SpaceX y la obsesión por colonizar Marte

Hoy en día disponemos de la tecnología y los recursos económicos necesarios para realizar una misión tripulada a Marte, una empresa sin precedentes. Sin embargo, se requiere de la voluntad política necesaria para conseguirlo. En este sentido parece que empresas privadas como SpaceX, Boeing o Blue Origin, están tomando decisiones mucho más rápido de lo que lo hacen las agencias espaciales públicas. Estas empresas están recuperando el espíritu de la joven NASA de los años 60, ágil y osada, y no la conservadora y burócrata de la actualidad.

En el entorno científico marciano se apuesta por una misión privada para poner un ser humano en Marte con una financiación importante de agencias espaciales públicas y el impulso definitivo de una Alianza Internacional. NASA ha liderado la carrera durante gran parte de la historia espacial, pero sus limitaciones actuales en cuanto a presupuesto y sobre todo a capacidad de maniobra en cuanto a toma de decisiones independientes al congreso americano es bastante limitada (máxime con la reciente elección de Donald Trump como presidente que parece decidido en desviar parte de las inversiones de espacio para uso militar). Y es aquí precisamente donde entran en juego las empresas privadas, las cuales están utilizando los conocimientos adquiridos por las agencias espaciales durante los últimos 50 años, a la vez que invierten y toman decisiones de una forma mucho más rápida que NASA, maniatada por el congreso americano.

Se da la paradoja de que parte de la financiación de SpaceX proviene precisamente de NASA, por lo que todo apunta a que la agencia espacial norteamericana está utilizando la empresa de Elon Musk como plataforma para acelerar los plazos. Tenemos la tecnología, sí. Tenemos los conocimientos, sí. Tenemos la financiación, sí. Solo necesitamos la manera de acelerar los plazos y que no dependa directamente de la aprobación del congreso americano.

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El planeta Marte, destacando la región de Schiaparelli. Créditos: USGS (tamaño original).

Por otro lado, y a lo que a financiación se refiere, NASA sólo puede recibir inversiones públicas, problema del que adolece SpaceX, por lo que no sería de extrañar que la futura misión tripulada a Marte estuviera en parte financiada por empresas comerciales como Coca-Cola, Apple o Google por poner un ejemplo. Algunas estimaciones preliminares sitúan en cuatrocientos mil millones de dólares el precio total de una misión tripulada a Marte. Nos encontramos ahora mismo en el momento de la historia espacial donde se esta produciendo un cambio de paradigma y de negocio.

El objetivo fundamental de SpaceX es que la eterna afirmación “iremos a Marte en 30 años” que se lleva enunciando desde la década de los 60 no se dilate de forma indefinida en el tiempo. Si bien en los primeros alunizajes la apuesta de EE. UU. fue demoledora, con una inversión para alcanzar el objetivo casi diez veces mayor que la inversión actual (con un máximo de 4,41% del presupuesto federal frente al 0,5% que se invierte actualmente), para el viaje a Marte será necesaria la cooperación internacional.

Potencias emergentes en el sector espacial como Europa, China, Japón o India serán imprescindibles para conseguir el objetivo. Me gusta soñar con una Alianza Internacional para la llegada del hombre a Marte. Para preparar el camino y debido a lo complejo de la empresa, hemos comenzado la exploración enviando sondas robóticas a Marte, que nos proporcionan datos sobre el entorno marciano y sirven como demostradores tecnológicos para la futura exploración humana de Marte.

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Entre todos los planes destaca uno en concreto en el que se basan la mayoría de los diseños. Además fue el elegido como la arquitectura empleada en la novela, de película homónima, The Martian. Esta arquitectura, propuesta por Robert Zubrin (director de The Mars Society) y bautizada como Mars Direct, pretende abaratar lo que realmente encarece los viajes tripulados a Marte, concretamente la inversión que hay que realizar para hacer el viaje de vuelta, ya que necesitamos combustible para llevar el combustible que nos traerá de vuelta desde Marte.

Sin embargo este problema se resuelve en la arquitectura de Mars Direct ya que se acometería la misión en diferentes fases: primero se lanzaría a Marte una nave sin tripulación denominada ERV (Earth Return Vehicle), que aterrizaría en Marte y esperaría allí durante un periodo prolongado a los astronautas. El objetivo principal del ERV es realizar el viaje de vuelta con los astronautas desde Marte a la Tierra. Durante este lapso de tiempo, el ERV se encargaría de forma autómata de fabricar el combustible necesario para el viaje de regreso. Por otro lado se enviarían los módulos de habitabilidad donde vivirían los astronautas.

