Cómo aterrizar una nave tripulada en Marte

Mientras lees estas líneas, un robot de casi una tonelada se desplaza por la superficie de Marte. Hacer aterrizar un vehículo móvil de semejante tamaño en otro planeta no es fácil. De hecho, la NASA tuvo que inventar un sistema de aterrizaje completamente nuevo denominado Sky Crane para poder enviar a Curiosity hasta el planeta rojo. Este sistema -consistente en descolgar al rover desde una etapa propulsora situada en su parte superior- permite prescindir de la masa 'inútil' del tren de aterrizaje, que en este caso son las propias ruedas de Curiosity. Pero la maniobra Sky Crane no es la panacea y de hecho es inservible en el caso de una nave marciana tripulada.

¿Cómo podemos poner una nave tripulada en la superficie marciana? (NASA).

Si hacer aterrizar en Marte un robot de 900 kg es todo un reto tecnológico, ¿acaso es posible situar en su superficie un vehículo tripulado de más de cuarenta toneladas? Pues lo creas o no, se puede hacer. Veamos cómo.

Se suele decir que Marte es el mundo rocoso del Sistema Solar en el que resulta más complicado aterrizar. A diferencia de la Luna, no es posible descender únicamente con motores cohetes, ya que la presencia de una atmósfera obliga a incorporar un escudo térmico. Pero la atmósfera marciana es muy poco densa y resulta imposible aterrizar empleando únicamente paracaídas como en la Tierra o Venus. En definitiva, para posarte en el planeta rojo necesitas una combinación de escudo térmico, paracaídas y cohetes, y hasta puede que algún sistema adicional, como es el caso de airbags. Todo muy engorroso y complejo.

La atmósfera marciana es muy tenue (NASA).

En principio, uno se puede preguntar cuál es el problema. Si hemos puesto Curiosity en Marte, ¿por qué va a ser más difícil hacer lo propio con una nave tripulada? Sólo hay que dotarla de paracaídas más grandes, escudos térmicos de mayor tamaño y ya está, ¿no? Pues no, no es tan sencillo. Las tecnologías actuales únicamente permiten el inflado de paracaídas o el encendido de cohetes dentro de un cierto margen de velocidades. Si intentamos usarlas con una nave tripuladas el resultado será un bonito cráter creado al chocar nuestra nave contra el suelo del planeta rojo a Mach 2,5.

Para entender dónde reside la dificultad del asunto, lo mejor es ver la siguiente gráfica en la que se compara el perfil de velocidades con respecto a la altura para una entrada en la atmósfera terrestre (línea azul) y otra en Marte (línea negra):

Merece la pena prestar atención a esta gráfica, porque nos da mucha información. El que la línea negra esté más pegada al eje x indica que una nave que intente aterrizar en Marte presentará una velocidad muy elevada hasta unos pocos kilómetros sobre la superficie, momento en el cual se deben usar cohetes si no queremos estrellarnos. Las sondas automáticas de pequeño y mediano tamaño pueden seguir esta línea sin muchos problemas, pero la cosa cambia para una nave de grandes dimensiones.

El perfil de entrada de una nave como Curiosity está en el límite de lo posible con tecnologías actuales (NASA).

Para una nave tripulada de 40 toneladas o más, la tecnología actual no lograría evitar que nos estrellásemos contra la superficie a Mach 2,5 (NASA).

Existen tres posibles nuevas tecnologías que podemos introducir para hacer realidad una misión tripulada. La primera es usar cubiertas aerodinámicas rígidas (rigid aeroshells) en vez de escudos térmicos tradicionales. Estas cubiertas convertirían la nave en un cuerpo sustentador y permitirían maniobrar en la alta atmósfera durante la entrada, reduciendo la velocidad de descenso. Además cabe la opción de emplear estos mismos escudos para maniobras de aerocaptura, muy sugerentes desde el punto de vista energético para una misión tripulada. La aerocaptura permite además reducir la velocidad de entrada en la atmósfera de 6 km/s a unos 3-4 km/s.

'Rigid aeroshell' para una nave marciana (NASA).

