación del proyecto por parte de la NASA, y en Mars Underground, donde el plan se discute más en profundidad.

Alternativas

"Marte para quedarse" Las propuestas implican no devolver a los primeros inmigrantes/exploradores de inmediato, o nunca. Se ha sugerido que el costo de enviar un equipo de cuatro o seis personas podría ser de un quinto a un décimo del costo de regresar ese mismo equipo de cuatro o seis personas. Dependiendo del enfoque preciso que se adopte, se podría enviar y aterrizar un laboratorio bastante completo por menos del costo de enviar de regreso incluso 50 kilos de rocas marcianas. Veinte o más personas podrían ser enviadas por el costo de devolver cuatro.

En la ficción

• Mars Direct es el modo de misión utilizado en la novela de Gregory Benford La raza marcianaLa novela de Geoffrey A. Landis Marte Crossing, la novela de Larry Niven Rainbow Mars, la novela de Robert M. Blevins El día 13 de Navidad, así como la propia novela de Zubrin, Primer aterrizaje.
• Mars Direct es la base de la película 2000 Mission to Mars.
• En el Futurama episodio "The Luck of the Fryrish", un corto clip muestra al primer hombre en Marte con una nave espacial que se asemeja a la Unidad de Hábitat Marte.
• En el West Wing episodio "The Warfare of Genghis Khan", un empleado de la NASA describe Marte Direct al escéptico Jefe Adjunto de Estado Mayor de la Casa Blanca Josh Lyman y es capaz de convencerlo de su mérito.
• Tanto Marte Direct como Marte para Menos conceptos figura prominente en la novela de Brian Enke de 2005, Sombras de Medusa.