Mars Direct - Mars Direct

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 conferencias y la defensa general de Zubrin como director de la Mars Society , una organización dedicada a la colonización de Marte .

Representación artística de la Unidad Hábitat y el Vehículo de Retorno de la Tierra en Marte.

Historia

Iniciativa de exploración espacial

El 20 de julio de 1989, el presidente de los Estados Unidos, George HW Bush, anunció planes para lo que se conoció como la Iniciativa de Exploración Espacial (SEI). En un discurso en los escalones del Museo Nacional del Aire y el Espacio , describió planes a largo plazo que culminarían en una misión humana a la superficie de Marte.

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

Dan Goldin se convirtió en administrador de la NASA el 1 de abril de 1992, abandonando oficialmente los planes de exploración humana a corto plazo más allá de la órbita terrestre con el cambio hacia una estrategia "más rápida, mejor y más barata" 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 plenamente tantas tecnologías como fuera posible para apoyar el envío de la misión a Marte, sería políticamente insostenible. En sus propias palabras:

Exactamente lo contrario de la forma correcta de hacer ingeniería.

La alternativa de Zubrin a esta estrategia de misión "Battlestar Galactica" (apodada así por sus detractores por las grandes naves espaciales de propulsión nuclear que supuestamente se asemejaba 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 la forma de una misión de clase conjunta, utilización de recursos in situ y naves lanzadas directamente desde la superficie de la Tierra a Marte en lugar de ser ensambladas en órbita o por un dique seco con base 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 enfocaron principalmente en arquitecturas de misión más tradicionales, Zubrin comenzó a colaborar con la estrategia extremadamente simple, simplificada y robusta 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 misión

Primer lanzamiento

El primer vuelo del cohete Ares (que no debe confundirse con el cohete de nombre similar del ahora 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 un 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) transportada por el Vehículo de Retorno de la Tierra con el dióxido de carbono de la atmósfera marciana 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 estancia en la superficie; el resto estaría disponible para los vehículos exploradores de Marte. Se espera que el proceso de generación de combustible requiera aproximadamente diez meses para completarse.

Segundo lanzamiento

Unos 26 meses después del lanzamiento original del Vehículo de Retorno de la Tierra desde la Tierra, se lanzaría un segundo vehículo, la Unidad de Hábitat de Marte , en una trayectoria de transferencia de baja energía de 6 meses a Marte, y llevaría una tripulación de cuatro astronautas (el número mínimo requerido para que el equipo se pueda dividir 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 la operación 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 gastada 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 se desecharía, con la Unidad de Hábitat haciendo aerofrenado en la órbita de Marte antes de aterrizar suavemente en las proximidades del Vehículo de Retorno de la Tierra . El aterrizaje preciso sería apoyado 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 serie de investigaciones científicas, con la ayuda de un pequeño vehículo rover llevado a bordo de su Unidad de Hábitat de Marte y propulsado por el metano producido por el Vehículo de Retorno de la Tierra.

Misiones de regreso y seguimiento

Para regresar, la tripulación usaría el Vehículo de Retorno de 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 Terrestre se utilizaría como contrapeso para generar gravedad artificial para el viaje de regreso.

Se enviarían misiones de seguimiento a intervalos de 2 años a Marte para garantizar que un ERV redundante estuviera en la superficie en todo momento, esperando ser utilizado por la próxima misión tripulada o 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 implica varios lanzamientos que utilizan impulsores de carga pesada de tamaño similar al Saturno V utilizado para las misiones Apollo , que potencialmente se derivarían de los componentes del transbordador espacial . Este cohete propuesto se denomina "Ares", que utilizaría impulsores de cohetes sólidos avanzados del transbordador espacial , un tanque externo de transbordador modificado y una nueva tercera etapa Lox / LH2 para la inyección trans-Marte de la carga útil. Ares pondría 121 toneladas en una órbita circular de 300 km e impulsaría 47 toneladas hacia Marte.

Vehículo de retorno terrestre

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

Unidad de hábitat de Marte

Mars Habitat Unit es un vehículo de 2 o 3 pisos que proporciona un entorno de vida y trabajo integral para una 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 Mars incluye un área de estar común, una pequeña cocina, 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 realizar investigaciones en geología y ciencias de la vida; espacio de almacenamiento de muestras, esclusas de aire para llegar a la superficie de Marte y un área de acondicionamiento donde los miembros de la tripulación se preparan para las operaciones de 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 contra 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. Impulsado por un motor de metano, está diseñado para ampliar el alcance sobre 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 un laboratorio dedicado. instalación 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, y su interior se dedica completamente al espacio de vida y almacenamiento.

Para demostrar la viabilidad de la Unidad de Hábitat de Marte, la Sociedad de Marte ha implementado el Programa de la Estación de Investigación Analógica 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 Espacial Nacional , 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 permaneció 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 propulsor in situ que alcanzó 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 detallaba específicamente una misión a Marte, un plan para llegar a Marte basado en la utilización de la nave espacial Orion se desarrolló tentativamente para su implementación en la década de 2030. En 2009, la administración Obama inició una revisión del programa Constellation y, tras preocupaciones presupuestarias, el programa se canceló en 2010.

Hay 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 importantes problemas psicosociales que superar, y que proporcionen datos considerables para perfeccionar el diseño de la misión, la planificación de la misión y la selección de la tripulación para misiones futuras.

Revisiones

Desde que Mars Direct fue concebido inicialmente, ha sido objeto de revisión y desarrollo regulares por parte del propio Zubrin, la Mars Society , la NASA , la Universidad de Stanford y otros.

Marte Semi-Directo

Representación artística de Mars Semi-Direct / DRA 1.0: La Unidad de Hábitat Tripulado está "acoplada" junto a 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 "Vehículo de ascenso a Marte" (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 Mars Semi-Direct se ha utilizado como base de varios 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 en 10 años, capaz de ajustarse al presupuesto existente de la NASA.

Mars Semi-Direct se convirtió en la base de la Design Reference Mission 1.0 de la NASA, reemplazando a la Space Exploration Initiative .

Misión de referencia de diseño

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

Mars Direct y SpaceX

Con el advenimiento potencialmente inminente de la capacidad de carga pesada de bajo costo , Zubrin ha propuesto una misión humana a Marte de costo dramáticamente menor 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 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 básico de Mars Direct, 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 con suficiente potencia. La investigación en el Centro de Investigación Ames de la NASA ha demostrado que un Dragón robótico sería capaz de un aterrizaje totalmente propulsivo en la superficie marciana. En la superficie, la tripulación tendría a su disposición dos naves Dragon con módulos inflables como hábitat, dos ERV, dos vehículos de ascenso a Marte y 8 toneladas de carga.

Otros estudios

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

Estaciones de investigación analógicas de Marte

La Mars Society ha argumentado la viabilidad del concepto Mars Habitat Unit a través de su programa Mars Analogue Research Station . Se trata de cilindros verticales de dos o tres pisos de ~ 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 con más profundidad.

Alternativas

Las propuestas de " Mars to Stay " implican no devolver a los primeros inmigrantes / exploradores inmediatamente, o nunca. Se ha sugerido que el costo de enviar un equipo de cuatro o seis personas podría ser de una quinta a una décima parte del costo de devolver 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 devolver incluso 50 kilos de rocas marcianas. Se podrían enviar veinte o más personas por el costo de devolver cuatro.

En ficción

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos