domingo, 18 de agosto del 2019 Fecha
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Viajar a las estrellas (I)

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Viajar al Espacio    ~    Comentarios Comments (0)

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C5_3 - Kepler-452 b

Kepler-452b, destino Imserso para 2100

Acaba de salir publicado mi libro Exoplanetas para la colección Un paseo por el Cosmos de RBA. Uno de los capítulos que escribí para el primer borrador acabó descolgándose del texto final. No quiero que se pierda como lágrimas en la lluvia, así que os lo incluyo a continuación en los siguientes dos artículos (este es el primero). Tomadlos como un anexo a la Versión del Director. Que lo disfrutéis.

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El profe de Física

El profe de Física

El blog de Arturo Quirantes

VIAJAR A LAS ESTRELLAS – Parte 1

Los exoplanetas se encuentran a grandes distancias, mucho más lejos de lo que un ser humano podría viajar. Aun así, los humanos no se resignarán a permanecer confinados en su propio sistema planetario. Las propias leyes de la Física imponen límites a la posibilidad de viajar a otras estrellas, pero hay otras opciones.

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Descubrir la existencia y propiedades de mundos extrasolares tiene una gran interés para los científicos. pero su importancia se extiende mucho más allá. Las sociedades humanas, con apenas excepciones, han atendido siempre la llamada a expandirse por todo tipo de territorios en busca de espacio vital. Parece que se trata de algo consustancial al ser humano. Buscamos tierras de cultivo, recursos minerales, puertos naturales, territorios para colonizar, enclaves militares estratégicos. En el proceso algunas naciones prosperan más que otras, pero el resultado general es una expansión de la raza humana.

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Hemos colonizado todos los continentes, hemos establecido colonias en la Antártida y en órbita terrestre baja. La siguiente frontera es el espacio. En las últimas décadas hemos desplegado un buen número de sondas interplanetarias, paso previo antes de la exploración tripulada. Ya hay planes para colonizar mundos en nuestro propio sistema solar y para explotar los recursos minerales de asteroides y cometas cercanos. Más cerca de casa, la Luna nos brinda una estación espacial natural en la que podemos extraer recursos como helio-3 y donde podemos establecer bases de exploración.

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Tarde o temprano el hombre saldrá de su pequeña isla planetaria y colonizará el archipiélago que forma el Sistema Solar. Después de eso se plantearán dos alternativas: o bien la humanidad se contenta con ocupar su propio sistema planetario y nada más, o bien dará el gran salto a la búsqueda de nuevos mundos en otras estrellas. La primera alternativa es poco probable, dado el impuso natural que tenemos por seguir ampliando horizontes. En cuanto a la segunda, plantea problemas de enorme dificultad.

Resulta difícil comprender la enormidad del espacio entre las estrellas. En tiempos de Felipe II la mayoría de las personas tenían su movilidad limitada a pocos kilómetros por los medios de transporte de la época. El galeón de Filipinas unía dicho archipiélago con la Península una vez al año, recorriendo una distancia mil veces superior a la que una persona podía recorrer a pie o a caballo en un solo día. En la actualidad, la sonda New Horizons se dirige al exterior de nuestro Sistema Solar tras estudiar Plutón, un cuerpo situado a 6.000 millones de kilómetros de la Tierra que tardó nueve años en alcanzar. Es una de las sondas más rápidas jamás lanzadas por el hombre, pero a pesar de eso tardaría unos 300.000 años en llegar a la estrella más cercana a la nuestra. Las distancias interplanetarias se miden en millones de kilómetros, las interestelares se miden en millones de millones.

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                Finalmente nadie podrá evitar el intento de colonizar otros mundos

Podemos diseñar naves más avanzadas y veloces. La duración de un viaje desde Filipinas hasta España se ha reducido del año que requería en el siglo XVII a apenas un día en la actualidad, y si hubiese incentivos económicos podría hacerse incluso en menos tiempo. El problema es que los viajes espaciales se parecen muy poco a los vuelos de avión. Una nave espacial es como una bola de billar, lanzada con gran precisión para llegar a su objetivo. Los ingenieros espaciales utilizan los planetas como ayuda gravitacional para poder desviar la sonda a donde interese y en el proceso la velocidad puede aumentar, pero ese efecto tiene sus límites.

