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Los escollos del viaje espacial a Marte

07/01/2008 - Autor: Yuri Zaitsev - Fuente: RIA Novosti
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Vista de Marte
Vista de Marte

I.

Actualmente, nadie pone en duda que el hombre realizará un viaje espacial a Marte en el futuro. Incluso se sabe el tiempo que podría durar ese viaje si se opta por la trayectoria más óptima: 350 días de ida, otros tantos de regreso, y 20 ó 30 días más que necesitarían los cosmonautas para permanecer en la superficie marciana.

No obstante, todavía no se puede precisar la fecha en que puede arrancar esa aventura alucinante.

Para el director del Departamento de Industria Militar (Ministerio ruso de Industria y Energía) Yuri Kóptev, "ese viaje (a Marte) puede comenzar mañana, porque las posibilidades técnicas lo permiten. Rusia tiene una concepción para esa expedición desde 1960, y mucho se ha podido realizar en ese sentido", afirmó el funcionario. El ex presidente del consorcio espacial Energía Nikolai Sevastiánov sostiene que el proyecto marciano puede realizarse a partir del año 2025 y que comprenderá tres etapas; la creación en torno a la Luna del complejo expedicionario interplanetario (estación orbital, naves y centro de mando), la realización desde allí de vuelos tripulados de reconocimiento hasta la órbita de Marte, y finalmente, la misión definitiva con el descenso de cosmonautas en la superficie del planeta Rojo.

Al respecto, el director de la agencia espacial rusa Roscosmos, Anatoli Permínov recientemente declaró: "Planeamos que el viaje a Marte será posible después del año 2035. Los plazos de las fechas tentativas se establecerán a finales de año, cuando el Gobierno apruebe el programa de desarrollo del sector espacial hasta el año 2040." No obstante, muchos trabajos relacionados con la temática marciana ya están en marcha y se cumplen en el marco del Programa Espacial Federal vigente".

Cabe destacar que en los últimos años, la obsesión del viaje a Marte ha contagiado a muchos países. Entre ellos Estados Unidos, que se propone comenzar su viaje a Marte despegando desde la Luna. De acuerdo a consideraciones técnicas, de inversión y gastos de recursos, la expedición marciana estadounidense sería la variante más costosa porque en un comienzo, habrá que transportar los elementos del complejo expedicionario marciano hasta la Luna. Posteriormente, comenzaría la fase de ensamblaje de ese complejo en la superficie de nuestro satélite, y finalmente, el despegue de la nave tripulada hacia Marte, que deberá vencer la gravedad selenita. La variante rusa es más barata porque prevé que el viaje a Marte comenzará desde la órbita terrestre. Los plazos tentativos sobre el inicio de los programas marcianos ruso y estadounidense coinciden, para después de 2035.

Aunque hay otros más optimistas, como los europeos, que calculan que su primer astronauta caminará por la superficie marciana en 2024, una posibilidad que muchos expertos consideran poco probable. Recién realizado con éxito el vuelo orbital de su primer cosmonauta, China ya declaró que también tiene planes de enviar a sus "taikonautas" al planeta Rojo.

En 2005, especialistas rusos presentaron el proyecto "Expedición tripulada a Marte", uno de los estudios más completos y autorizados preparados por científicos del país. Según uno de los autores de ese programa, el constructor jefe del Centro de Investigaciones Keldish, Vitali Semiónov, las investigaciones teórico-técnicas relacionadas con el complejo expedicionario interplanetario revelaron varios aspectos importantes vinculados con su viabilidad.

En su mayor parte, la inversión, gastos de recursos y los plazos de realización de la expedición marciana están condicionados al tipo de motores que tendrán las naves espaciales destinadas para ese viaje

El impulso específico, es decir, la relación entre la potencia de arrastre del cohete y el gasto de combustible en la unidad de tiempo (un segundo) se perfila como el parámetro clave para las naves destinadas a realizar vuelos interplanetarios.

Ante un mismo gasto de combustible, mientras mayor sea la velocidad de expulsión de los gases, mayor será la fuerza de empuje, y este factor determinará el rendimiento del cohete que transportará la expedición a Marte.