Por último se lanzaría la nave de crucero que transportaría a los astronautas desde la Tierra a la superficie de Marte en un viaje de ida. El peso de la esta nave sería aproximadamente de 400 toneladas pero como no tenemos ningún lanzador hoy en día capaz de poner esa carga en órbita terrestre (recordemos que el máximo actual son 130 toneladas), se deben realizar varios lanzamientos para ensamblar la nave de crucero en órbita terrestre.

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Recreación de lo que sería el módulo de habitabilidad de Mars Direct.

En cuanto a la duración de un viaje tripulado a Marte existen básicamente dos alternativas en función del momento que se elija para el lanzamiento:

1) Si el lanzamiento se produce con Marte en conjunción, es decir, cuando desde la Tierra vemos a Marte en el mismo sentido que el Sol, el viaje es más eficiente porque se consume menos combustible, sin embargo la misión se alarga hasta casi 900 días, con dos viajes de 6 meses de duración y obligando a los astronautas a permanecer en Marte durante 500 días.

2) Si por el contrario el viaje se produce con Marte en oposición, esto es, cuando desde la Tierra lo vemos en sentido opuesto al que vemos al Sol, la misión se acorta hasta los 450 días, con los astronautas viviendo solo unos días o semanas en Marte, a costa de utilizar más cantidad de combustible en el viaje.

Elon Musk, director ejecutivo y fundador de SpaceX, quiere viajar personalmente al planeta rojo (aunque en sus últimas declaraciones ha sembrado la duda afirmando que quiere ver crecer a sus hijos). Para conseguir su obsesivo objetivo necesita abaratar los viajes espaciales. Ha estado estudiando de cerca los diseños de cohetes rusos, ya que son los más sencillos y económicos del mercado. Por este motivo SpaceX imprime un carácter de sencillez a todos los diseños, por ejemplo a diferencia de la competencia, solo utiliza queroseno y oxígeno líquido como combustibles.

Además, construyen sus propios cohetes, motores y piezas para abaratar costes y tener control absoluto sobre su propia tecnología. Han introducido una novedad que es un hito histórico en la exploración espacial: la reutilización supersónica de la primera etapa del cohete la cual, como si de un tebeo de Tintín se tratara, regresa a su plataforma de lanzamiento después de haber colocado la carga en el espacio. Funcionando a pleno rendimiento y con varios lanzamientos -y aterrizajes- a sus espaldas, ver el regreso de la primera etapa de un Falcon IX (capaz de poner 25 toneladas en órbita terrestre) es como estar viendo la grabación del lanzamiento rebobinada.

Reutilización de la primera etapa del Falcon IX (Si no puedes ver el vídeo, haz clic aquí).

Elon es un soñador. Con esta reutilización los precios descienden considerablemente. Según Musk, el objetivo es abaratar los costes de lanzamiento hasta una centésima parte del precio final. Esta tecnología de etapas reutilizables sirve también como aterrizaje en Marte. Ha prometido darle a la humanidad la tecnología para abandonar nuestro hogar y construir uno nuevo. Según él, la colonización de Marte involucrará a cientos de naves reutilizables, cada una llevando entre 100 y 250 colonos, con un precio que rondaría los 200.000 dólares cada billete.

Musk no solo quiere realizar simplemente una misión tripulada a Marte, sino colonizar el planeta y convertir a la especie humana en una especie multiplanetaria, para poder tener un hogar alternativo en caso de que una catástrofe amenace nuestra planeta. El plan consiste en construir el cohete más grande jamás diseñado con una capacidad para poner en órbita baja 550 toneladas aproximadamente y con 122 metros de altura. Utilizará metano y oxígeno líquido como combustible.

Tendrá sólo 2 etapas: la primera con 42 motores, será reutilizable y la segunda será la que realice el viaje a Marte, simplificando el diseño. Una vez que la segunda etapa se encuentre en órbita terrestre, la primera etapa realizará entre 3 y 5 lanzamientos (aterrizajes y despegues) para ir cargándola de combustible. La segunda etapa aterrizará en Marte de forma vertical como ya se ha mencionado. La idea es que, a diferencia de la arquitectura Mars Direct, sea esta misma nave la que regrese a la Tierra utilizando los recursos locales como combustible.

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Cápsula Dragon. Créditos: SpaceX (tamaño original).