Intentemos dotar a nuestra nave espacial de un poderoso motor y una gran cantidad de combustible. ¿Viajará así más rápido? La respuesta es sí, pero por desgracia la Física actúa en contra de los viajeros. La única forma que tenemos de propulsarnos está basada en la Tercera Ley de Newton: si queremos avanzar tenemos que dejar algo atrás. Para que una nave espacial avance tiene que llevar algo que pueda arrojar hacia atrás, como los gases de combustión del cohete. Ahora bien, si queremos viajar más rápido la cantidad de combustible necesario aumenta de forma exponencial: duplicar la velocidad requiere mucho más del doble de combustible.

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Para aumentar la velocidad de una nave espacial, una de las cosas que pueden hacerse es elevar la velocidad de salida de los gases de combustión. Eso puede lograrse sustituyendo el motor clásico, en el que sustancias químicas reaccionan y salen del cohete a gran velocidad, por un motor iónico donde las partículas cargadas eléctricamente son aceleradas por un campo eléctrico. La velocidad de las partículas expulsadas por el cohete es mucho mayor, y también lo será la velocidad final de la nave.

Los primeros prototipos de motor iónico fueron probados por la NASA en la década de los sesenta y han sido usados con éxito en la sonda Dawn que fue enviada para estudiar los asteroides Vesta y Ceres. El motor iónico que la impulsa por el espacio es muy lento en términos absolutos, y su empuje es tan pequeño que la aceleración que produce es equivalente a pasar de 0 a 100 km/h en cuatro días. A su favor cuenta con una mayor eficiencia que un motor convencional, lo que se traduce en un menor consumo de material de propulsión, y su menor empuje es compensado de sobra por su mayor tiempo de funcionamiento.

Resultado de imagen de naves espaciales que surcarán el Espacio con njuevas energías

                           Nuevas técnicas, nuevos materiales y nuevas energías

Más allá del motor químico o el iónico, un cohete propulsado mediante energía nuclear proporcionaría un empuje muy alto, permitiendo a la nave alcanzar velocidades muy altas. Existen diversos proyectos en los tableros de diseño esperando un apoyo presupuestario masivo para convertirse en alternativas viables. Los actuales viajes de exploración del Sistema Solar no precisan de motores nucleares, pero el salto a las estrellas será una empresa con necesidades muy distintas.

Buscando métodos para mejorar la eficiencia de futuras naves interestelares, los ingenieros han dado con una solución eficaz: no acarrear combustible. Eso se puede hacer de diversas formas. Una opción consiste en desplegar una gigantesca y finísima vela solar, capaz de captar los fotones emitidos por el Sol. Los fotones son partículas que carecen de masa en reposo pero pueden transportar momento lineal, o como se decía antiguamente, «cantidad de movimiento.» Cuando impactan contra una superficie, como la de una vela, pueden transmitir parte de su momento linean a ésta, actuando de forma similar al viento sobre una vela terrestre. También puede usarse la luz de un láser de alta potencia disparado desde el punto de origen del viaje.

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       Del Espacio “vacío” por el que surcaran los caminos siderales recogerán su propio combustible

Una interesante alternativa, propuesta en los años sesenta por el físico norteamericano Robert Bussard, se basa en el hecho de que el vacío del espacio interestelar no está realmente vacío. Bussard imaginó un gigantesco colector formado por un campo magnético que recogería los átomos de hidrógeno desperdigados por el espacio. Ese hidrógeno podría ser usado como fuente de energía (mediante fusión termonuclear) y como sustancia arrojadiza. La idea cuenta con un serio inconveniente: el hidrógeno que va siendo recogido se encuentra prácticamente en reposo, y al colisionar con la nave crearía en esta un efecto de frenado.

Pero las enormes distancias interestelares hace que incluso los más eficientes y veloces sistemas de propulsión se encuentren con limitaciones impuestas por las propias leyes de la naturaleza. La primera proviene de la Teoría de la Relatividad de Einstein: nada puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Se trata de una velocidad tan alta que a escala humana parece infinita porque no suelen abundar los casos en que podamos notar el retardo. Las comunicaciones por radio y televisión en nuestro mundo son prácticamente instantáneas, y los medios de transporte más veloces a nuestra disposición viajan a apenas una fracción de la velocidad de la luz, cuyo valor suele representarse mediante la letra c.

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El efecto de c finito comienza a manifestarse en los vuelos interplanetarios. Cuando los ingenieros de la NASA o la ESA controlan una sonda espacial han de asumir que pasarán horas entre la transmisión de una orden y su recepción, lo que dificulta el control desde tierra. Cuando en julio de 2015 la sonda New Horizons pasó por Plutón, la señal de «todo en orden» que envió tardó casi cuatro horas y media en llegar a la Tierra; para entonces la sonda había avanzado casi un cuarto de millón de kilómetros. A tales distancias no se puede establecer una comunicación en tiempo real y por ese motivo la lista de instrucciones de la New Horizons estaba programada de antemano.