A pesar de que la actual tecnología de fabricación de cohetes con propulsores de combustible químico ha llegado casi a la perfección, el límite físico de la velocidad de expulsión de los gases que desarrollan esos propulsores se ha convertido en especie de "muralla insalvable" que ha obligado a los expertos a buscar otras variantes de propulsores.

¿Cuáles serían los motores que podrían suplantar los propulsores convencionales?

Entre las opciones posibles se propone calentar a temperaturas elevadas gases superligeros (hidrógeno, helio, metano) y obligarlos a fluir a través de las toberas a una velocidad de entre 2 y 2,5 veces más alta que la velocidad de salida de esos mismos gases en los cohetes de combustible químico. Este proceso se puede obtener si se emplean reactores nucleares, se deberán ser muy compactos, o mediante elementos térmicos que funcionen a partir de baterías solares.

Los propulsores nucleares para naves espaciales tripuladas para viajes interplanetarios se comenzaron a diseñar en la Unión Soviética y en Estados Unidos en el período comprendido entre los años 1960 y 1970, sin embargo, esas investigaciones y trabajos fueron suspendidos en la fase de experimentación en Tierra.

Esas investigaciones demostraron que los denominados propulsores electroreactivos iónicos y de plasma son los más "veloces" y económicos.

En estos propulsores el flujo de partículas se acelera a altas velocidades mediante un campo magnético, similar a los aceleradores de micropartículas.

La potencia del la unidad energética determina la intensidad del campo magnético, la aceleración de las partículas y en consecuencia, el impulso del propulsor.

Rusia posee una experiencia excepcional en la creación y explotación de generadores nucleares espaciales (GNE). En el período comprendido entre 1970 y 1988 se efectuaron los lanzamientos de al menos 32 aparatos espaciales acondicionados con GNE y también provistos de transformadores termoeléctricos de entre 3 y 5 kilovatios de potencia. La mayoría de esos aparatos (satélites) desarrollaron labores de espionaje y en estado activo, permanecieron en órbitas bajas de la Tierra durante algunos meses. Plazos muy notables en comparación con el único aparato estadounidense acondicionado con un reactor nuclear, el SNAP 10A con un transformador termoeléctrico de 0,5 kilovatios de potencia, lanzado al espacio en 1965. El artilugio estadounidense funcionó apenas 43 días, y todavía se encuentra en órbita en calidad de chatarra espacial. Posteriormente, EEUU continuó desarrollando los trabajos relacionados con la energía nuclear en el espacio en EEUU de manera teórica y de nuevo se restablecieron en forma experimental a partir de 2002.

Rusia también puede fabricar los denominados "motores de plasma estáticos" (MPS) con un impulso especifico diez veces superior que los análogos químicos.

La primera prueba de un MPS en el espacio tuvo lugar en 1972 en el satélite meteorológico "Meteor" y la explotación de este tipo de propulsores comenzó en 1982 en bloques de aceleración para ubicar satélites en órbitas geoestacionarias.

Actualmente, prácticamente en todos los países, incluyendo las potencias espaciales activamente utilizan en sus satélites varios tipos de propulsores electroreactivos rusos. La potencia de estos propulsores permite corregir la órbita de los satélites tanto en latitud como en inclinación.

Mediante la descripción de trayectorias concéntricas sucesivas, estos propulsores permiten la ubicación de satélites de órbitas bajas (entre 200 y 1.200 kilómetros sobre la superficie de la Tierra, hasta órbitas geoestacionarias (36.000 kilómetros de altura), y también servir como medio de transporte para misiones interplanetarias.

El curso de la preparación del proyecto "Expedición tripulada a Marte", los expertos estudiaron las posibilidades de los propulsores de cohetes de combustible líquido con oxígeno e hidrógeno; los propulsores nucleares con hidrogeno líquido en calidad de carburante; los generadores nucleares espaciales (GNE) y los generadores solares espaciales (GSE) para la alimentación de motores electroreactivos. Para estos últimos, se eligieron los GSE con baterías solares en base silicio amorfo como los más adecuados.

En perspectiva, y en la medida que avanza su perfeccionamiento, se estudia la utilización de los GNE para las naves espaciales. Uno de los problemas fundamentales de su utilización es la seguridad y la contaminación radiactiva en todas las fases de su utilización, inclusive, en el caso de situaciones de avería, y estos aspectos requieren de investigaciones complementarias.