SpaceX ha desarrollado además, unas cápsulas llamadas Dragon que, aunque fueron diseñadas desde el comienzo para transportar astronautas, son capaces de enviar mercancías a la Estación Espacial Internacional (de hecho es la primera vez en la historia que una empresa privada lo realiza). En 2018 se utilizará una cápsula Dragon modificada y bautizada como Red Dragon, para aterrizar en Marte como demostrador tecnológico y sentar las bases de los aterrizajes con cargas pesadas en el planeta rojo, sirviendo como primera fase para la exploración humana de Marte.

Esta mejora de poder aterrizar en Marte con cargas unas 20 veces más pesadas que las actuales será un salto cualitativo también para las misiones de NASA y otras agencias que podrán verse beneficiadas de esta capacidad para incluir más experimentos e instrumentación en las misiones. Esta cápsula Red Dragon será lanzada en el futuro cohete Falcon Heavy (un Falcon IX modificado), capaz de lanzar 54 toneladas al espacio.

En los planes de SpaceX no se mencionan de momento las características de los trajes espaciales que se usarán en Marte, pero estos deberán ser lo suficientemente cómodos como para poder recoger muestras, por lo que no puede ser muy voluminosos y además deberán estar presurizados debido a la baja presión atmosférica marciana y refrigerados para poder soportar las bajísimas temperaturas. El sistema de soporte vital debe tener un tamaño suficiente para llevar a cabo salidas extravehiculares de larga duración, por lo que debe incorporar un generadores de oxígeno.

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Recreación artística del cohete Falcon Heavy. Créditos: SpaceX (tamaño original).

Estos trajes podrían compartir la mayor parte de los elementos de un traje utilizado hoy en día para realizar las actividades extravehiculares en la Estación Espacial Internacional, pero tendrían que tener más movilidad e incluir un sistema de soporte vital compatible con la atmósfera marciana. La utilización de recursos in situ (ISRU en sus siglas en ingles) será fundamental y obligatoria en una misión tripulada a Marte.

Debido a que los lanzamientos espaciales se encarecen de forma exponencial cuanto más peso llevan, en todos los planes se asume que las naves tripuladas deben ser lo más ligeras posible y que los astronautas deberán hacer uso de los recursos locales en Marte para autoabastecerse. Los cultivos serán necesarios en el planeta rojo, pero los astronautas se encontrarán con muchos problemas. Al clima hostil y la menor energía solar disponible se le une la gran escasez de agua.

Varias son las soluciones propuestas para solventar este problema como por ejemplo purificar la orina de los astronautas para que sea reutilizable, generar agua a partir del oxígeno atmosférico u obtener agua de las reservas de hielo del subsuelo y casquetes polares. A estos problemas se suma el poco fértil suelo (regolito) marciano, rico en sales llamadas percloratos que en teoría dificultarían el cultivo de cualquier vegetal terrestre. Sin embargo, algunos estudios previos sugieren que se pueden minimizar los efectos de los percloratos fácilmente empapando previamente el suelo en agua.

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Recreación de un ser humano explorando Marte. Fuente: EMGN.com (tamaño original).

Los habitantes que viviesen en Marte tendrían que producir metano y oxígeno con el agua y los depósitos de carbón que se han encontrado bajo la superficie del planeta. El oxígeno será utilizado no solo para respirar, sino también como combustible para el viaje de vuelta. NASA esta invirtiendo muchos esfuerzos en proyectos ISRU y como muestra de ello es la elección de los instrumentos del nuevo rover marciano Mars2020 (en el momento de la publicación de este post todavía no ha recibido nombre) que se lanzará en el año 2020 que servirá como demostrador tecnológico para soporte vital y combustible de vuelta para abrir el camino de la exploración humana de Marte.

Esa es una de las tareas del instrumento MOXIE cuya misión es fabricar oxígeno para no solo abrir el camino para el consumo humano, sino también para hacer volar en un futuro a la nave que llevará a los astronautas de vuelta la Tierra. El oxigenador es muy importante porque la atmósfera marciana está compuesta casi exclusivamente por dióxido de carbono, y los motores no funcionarían sin la combustión que el oxígeno hace posible. También se ha propuesto la utilización del oxigeno generado en Marte para la generación de agua. Otro ejemplo ISRU es la ambiciosa estación meteorológica española MEDA, que irá también a bordo del rover Mars2020, cuyo objetivo será la caracterización de las condiciones medioambientales para que los planificadores de misiones puedan proteger a los exploradores humanos.

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