La situación empeora al salir del Sistema Solar. La estrella más cercana a nuestro sol, Próxima Centauri, se hallan a unos 4,22 años-luz de nosotros. Incluso viajando a la velocidad de la luz tardaríamos más de cuatro años en llegar a ella. Algunas de las estrellas de nuestros cielos se encuentran mucho más lejos. Polaris, la estrella polar, que indica el Norte a los marineros de nuestros mares, se encuentra a 434 años-luz, lo que significa que la luz que nos llega ahora de ella abandonó su superficie cuando el reinado de Felipe II estaba en su apogeo.

Resultado de imagen de naves espaciales con velocidades cercanas a la de la luz

La segunda limitación es de índole matemática. Acelerar un objeto hasta alcanzar una velocidad próxima a la de la luz requiere una gran cantidad de energía. Para llevar una moneda de un euro desde el reposo a una velocidad de 0,9c necesitaríamos todo el suministro energético de una central nuclear durante diez días; la factura rondaría los treinta millones de euros. Y aumentar la velocidad será cada vez más difícil. Un objeto necesita tanta energía para pasar del reposo a una velocidad de 0,9c como para subir esa velocidad de 0,9c a 0,96c. Rozar la velocidad de la luz se hace prohibitivo. Lástima, porque viajar a altísimas velocidades tiene un efecto positivo para los viajeros: el tiempo viaja más despacio para ellos. Un viaje a Próxima Centauri a 0,99c tardaría unos cuatro años según el cómputo de la Tierrra, pero para los viajeros solamente habrían transcurrido siete meses. Se trata del efecto de dilatación temporal descrito por la Relatividad de Einstein.

La NASA quiere ir a Alpha Centauri ante de 2070

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Resultado de imagen de Alpha Centauri

 

 Alpha Centauri, el lugar al que la NASA pretende enviar una nave para 2069. Será el primer viaje interestalr de la Historia de la Humanidad. Pretende llegar a la estrella más próxima al Sistema solar y buscar allí sistemas de vida que, según todos los datos que se tienen, puediera ser una posibilidad bastante grande.

 

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Impresión artística de Próxima b orbitando la estrella Próxima Centauri. Las estrellas Alpha Centauri A y B pertenecientes al mismo sistema se muestran …

 

 

 

 

 

Resultado de imagen de El primer viaje Interestelar

 

 

A pesar de que la Humanidad no ha explorado aún a fondo algunos de los mundos más interesantes y prometedores de nuestro propio Sistema Solar, la NASA tiene ya la vista puesta en un objetivo mucho más lejano y ambicioso: el primer viaje interestelar.

Según ha revelado la revista New Scientist, en efecto, un grupo de investigadores del Jet Propulsion Laboratory acaba de presentar, en el marco de la Conferencia Anual de la Unión Geofísica Americana, celebrada en New Orleans, un plan para alcanzar el sistema de Alpha Centauri, la estrella más próxima a nosotros, a “solo” 4,3 años luz de distancia o, lo que es lo mismo, a casi 41 billones de km. de la Tierra.

Resultado de imagen de El primer viaje Interestelar

                     Tienen la esperanza de encontrar ese mundo habitable

La fecha elegida para la hazaña tampoco es casual. Será en 2069, justo cuando se cumplan cien años de la llegada del primer hombre a la Luna.

La idea, tan nueva que aún no tiene nombre, nació para cumplir un mandato presupuestario de 2016 que se refiere, precisamente, a la necesidad de “hacer progresos” en el desarrollo de los viajes interestelares. Si este plan se convierte finalmente en una misión oficial, la agencia espacial norteamericana explorará, en las próximas décadas, varias tecnologías capaces de acelerar una nave a una fracción significativa (se habla de un 10%) de la velocidad de la luz, lo que permitiría alcanzar Alpha Centauri en alrededor de unos 40 años. Muy poco tiempo si consideramos que, con la tecnología actual, tardaríamos más de 30.000 años en llegar hasta allí.

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Alpha Centauri es un sistema formado por tres estrellas diferentes. Las dos principales, Alpha Centauri A y B, se orbitan mutuamente. Y la tercera, Próxima Centauri, que probablemente esté solo “de paso”, es la estrella más cercana a nuestro Sol, su vecina inmediata.