Además de la construcción de la propia nave interplanetaria y sus propulsores, para la realización de la expedición marciana todavía quedan muchos problemas por resolver. Entre ellos, se pueden destacar aspectos fisiológicos y psicológicos que habrá que resolver antes que humanos emprendan ese codiciado viaje al planeta Rojo, pero esto, ya es otro tema.

II.

Según los expertos, la tecnología para realizar la primera expedición interplanetaria está prácticamente lista. Pero antes de comenzar el viaje de cosmonautas a Marte, los científicos deben de resolver importantes problemas de orden médico y biológico. Es evidente que el factor humano tiene una prioridad fundamental en la ejecución del proyecto marciano. En esta aventura, el hombre constituye el eslabón más vulnerable de toda la misión, y en gran medida, condiciona la posibilidad de su realización.

El conjunto de aspectos médicos y biológicos relacionados con la expedición a Marte supone un nuevo desafío para los científicos porque plantea la solución de muchos problemas nuevos. La utilización de muchos principios, métodos y recursos de orden médico y biológico que han sido utilizados en los vuelos espaciales orbitales hasta ahora, desafortunadamente, no pueden ser aplicables de manera idéntica a la misión a Marte. Entre las particularidades del viaje a Marte, cabe destacar las condiciones que tendrán las comunicaciones entre la nave y la Tierra, el efecto en los cosmonautas de los diferentes campos gravitacionales, el corto período de adaptación a la gravitación marciana antes de que los tripulantes desciendan a su superficie, las elevadas dosis de radiación, y la falta de campo magnético.

El vuelo orbital de 438 días realizado por el cosmonauta y médico Valeri Poliakov a finales del siglo XX, demostró que el ser humano no tiene limitaciones de carácter médico o biológico para expediciones espaciales prolongadas. "Hasta el momento, no se han descubierto cambios substanciales en el organismo humano que impidan el aumento paulatino de la duración de los vuelos espaciales y la realización del viaje a Marte", subrayó al respecto el director del Instituto de Problemas Médico- Biológicos (IPMB), Anatoli Grigóriev.

Otro asunto serán los mecanismos de defensa que habrá que proporcionar a los cosmonautas para que éstos se puedan proteger de la radiación galáctica y solar, que fuera de los límites de la magnetosfera terrestre tiene una intensidad altamente elevada. En los dos años que durará el vuelo de ida y regreso a Marte, la dosis de radiación acumulada por los cosmonautas podrá ser el doble de la norma permitida, y por esta razón, los científicos deberán desarrollar nuevos elementos de construcción en las naves y trajes espaciales y otros recursos de defensa adecuados.

Actualmente, los ingenieros se inclinan por cubrir el módulo habitacional de la nave espacial con contenedores de combustible, agua, oxigeno y carga, de forma que formen un escudo de defensa contra la radiación del orden de los 80 a 100 gramos sobre centímetro cúbico.

Una vez se encuentren en la superficie del Planeta Rojo, los "marcionautas" estarán sometidos a una radiación todavía mucho mayor, lo que supone un serio riesgo. Las mediciones hechas por el instrumento ruso XEND, (detector de neutrones de alta energía) instalado en el sonda estadounidense Mars Odyssey, demostró que durante las explosiones solares, la intensidad del flujo de neutrones reflejados desde la superficie de Marte puede aumentar un centenar de veces, y alcanzar dosis letales para los cosmonautas. De esta circunstancia se desprende un momento importante para los científicos, el desembarco del hombre a Marte debe ocurrir exclusivamente durante períodos de baja actividad de la corona solar.

