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Decepción con ExoMars: ¿por qué diablos es tan difícil aterrizar en Marte?

Una atmósfera delgada, condiciones climatológicas adversas y otros factores juegan en contra de las naves que llegan desde la Tierra. Hasta la fecha, sólo ocho han aterrizado

Foto: Boceto que simula el aterrizaje de una Red Dragon, de SpaceX, en Marte.
Boceto que simula el aterrizaje de una Red Dragon, de SpaceX, en Marte.

"Marte es un lugar complicado para aterrizar: una atmósfera poco densa, una gravedad de mierda, un cielo con nubes negras y demonios ancestrales, un poco de fresquete...". En medio de la incertidumbre sobre el aterrizaje del módulo Schiaparelli sobre la superficie de Marte, una cuenta de Twitter paródica del robot Curiosity ponía una nota de humor. Hoy, a primera hora, la ESA ha dado más detalles acerca del destino de la nave. Y no pinta nada bien.

Broma o no (de lo de los demonios ancestrales no hay pruebas), la tarde que pasaron ayer los ingenieros de la Agencia Espacial Europea y los aficionados a las misiones espaciales de todo el mundo demuestra que, efectivamente, Marte no es un lugar fácil donde aterrizar. Esta era la primera vez que una misión europea lo conseguía, y solo unas pocas de otros países lo han conseguido antes: la misión que puso a Curiosity sobre la superficie marciana era la número 18 desde los años 70, y de ellas solo 8, contando con ella, aterrizaron con éxito.

Llegar hasta el planeta rojo es difícil: hay que recorrer unos 483 millones de kilómetros y caer en un momento muy concreto. Dependiendo de la misión, la trayectoria del vuelo se puede ajustar sobre la marcha, o tiene que salir ajustada desde la Tierra. En cualquiera de los dos casos, un pequeño error de cálculo puede significar aterrizar en un punto distinto del planeta, cuya geografía sea diferente de la prevista, o incluso que la nave pase de largo y ni siquiera roce su atmósfera.

Maqueta, a tamaño real, del módulo de aterizaje Schiaparelli. (Reuters)
Maqueta, a tamaño real, del módulo de aterizaje Schiaparelli. (Reuters)

¿Qué es lo que hace a Marte un lugar tan inhóspito y difícil de alcanzar, a pesar de que llevamos 40 años tratando de aterrizar allí?

Para empezar, es un lugar de clima duro para nosotros y por tanto nuestros equipos y materiales. Hace un frío que pela: aunque alcanza máximas de unos agradables 20 grados, esto no es lo normal. La temperatura media es de 46 grados bajo cero, con mínimas de 86 grados negativos en algunos puntos y momentos. Además, su superficie es recorrida por fuertes vientos, que provocan violentas tormentas de arena periódicamente. 

Que Marte tenga una atmósfera más delgada que la terrestre también supone un problema a la hora de afrontar un descenso a la superficie. Son habituales las imágenes de naves que regresan a la Tierra y lo hacen gracias a una mezcla de un escudo térmico, que protege de las elevadas temperaturas que se producen en la reentrada, unido a un conjunto de paracaídas que son capaces de frenar hasta una velocidad aceptable.

La sonda Viking fue la primera que Estados Unidos posó en Marte. (NASA)
La sonda Viking fue la primera que Estados Unidos posó en Marte. (NASA)

En otros cuerpos sin atmósfera pero con una gravedad muy baja, como podría ser la Luna, no es necesaria tanta parafernalia. Basta con armar la nave con un motor y el combustible suficiente para frenar y acometer la maniobra de descenso. Las misiones Apolo fueron el mejor ejemplo de esta técnica.

Pero Marte tiene una mayor gravedad que nuestro satélite (3,71 m/s² por 1,62m/s²), lo que complica esa maniobra y ha empujado a las agencias espaciales de nuestro planeta a optar por una estrategia que, en su última etapa, implica el encendido de motores para frenar todo aquello que no se ha podido conseguir al atravesar la atmósfera.

Los airbags de Pathfinder, Opportunity y Spirit

Por el camino, explicaba aquí el ingeniero de la NASA Firouz Naderi, las sondas se enfrentan a distintos tipos de fenómenos que suponen un riesgo para su integridad y sus equipos, desde una partícula con altos niveles de energía que puede atravesar un chip de la nave y estropear parte de sus datos, hasta llamaradas solares masivas, que pueden fundir toda su electrónica.

Una vez allí, la aventura no ha terminado. "Un colega describe la entrada, el descenso y el aterrizaje en Marte como 'seis minutos de terror'", bromeaba Naderi. Cada misión ha afrontado el momento utilizando distintos procesos y tecnologías. Spirit y Opportunity, los dos robots de la NASA anteriores a Curiosity, utilizaron un método que ya había dado buenos resultados en el pasado: se envolvieron en 'airbags' similares a los que Pathfinder utilizó para posarse en Marte en 1997.