Similar a la Tierra

 

 

Resultado de imagen de El sistema Alfa Centauri

 

“Alfa centauri es un sistema estelar formado por tres estrellas y que están  muy cercana al sistema solar, de las tres dos de ellas se encuentra separada 23 veces por encima que existe entre la distancia dede la tierra al sol, estas corresponden a alfa centauri A y a Alfa centari β y la tercera y ultima de este sistema estelar se le llamo próxima centauri, es una enana roja y es la que esta mas cercana a la tierra”

 

 

Como se recordará, el sistema cuenta, por lo menos, con un planeta, Próxima b, que hace apenas unos meses hizo correr ríos de tinta en todo el mundo, ya que es muy similar a la Tierra. Rocoso y del mismo tamaño que nuestro propio mundo, Próxima b se encuentra, además, en la zona de habitabilidad de su estrella, es decir, a la distancia adecuada para que las temperaturas de su superficie permitan la existencia de agua líquida. Descubierto por el español Guillem Anglada Escudé, Próxima b se ha convertido, de hecho, en uno de los mejores exoplanetas candidatos a albergar vida. Y su cercanía, en términos espaciales, está agudizando el ingenio de la comunidad científica, que busca la mejor manera de llegar hasta él.

Anthony Freeman, el científico del JPL que presentó el proyecto durante la Conferencia de Nueva Orleans, explicó cuáles serían los objetivos científicos de la misión. El primero y más importante será buscar signos de vida en el sistema vecino, pero también se han incluido el estudio de la composición de la materia y la radiación que la nave encuentre en su camino a través del vasto espacio interestelar, así como la realización de experimentos que pongan a prueba la relatividad general. A su llegada a Alpha Centauri, la sonda deberá observar el sistema, determinar si contiene más planetas (algo que hoy no sabemos) y analizar tanto la atmósfera como la superficie de Próxima b en busca de agua y signos que revelen la presencia de vida.

Resultado de imagen de Enviaran un gran telescopio espacial hasta Alpha Centauri

Según el plan, unos años después del lanzamiento la NASA enviaría un gran telescopio al espacio profundo. Allí, se posicionaría de forma que la luz de Alpha Centauri roce nuestro sol, creando una “lente gravitacional” que nos permita obtener una vista completa del exoplaneta.

Luces que se encienden

Según ha declarado a New Scientist Stacy Weinstein-Weiss, autora principal del documento que plantea la misión, “podremos caracterizar la atmósfera. Y podremos ver el planeta, suponiendo que no esté cubierto de nubes”. Las técnicas para detectar vida una vez en órbita incluyen la búsqueda de estructuras artificiales, el encendido y apagado de luces y la búsqueda de modificaciones de la tierra a gran escala.

Resultado de imagen de naves espaciales del futuro lejano

Por supuesto, el mayor desafío para culminar con éxito la primera misión interestelar de la Humanidad pasa por desarrollar una tecnología de propulsión que sea realmente capaz de alcanzar el objetivo en un plazo de tiempo razonable. Una tecnología, por cierto, que aún no existe más que en el papel.

El equipo del JPL ha propuesto varias técnicas “prometedoras”, desde la propulsión nuclear a motores de antimateria. Y, por supuesto, las velas solares impulsadas por láser, el mismo sistema que se propone utilizar en el Proyecto Starshot de Breakthrough Initiatives, avalado por el mismísimo Stephen Hawking y que consiste, precisamente, en enviar a Alpha Centauri un enjambre de micro naves de apenas unos centímetros de longitud.

Concurso de diseños para los futuros habitáculos de Marte

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Ilustración del interior de un hábitat en el espacio.
Ilustración del interior de un hábitat en el espacio. NASA

Pese al fallo final en la misión israelí a nuestro satélite el pasado jueves, la carrera espacial continúa. Las misiones más allá de la órbita cercana a la Tierra, la Luna y Marte precisan de espacios autónomos capaces de funcionar con o sin astronautas y estar preparados para acoger en cualquier momento las expediciones. Con este objetivo, la Agencia Espacial Norteamericana (NASA) ha seleccionado a dos institutos de investigación tecnológica para desarrollar las casas extraterrestres. Cada institución recibirá 15 millones de dólares (13,3 millones de euros) en cinco años para configurar las viviendas espaciales.