 Otra opción es el empleo de escudos térmicos hinchables de 30 o 50 metros de diámetro que generen una alta resistencia hipersónica. Estos mismos escudos servirían como frenos aerodimámicos durante el descenso en la fase supersónica, o bien se podrían introducir estructuras de frenado inflables adicionales -incluyendo ballutes- para esta parte del aterrizaje, cuyo diseño sería más sencillo que el de un escudo térmico hinchable.

Escudos térmicos hinchables y estructuras de frenado hinchables, una de las tecnologías más prometedoras para una misión tripulada (NASA).

El empleo de estructuras hinchables permitiría entradas en la atmósfera de Marte por parte de naves de gran tamaño (NASA).

Por último, la otra tecnología candidata es el uso de cohetes en régimen de velocidades supersónicas. Digamos que esta es la opción de 'fuerza bruta'. Aunque existen dificultades a la hora de aplicar este sistema, su uso nos permitiría prescindir de paracaídas o sistemas de frenado atmosférico, además de proporcionar una alta maniobrabilidad y precisión en el aterrizaje a velocidades superiores a Mach 3. La pega de esta técnica es que hay que transportar grandes cantidades de combustible, lo que no es muy recomendable en una nave tripulada.

Flujo de escape de un cohete en régimen supersónico (NASA).

Entonces, ¿qué hacemos? De estas tres posibilidades, solamente la tecnología de escudos térmicos hinchables ha sido probada en condiciones reales, de ahí que sea la tecnología favorita en muchas propuestas. Sin embargo, a la hora de la verdad lo más sencillo es usar un escudo térmico sustentador junto con retropropulsión supersónica. A lo bestia, vamos. Los resultados en este caso son ciertamente espectaculares, como podemos ver en el siguiente vídeo basado en la propuesta DRA 5.0 de la NASA de 2008 (no tiene desperdicio):

Descenso en Marte a lo bruto, con cuerpo sustentador y propulsión supersónica (NASA).

No solamente la NASA se ha decantado por este sistema de aterrizaje en sus misiones oficiales de Powerpoint. Las propuestas soviéticas y rusas de viaje a Marte también pasan por esta combinación, aunque usando cuerpos sustentadores de diversas formas, incluyendo la forma de platillo volante. ¡Platillos volantes en Marte! En este caso bien podríamos decir que los marcianos seríamos nosotros.

Distintas propuestas de cuerpos sustentadores para la entrada atmosférica en Marte creados por la empresa rusa RKK Energía (RKK Energia).

Parecer las cosas más interesantes, es posible cualquier combinación de las tecnologías antes mencionadas, lo que complica un poco el panorama a la hora de elegir un sistema de aterrizaje para una nave tripulada. Teniendo en cuenta las complejidades técnicas de la retropropulsión supersónica -no es fácil que el escape de un motor pueda vencer la enorme presión de un flujo supersónico de aire-, una posibilidad sugerente es usar un escudo térmico hinchable junto con un acelerador aerodinámico o ballute -que pueden estar integrados en un mismo sistema o formar dos distintos- capaz de desacelerar la nave hasta velocidades subsónicas, lo que permitiría usar cohetes tradicionales. Otra opción es usar una cubierta aerodinámica rígida con un desacelerador supersónico hinchable y cohetes subsónicos.

Posibles combinaciones de tecnologías para permitir un aterrizaje tripulado en Marte. El empleo de escudos térmicos inflables es muy eficiente desde el punto de la masa útil en superficie (NASA).

El empleo de escudos térmicos hinchables, estructuras aerodinámicas hinchables o escudos en forma de cuerpo sustentador pueden permitir el descenso seguro a la superficie marciana por parte de naves de gran tamaño (NASA).

Como vemos, la tecnología para situar una nave tripulada en Marte existe, aunque sería necesario crear primero prototipos para pulir detalles. Pero incluso si no estamos interesados en poner un hombre en Marte, estas tecnologías son imprescindibles a la hora de poner en la superficie marciana una sonda más grande que Curiosity. Al fin y al cabo, no deberíamos conformarnos con poner una tonelada en el planeta rojo.

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