La NASA prueba los 'airbags' de la Pathfinder en 1995. (NASA)
La NASA prueba los 'airbags' de la Pathfinder en 1995. (NASA)

Entraron en la atmósfera a unos 19.300 kilómetros por hora. Durante los primeros cuatro minutos de descenso, la fricción con la atmósfera sirvió para reducir su velocidad notablemente, hasta los 1.600 km/h. Pero seguía siendo demasiado para un aterrizaje seguro. Entonces se abrió un paracaídas, y la velocidad se redujo a 321 km/h. Considerablemente más lento, pero aún no lo suficiente, y el tiempo y el espacio se terminaban: quedaban 6 segundos y 91 metros para estamparse contra el suelo. 

Entonces se encendieron los cohetes retropopulsores para frenar completamente la nave. En ese momento, una serie de airbags acolchó las naves, que cayeron contra el suelo a una velocidad de 48 kilómetros por hora, rebotaron a una altura equivalente a un edificio de cuatro plantas, y volvieron a caer contra el suelo varias veces. 

El 'Sky Crane' de Curiosity

Cuando el 5 de agosto de 2012 Curiosity llegó a Marte, lo hizo con una compleja maniobra técnica que no se había realizado nunca antes. Su tamaño era mayor que el de sus predecesores y sus equipos científicos más delicados y por ello hizo falta desarrollar un nuevo sistema, llamado 'Sky Crane' (grúa del cielo). 

La cápsula que contenía al 'rover' entró en la atmósfera marciana a una velocidad similar a la de las anteriores, y también se utilizó un paracaídas para reducir su velocidad. El escudo térmico se separó de la cápsula, y una serie de motores terminaron de reducir su velocidad hasta eliminar incluso los efectos de un posible viento marciano. 

Curiosity, el primer robot de la NASA capaz de hacerse 'selfies'. (NASA)
Curiosity, el primer robot de la NASA capaz de hacerse 'selfies'. (NASA)

Entonces empezó la maniobra diferencial: Curiosity fue 'descolgado' con una serie de cables que lo bajaron hasta la superficie, hasta depositarlo sobre ello sobre sus ruedas. Cuando el ordenador de a bordo dio la señal de que estaba en tierra y listo para moverse, los cables se soltaron y Curiosity quedó 'liberado'. El dispositivo de descenso inició entonces su retirada, alejándose del robot para estrellarse contra el suelo marciano allí donde no fuese a causarle daños. 

Schiaparelli ha empleado una técnica similar con algunos matices. La sonda llevaba los motores integrados y, en lugar de posarse suavemente, debía descender hasta una altura aproximada de 1,5 metros. A esa altura, y después de haber frenado lo suficiente, los motores se debían apagar para aterrizar de la mejor manera posible.

Pero lo que ha trascendido hasta el momento difiere de la hoja de ruta prevista por la Agencia Espacial Europea. Según los primeros análisis de los datos recibidos, Schiaparelli funcionó como la seda durante la apertura del paracaídas "hasta los últimos momentos" de dicha maniobra. En ese momento, los motores que debían guiar a la nave hasta la parte final del descenso no han funcionado como se esperaba. En lugar de ejecutar un encendido que debía durar unos treinta segundos, la nave sólo lo hizo "durante tres o cuatro segundos", según la agencia. Esa es la última información que se tiene sobre el módulo de descenso.

Retropopulsión supersónica

Aterrizar en Marte supone un reto para las agencias espaciales del planeta. Y ya se están estudiando nuevas formas de aterrizar de manera segura. La NASA parece haber descartado el uso de una nueva generación de paracaídas, más grandes que los que se utilizan hasta ahora, con los que pretendía aminorar la velocidad de las sondas hasta una velocidad aceptable.

La nueva táctica que se está estudiando implica a un nuevo actor: SpaceX. Se llama retropopulsión supersónica y hablamos de ella en Teknautas hace unos meses. A diferencia del 'sky crane', que puede valer para posar cargas relativamente pesadas, esta técnica permitiría enviar naves mucho más pesadas, como la Red Dragon que Elon Musk pretende poner en suelo marciano en 2018.

El conocimiento que SpaceX ha obtenido aterrizando el Falcon 9 se puede extrapolar a las futuras misiones marcianas. (SpaceX)
El conocimiento que SpaceX ha obtenido aterrizando el Falcon 9 se puede extrapolar a las futuras misiones marcianas. (SpaceX)

La maniobra consiste en el encendido de ocho motores en plena fase de descenso para que la nave frene de manera gradual. Una vez a pocos metros del suelo, el encendido de los propulsores a plena potencia permitirá que la Red Dragon toque tierra con facilidad. SpaceX sabe algo del tema: no en vano, es la primera compañía capaz de aterrizar la primera etapa de un cohete después de haber colocado una carga en órbita.

SpaceX va a colaborar con la NASA gracias al conocimiento que tiene en esta materia. La firma liderada por Elon Musk ha recopilado información valiosa sobre el comportamiento de un vehículo que enciende sus motores mientras desciende a una velocidad superior a la del sonido para frenar lo justo y colocarse en un punto muy concreto, ya sea en tierra o en mar.

Si algo queda claro después de décadas de misiones a Marte es que el planeta vecino no es, todavía, un lugar seguro para aterrizar. De su dificultad habla la exigua cifra de misiones que se han posado con éxito sobre Marte. Y todo apunta a que Schiaparelli no será capaz de ampliar esa lista.

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