El objetivo del proyecto, que se complementará con planes específicos de la NASA, es crear la tecnología crítica necesaria para permitir la presencia humana en la Luna y Marte. Los espacios inteligentes son imprescindibles para asumir los retos de la exploración y, según Jim Reuter, uno de los responsables de la Dirección de Tecnología Espacial de la Nasa, la colaboración con los centros ajenos a la agencia permite “ampliar la investigación y el desarrollo tanto para la carrera aeroespacial como para otros ámbitos”.

Resultado de imagen de Habitats Optimized for Missions of Exploration (HOME)

Uno de los institutos seleccionados es Habitats Optimized for Missions of Exploration (HOME), cuyas siglas en inglés forman la palabra hogar. Este centro está especializado en ingeniería, análisis de riesgos y tecnologías orientadas a la creación de espacios adaptables, autónomos y autosuficientes para la exploración humana. La investigación de Home estará encaminada al desarrollo de sistemas autónomos, equipamientos automatizados, ciencias de datos, aprendizaje mecánico, robótica y fabricación in situ de bienes necesarios en las casas extraterrestres.

Este equipo está dirigido por Stephen Robinson y cuenta con siete universidades y las corporaciones tecnológicas Sierra Nevada, United Technology Aerospace Systems y Blue Origin, la empresa aeroespacial del fundador de Amazon, Jeff Bezos, cuya visión es “un futuro en el que millones de personas vivan y trabajen en el espacio”.

 

Ilustración de una pareja en el espacio difundida por la empresa aeroespacila creada por Jeff Bezos, fundador de Amazon.
Ilustración de una pareja en el espacio difundida por la empresa aeroespacial creada por Jeff Bezos, fundador de Amazon. Blue Origin

El otro instituto seleccionado es Resilient ExtraTerrestrial Habitats institute (RETHi), que se encargará del diseño y funcionamiento de hábitats adaptables que puedan afrontar y superar cualquier contingencia prevista o no. Para ello contarán con expertos en infraestructura civil de campos como la robótica autónoma.

RETHI se concentrará en habilitar los espacios para que puedan funcionar con o sin tripulación, para lo que crearán prototipos y modelos virtuales con los que ensayar, probar y desarrollar las funcionalidades necesarias de los módulos.

La Universidad de Purdue aportará el investigador principal, Shirley Dyke, quien colaborará con las instituciones homólogas de Harvard, Connecticut y Texas.

Los dos centros de investigación seleccionados se unirán a otros tantos creados por la NASA y especializados en biotecnología y materiales ultraligeros y resistentes.

Ilustración de una colonia humana en el espacio creada con impresión 3D. Este imagen pertenece a la propuesta de Team SEArch Apis Cor, ganadora del concurso convocado por la NASA.

 

Ilustración de una colonia humana en el espacio creada con impresión 3D. Este imagen pertenece a la propuesta de Team SEArch Apis Cor, ganadora del concurso convocado por la NASA. Team SEArch Apis Cor

 

El desarrollo tecnológico de las casas extraterrestres se complementa también con el concurso convocado por la misma agencia espacial para propuestas de asentamientos en la Luna, Marte “o más allá” creados a partir de impresoras 3D y que, al igual que el proyecto de desarrollo de hábitats autónomos, permitan la construcción de colonias posibles.

Este último proyecto, ganado por tres de las 11 empresas presentadas (SEArch+/Apis Cor, Zopherus y Mars Incubator) ha premiado el uso de recursos disponibles fuera de nuestro planeta así como la programación de los modelos, los materiales y las fases de construcción. La propia Nasa destaca que la investigación realizada tiene aplicaciones actuales en la Tierra.

El Viaje de irás y no volverás ¿¡Será posible que se atrevan!?

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Alyssa Carson, la adolescente que prepara la NASA para vivir en Marte y no volver jamás

Existe un proyecto para llevar humanos a Marte en el año 2025. Estos colonizadores interplanetarios no podrán volver a la Tierra (Foto: eluniverso.org.es).

                           La entrenan para vivir en Marte pero….
  • La joven entrena a diario en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales
  • Mars One tiene la intención de llevar a Marte el primer vuelo tripulado
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Alyssa Carson. Imagen: Nasa
Es posible que el entusiasmo propio de la juventud, le impida a la simpática Alissa, tener una conciencia clara de en qué proyecto se está metiendo pero… ¿No tiene padres?