Otro problema no menos notable será la alimentación de los cosmonautas, un asunto que parecía que los científicos ya habían resuelto. La tripulación que viajará a Marte les espera la misma dieta que consume los actuales cosmonautas, integrada en mayor parte por alimentos prefabricados deshidratados. Una vez hidratados y calentados, esos alimentos están listos para el consumo, pero a pesar de su valor nutritivo y sabor, surge la necesidad de complementar esa dieta con alimentos básicos de origen vegetal y animal. La idea de transportar en la nave aves para que los cosmonautas pudiesen consumir huevos fracasó. Como demostraron muchos experimentos realizados en órbita, los polluelos nacidos en incubadoras en el espacio no pueden adaptarse a las condiciones de microgravedad. Experimentos similares con peces y moluscos demostraron que su crianza espacial es posible, pero crecen muy lentamente, y difícilmente podrán ser utilizados como alimento para los cosmonautas en el tiempo que dure el viaje a Marte.

Lo que se puede afirmar con toda seguridad es que los "marcianautas" podrán comer vegetales porque en su nave interplanetaria habrá un vivero para cultivar legumbres, aunque será muy pequeño.

Especialistas del IPMB ya construyeron el prototipo de ese "huerto espacial", de forma cilíndrica y compuesto de un conjunto de rodillos con elementos nutrientes y diodos rojos y azules que suplantarán la acción de los rayos solares.

A medida de que crecen las plantas, los cilindros se aproximan a la fuente de luz. Y mientras que en unos rodillos germinan las semillas, en otros ya crecen las plantas adultas y se puede "recoger la cosecha". En el modelo experimental los científicos han obtenido cerca de 200 gramos de productos vegetales cada cuatro días. Por lo visto, el proyecto del "huerto espacial" tiene perspectiva, y los científicos deberán desarrollar las variantes más óptimas porque la agricultura espacial ayudará además al problema de la regeneración de la atmósfera a bordo de la nave interplanetaria.

También habrá que resolver problemas relacionados con el agua.

Según cálculos de los especialistas, cada uno de los tripulantes del viaja a Marte consumirá al menos 2,5 litros de agua cada día.

Esto quiere decir que la nave espacial deberá transportar reservas considerables de este vital elemento. Con ayuda de sistemas de regeneración utilizados actualmente en las estaciones orbitales se podrá reciclar parte del agua usada.

La variante ideal será la instalación a bordo de las naves de sistemas físico-químicos integrados que permitan el reciclaje completo de substancias, pero esto es un proyecto que todavía requiere mucho tiempo para su realización.

También hay asuntos de orden psicológico y operativo. A consecuencia de la gran distancia que separa la Tierra y Marte, las señales de comunicación radial en una dirección tardarán en llegar entre 20 y 30 minutos. En consecuencia, los expertos del centro de control en la Tierra prácticamente no tendrán tiempo para intervenir ante situaciones imprevistas. En el mejor de los casos, los expertos en Tierra podrán ser consultantes porque las decisiones inmediatas de todo orden se adoptarán a bordo de la nave.

Del conocimiento anticipado de las probables situaciones imprevistas y su óptima resolución depende en mucho el éxito de la aventura y la seguridad de la tripulación.

Preparado por científicos rusos, el experimento Marte-500 deberá ayudar a los expertos a tener una imagen aproximada del comportamiento del hombre en la aventura interplanetaria.

El experimento Marte-500 no suponen un vuelo real, pero sí su simulación muy exacta. En calidad de miembros de la tripulación, seis voluntarios permanecerá 520 días en un complejo terrestre compuesto por cinco módulos comunicados entre sí pero aislados totalmente del mundo exterior.

Uno de esos módulos, simulará la superficie de marciana, y todos ellos, estarán dotados de instrumentos para el registro de los parámetros físicos en el interior, (temperatura, humedad, presión, composición gaseosa, nivel de ruido) y también información la fisiológica de cada uno de los voluntarios.

Para los científicos será muy valioso comprender la conducta de las personas en equipo en condiciones similares a las que habrá durante el viaje a Marte.

Toda la información, desde la forma en que se establecen las relaciones entre los tripulantes, hasta las raciones de comida será analizada por los especialistas con el fin de prever al máximo las posibles situaciones que pueden ocurrir en el vuelo real y contribuir a su solución.

Para el día de hoy, muchos voluntarios han expresado su deseo de participar en el experimento.

Tras el anuncio del experimento Marte-500 en Rusia, Estados Unidos anunció la selección de voluntarios para una prueba similar de cuatro meses de duración.

Yuri Zaitsev es Experto del Instituto de Estudios Espaciales, Rusia.
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