 

 

Resultado de imagen de Schiaparelli se estrella en Marte

 

 

La Agencia Espacial Europea (ESA) reconoció hoy en un comunicado que el módulo de aterrizaje Schiaparelli se ha estrellado contra Marte

 

 

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Alyssa Carson es una adolescente de 15 años que aún no ha terminado el instituto y ya tiene claro lo que quiere hacer en 2030. Lleva años entrenándose para ello. Desde que tenía tres no ha dejado de prepararse con la NASA. Está dentro de Mars One y su sueño es llegar a ser astronauta y el culmen, formar parte del primer vuelo tripulado que viajará a Marte.

¿Cómo se entrena una persona para recibir la radiación existente en la superficie de Marte? y, cómo explicar la manera en que la expedición de Alissa solteara los muchos peligros que los acechan en tierras desconocidas con parámetros alejados de los terrestres a los que el cuerpo humano está acostumbrado?

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Es una de las candidatas que más opciones tiene de formar parte de la primera expedición que viajará a Marte con la intención de crear una colonia humana que habitará el planeta en unos 20 años. Pero tiene un riesgo: no podrá volver jamás. Aunque a ella no le importa. Es su sueño y está dispuesta a cumplirlo.

La joven entrena a diario en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales durante varias horas al día y además organiza visitas a los ‘space camps’ de la NASA. En estos campamentos realiza experimentos y prácticas con elementos de robótica y aviación. También estudia varios idiomas extranjeros -francés, español y chino- para poder interactuar con los que serán sus futuros compañeros.

     Su carita de felicidad, nos habla de su inocencia y también… ¡de su ignorancia! Pero el tiempo pasa y mientras sigue su entrenamiento ella sigue creciendo… ¿Estará dispuesta cuando llegue el momento?

Carson ya ha conseguido logros como ser la primera persona en completar el NASA Passport Program al acudir a los 14 centros para visitantes y obtener el reconocimiento Right Stuff Award. “Mis amigas piensan que estoy un poco loca”, bromea. Ella está absolutamente convencida de que conseguirá su meta.

Mars One evalúa el coste del primer vuelo en torno a los 6.000 millones de dólares. Después se enviarán nuevos astronautas cada dos años, con un coste de 4.000 millones de dólares por viaje, hasta llegar a formar la colonia de 25 humanos.

Noticias NASA

Viajar a Marte hoy… ¡Sólo es un sueño!

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¿Por qué es difícil ir a Marte? I

 

 

                    Fotograma de la película ‘The martian’. AIDAN MONAGHAN

El estreno de la película ‘Marte’ (The Martian) ha despertado cierta curiosidad acerca de posibles futuros viajes humanos al planeta rojo. Después de haber ido a la Luna en varias ocasiones hace ya casi cinco décadas, y estando acostumbrados a ver astronautas viajar al espacio casi de forma rutinaria, es tentador pensar que enviar seres humanos a Marte pueda ser algo perfectamente plausible a día de hoy, o tal vez un tanto más complicado que lo hecho hasta ahora. Sin embargo, la realidad es que enviar seres humanos a Marte constituye un desafío de una dificultad y complejidad absolutamente descomunales que se aleja mucho de todo lo que se ha hecho hasta ahora en la historia de la exploración humana del espacio.

En esta y en la siguiente entrada hablaré de las razones por las que esta empresa constituye un desafío inmenso y sobre cómo se plantea en la actualidad una misión tripulada a Marte. Con objeto de ofrecer una perspectiva inicial para entender la dimensión del problema de una forma intuitiva, en esta entrada trataré de la razón principal que hace extremadamente difícil una misión a Marte, la razón de la que prácticamente se derivan casi todas las demás: la distancia.

                      Matt Damon in “The Martian.” Credit Aidan Monaghan/Twentieth Century Fox

Vemos astronautas viajar con frecuencia al espacio, a la Estación Espacial Internacional (ISS), antes a la estación Mir, a bordo de naves Soyuz, o antes a bordo del Transbordador Espacial, etc., y se suele tener la impresión de que el lugar al que se viaja en estas misiones es muy lejano; sin embargo, las altitudes típicas a las que estas estaciones y vehículos espaciales orbitan alrededor de la Tierra son de unos pocos cientos de kilómetros. La ISS, por ejemplo, orbita alrededor de la Tierra a una altitud que es equivalente a la distancia que hay en línea recta entre Madrid y Almería: unos 400 km. Esta región espacial a la que viajan los humanos de forma rutinaria está dentro de la conocida como ‘región de las órbitas bajas de la Tierra’, y técnicamente la llamamos LEO (del inglés Low Earth Orbit).

Comparativa entre orbitas bajas de la Tierra (arriba) y la distancia a escala entre la Tierra y la Luna (abajo).

Resultado de imagen de la distancia a escala entre la Tierra y la Luna

Los viajes tripulados lunares implicaron viajar más allá de las órbitas LEO ya que la Luna orbita nuestro planeta a una distancia media de unos 380.000 km, lo que viene a ser unas 1.000 veces más lejos que las altitudes de estas órbitas bajas. Una tripulación y su nave se ponen en órbita alrededor de la Tierra poco después de su lanzamiento, mientras que la distancia a la Luna se cubría en las misiones Apolo en prácticamente 3 días.

En el caso de Marte la situación es muy diferente. Ir a Marte implica pasar de una misión geocéntrica a una centrada en el Sol, o heliocéntrica, lo que supone un salto enorme en las distancias involucradas. Aunque las distancias máxima y mínima entre la Tierra y Marte varían dentro de un cierto rango, la mínima distancia posible es de unos 55 millones de km y la máxima posible es de unos 400 millones de km.

Estas son distancias enormes en comparación a todo lo que se ha volado en misiones tripuladas al espacio hasta ahora. La distancia máxima a Marte viene a ser 1.000 veces mayor que la que hay entre la Tierra y la Luna, lo que viene a ser 1.000.000 de veces mayor que la distancia que separa la superficie terrestre de las órbitas LEO a las que se viaja normalmente.

Distancias aproximadas mínima y máxima posibles entre la Tierra y Marte. Como referencia, la distancia media de la Tierra a la Luna es de 380.000 km.

Sin necesidad de conocer nada más, los datos acerca de la distancia a Marte ya constituyen una buena pista para empezarnos a asomar a la magnitud del problema. Para apreciarlo mejor, y sin entrar en detalles relativos a métodos de propulsión o dinámica orbital, vamos a comparar en números redondos dos misiones tripuladas, una orbital alrededor de la Tierra para un solo tripulante y otra lunar de tres tripulantes, para hacernos una idea de la progresión en la masa necesaria de los cohetes involucrados para llevar a cabo estas misiones y entender el contexto de lo que supondrá una misión a Marte.

Empezamos con la primera misión orbital del Programa Mercury de principios de los ’60: la Mercury 6 de John Glenn. Aquí se precisó de un cohete Atlas de 120 toneladas y 29 metros de altura para poner en una órbita de 200 km de altitud media alrededor de la Tierra una masa útil de 1,2 toneladas formada por una cápsula Mercury con su único tripulante, el cual permaneció en el espacio 5 horas.

Veamos ahora lo que cambia la situación al tener a la Luna como destino unas 1.000 veces más lejos. En el caso del Apolo 17 -la última misión de exploración lunar-, su módulo de mando y servicio más su módulo lunar, sumando todo cerca de 50 toneladas, hubieron de ser lanzados a la Luna por el poderoso cohete Saturno V de unas 3.000 toneladas y de 110 metros de altura para una misión de una duración total de unos 12 días y medio en la que 2 de sus tripulantes permanecieron sobre la superficie lunar algo más de 3 días.

Cohete lunar Saturno V junto al cohete Atlas del Programa Mercury para un tripulante (Transbordador Espacial incluido como referencia). Fuente: http://historicspacecraft.com/.

Vemos así el salto cuantitativo necesario cuando queremos ir a otro mundo que está 1.000 veces más allá de las órbitas bajas de la Tierra tanto en la masa útil a lanzar (de 1,2 a 50 toneladas) como en el tamaño del cohete lanzador requerido (de 120 a 3.000 toneladas). Comparemos todo esto con una misión a Marte. Aquí la tripulación constará de 6 astronautas y su duración, tomando como ejemplo la oportunidad en 2037, sería de 174 días para la ida y 201 días para la vuelta, con una estancia de 539 días en Marte. Una estancia tan larga en Marte sería necesaria a la espera de que la posición relativa entre este planeta y la Tierra fuera óptima para el regreso con un mínimo gasto de combustible, lo que ahorra el envío de centenares de toneladas de combustible. Todo esto supone un total de 914 días, o 2 años y medio.

Como vemos, el salto entre la Luna y Marte es descomunal, ya que doblar la tripulación y extender la duración a cerca de 73 veces la de la misión lunar más larga, supone la necesidad de proveer y transportar cerca de 150 veces más suministros. Por otra parte, una mayor duración de viaje interplanetario supone la necesidad de proveer a la tripulación de mayor protección contra las radiaciones, lo que se consigue en parte añadiendo aún más masa, aunque este problema no está aún resuelto.

Otro problema de la larga duración es que las cosas se rompen a lo largo de tanto tiempo. O bien se tendrá que mejorar sustancialmente la durabilidad de los equipos o estos habrán de poder ser repuestos por recambios que también habrá que transportar, lo que implica una mayor masa. Las naves de carga que visitan la ISS pueden abastecerla de repuestos cuando algo se estropea a bordo pero esta opción no será posible en una misión a Marte.

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Una vez dicho todo esto, al igual que cuesta más acelerar y frenar un camión que un turismo por tener el primero más masa, tengamos en cuenta que enviar más masa a Marte implica transportar también más combustible para acelerar toda esa carga hacia Marte, para frenarla a la llegada a ese planeta, y para volver a la Tierra desde allí; y pensemos que todo ese combustible (centenares de toneladas) también hay que lanzarlo al espacio inicialmente.

En total, para una misión a Marte se requerirá lanzar al espacio entre 850 y 1.250 toneladas. Esta es una cantidad enorme si tenemos en cuenta que la Ia ISS tiene una masa de unas 420 toneladas y que una nave con la que estamos familiarizados como el Transbordador Espacial solo podía enviar al espacio entre 15 y 25 toneladas aproximadamente, dependiendo de la altitud de la órbita final. El Ariane 5 es capaz de poner unas 20 toneladas en órbita baja alrededor de la Tierra, al igual que el cohete ruso Protón, por ejemplo.

Así pues, a partir de todo esto, y sin saber mucho más, ya podemos anticipar de forma intuitiva que no se podrá utilizar un único cohete para ir a Marte, sino que se precisarán varios lanzamientos de cohetes -tanto o más poderosos que el Saturno V de los años ’60- para ensamblar en el espacio distintos elementos de propulsión, módulos de combustible, hábitats y naves, que habrán de enviarse a Marte por separado y por anticipado, además de la nave con la tripulación, que sería enviada en último lugar. Entraremos en estos detalles en la siguiente entrada.

Aunque depende de diversos factores, se requerirán, de hecho, del orden de 10 lanzamientos de cohetes con la capacidad del Saturno V o similar; pero recordemos que el número total de cohetes Saturno V que se enviaron a la Luna en todo el Programa Apolo fue de 9. El Saturno V fue retirado de servicio después del Porgrama Apolo pero ostenta el récord, aún a día de hoy, como el cohete operativo más poderoso que haya habido nunca, capaz de poner algo más de 120 toneladas en órbita baja alrededor de la Tierra y de enviar 50 toneladas a la Luna. Tuvo que ser específicamente diseñado y construido en su día para poder alcanzar la Luna, y no existe un lanzador de tanta capacidad en la actualidad. El cohete que se encargaría de la mayor parte de los lanzamientos en una futura misión a Marte se está desarrollando en la actualidad y se llama SLS (Space Launch System), el cual tendrá prestaciones parecidas o acaso un tanto mayores que el Saturno V.

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Habría que viajar en naves provistas de Gravedad artificial

Por otra parte, un tiempo de 174 días de ida en condición de ingravidez afecta profundamente a la fisiología humana, algo especialmente preocupante al llegar a un planeta donde no hay nadie para asistirte. Las naves que se pueden ver en las películas (incluida la película ‘Marte’), con un amplio y confortable habitáculo en forma de donut girando para simular la aceleración de la gravedad, no son realistas en la actualidad.

                    La Tierra vista desde Marte (izda.) y desde la Luna (dcha.). Fuente: NASA.

Dos años y medio es un tiempo muy largo también por razones psicológicas. La Tierra será vista por la tripulación como un punto de luz semejante a una estrella durante la mayor parte del viaje y será apenas imperceptible en la noche marciana cuando fuera visible. La tripulación tendrá que convivir en una condición de confinamiento permanente en un espacio reducido en una situación de gran estrés, y con la imposibilidad de mantener conversaciones fluidas con los seres queridos en la Tierra debido al tiempo de viaje de la señal.

Después de todo esto, y aunque no se han mencionado todas las dificultades técnicas, tecnológicas y operativas, creo que ahora puede apreciarse un poco mejor a lo que nos enfrentamos en una misión a Marte. A partir de aquí, y una vez expuesta esta perspectiva para contextualizar el problema y entrar en materia, en la siguiente entrada explicaré cómo se plantea en la actualidad una misión humana a Marte y cómo se relaciona con lo que se ve en la película ‘Marte’ (The Martian).

sigue en la II parte

Fuente: NASA