Marte, en el punto de mira de la industria española

Análisis infoespacial.com Por Juan Pons.-

La presencia humana sobre la superficie de Marte es el próximo gran reto de la exploración espacial internacional. A diferencia del ya superado antagonismo espacial entre Estados Unidos y la desaparecida Unión Soviética ?que provocó que ambas superpotencias protagonizaran una desaforada carrera por alcanzar la Luna durante la década de los 60?, la exploración tripulada del Planeta Rojo se va a desarrollar bajo la premisa de la cooperación internacional. Al menos, esos son las intenciones a fecha de hoy, insistentemente reiteradas en los últimos días.

El desafío es de tal magnitud, que Washington y Moscú han llegado a la conclusión de que tienen que aunar y coordinar sus voluntades, único modo de poder asumir los impresionantes esfuerzos tecnológicos y económicos con los que afrontar las aspiraciones de la humanidad de poner los pies sobre el planeta rocoso más alejado del Sol.

Para dar los pasos necesarios en la dirección correcta, China, Japón, India y los países que integran la Unión Europea se han coaligado en torno a Estados Unidos y Rusia, líderes indiscutibles en el conocimiento del espacio. El primer hito que la comunidad internacional se ha propuesto, pasa por conocer con el máximo grado de detalle las mil y una singularidades de un astro extremadamente hostil para la vida humana. Y en eso estamos.

Hasta que llegue el momento de enviar una misión tripulada a Marte, el conjunto de las agencias espaciales de las grandes potencias, incluida la Agencia Espacial Europea (ESA), tienen en marcha un amplio abanico de programas robóticos de exploración, orientados a conocer lo que encierra la superficie y el subsuelo de Marte, con el máximo grado de detalle posible. Así se acordó en las distintas reuniones al más alto nivel celebradas en Bruselas (Bélgica) en el otoño de 2010.

En la actualidad, son tres las sondas que orbitan alrededor de Marte: las norteamericanas Mars Reconnaissance Orbiter y Mars Odyssey, y la europea Mars Express. A ellas se unen unos cuantos vehículos que, en los últimos años, se han posado sobre la superficie del Planeta Rojo, entre ellos los todoterreno norteamericanos Spirit y Opportunity y la sonda de superficie Phoenix. Pero son muchos más los que están preparados para viajar hasta allí en un futuro próximo.

Hay que precisar que el despegue de las sondas espaciales que se envían al Planeta Rojo se concentra en determinados periodos de tiempo plurianuales. Y es que las agencias espaciales aprovechan aquellos momentos en que las órbitas de la Tierra y Marte están más próximas. Aún así, las sondas deben viajar alrededor de 400 millones de kilómetros, lo que conlleva una navegación interplanetaria no inferior a seis meses.

Dentro de las iniciativas internacionales de exploración robótica de Marte programadas o ya en marcha, España y su industria espacial participan de forma directa en cuatro importantes misiones: la europea Mars Express, la europeo-norteamericana ExoMars, la norteamericana Mars Science Laboratory y la rusa Fobos-Grunt.

En órbita con la Mars Express

Mars Express fue la primera misión interplanetaria del programa de exploración científica a largo plazo de la ESA, y también la primera misión marciana europea. Con una pequeña aportación científica de Rusia, su principal objetivo consiste en buscar agua debajo de la superficie marciana.

Lanzada en junio de 2003, la sonda europea alcanzó la órbita marciana a finales de diciembre de ese mismo año. Desde entonces, la aportación científica de Mars Express ha sido de tal importancia que la misión se ha prorrogado hasta en cinco ocasiones. En la actualidad, el final de la misión está programado para el 31 de diciembre de 2014, fecha que será revisada en 2012.

Con un presupuesto inicial de 150 millones de euros, la participación industrial nacional  española fue de alrededor del 6 por 100 y corrió a cargo de Astrium CRISA, EADS CASA Espacio, GMV y Thales Alenia Space España, junto con la aportación científica del Instituto de Astrofísica de Andalucía, la Universidad Politécnica de Cataluña, el Centro de Astrobiología y el Centro de Biología Molecular, ambos en Madrid.

GMV llevó a cabo el análisis de misión y el desarrollo del sistema de mecánica orbital y, en la actualidad, sus ingenieros y técnicos apoyan todavía las operaciones que ejecuta la sonda. CASA Espacio diseñó y construyó la antena de alta ganancia, cuya misión es enviar los datos obtenidos por los instrumentos a bordo a los centros de control de tierra.

La filial española de Thales Alenia Space materializó los transpondedores, equipos responsables de mantener las comunicaciones entre la plataforma espacial y la Tierra. Y CRISA desarrolló el equipo electrónico de navegación estelar, encargado de conocer la posición relativa de la sonda en el espacio y velar por ajustar en todo momento el rumbo correcto.

Un proyecto en asociación con la NASA

Pero si hay una misión marciana en la que la industria española tenga un papel destacado, esa es la inminente misión Mars Science Laboratory (MSL), que la NASA pondrá en órbita a finales de 2011, siempre que la Agencia norteamericana resuelva los problemas de financiación adicional que envuelven la misión. Y es que MSL tenía que haber costado unos 650 millones de dólares, y los costes ya superan los 2.400 millones de dólares.

La finalidad de MSL es examinar las rocas y la atmósfera del Planeta Rojo para determinar la distribución y circulación del agua y del dióxido de carbono. El protagonista indiscutible de esta labor es el vehículo todo terreno Curiosity, que ha sido fabricado en Pasadena (California) por el prestigioso Jet Propulsion Laboratory (JPL), y cuyo descenso sobre Marte se espera para agosto de 2012.

Si tanto los orbitadores MRO como Mars Odyssey permanecen en servicio en esa fecha, seguirán la entrada en la atmosfera marciana de Curiosity, y transmitirán los datos a la Tierra a más de 8.000 bits/s.

La aportación española se centra en una sofisticada estación medioambiental de sensores denominada REMS (Rover Environmental Monitoring Station), y en una avanzada antena de comunicaciones de alta ganancia (HGAS), equipos que ya han sido entregados al JPL e integrados en el Curiosity.

Fruto de un acuerdo suscrito en 2006 entre el JPL y el Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), EADS CASA Espacio ?con la participación de SENER y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)?, ha sido la responsable de concebir y desarrollar la sofisticada antena de alta ganancia.

La HGAS servirá para evitar que un satélite esté expectante en órbita alrededor de Marte, con la finalidad de recibir la señal del Curiosity y luego retransmitirla a la Tierra. Instalada sobre el propio vehículo explorador, la característica principal de la antena HGAS radica en que muy potente y es orientable, lo que permite el enlace directo con las estacionas terrenas.

Esto hace innecesario que el rover tenga que cambiar de posición para buscar la orientación de la Tierra. Esta singularidad también conlleva un importante ahorro de energía, al no ser necesario que el vehículo tenga que utilizar sus baterías para moverse.

Dadas las extremas temperaturas que imperan en la superficie de Marte, la antena ha sido concebida para que pueda funcionar en el rango de temperaturas comprendido entre +40º y -130º C.

El diseño de la HGAS está basado en la tecnología de radiadores impresos en banda X desarrollada por CASA Espacio. Junto con la compañía española, que ha actuado como contratista principal, SENER ha desarrollado los complejos mecanismos de apuntamiento, sujeción y despliegue. El INTA ha llevado a cabo los ensayos.

La estación medioambiental REMS es uno de los diez equipos científicos que viajan a bordo del Curiosity. Con una masa de tan sólo 1,3 kilos, Astrium CRISA ha sido el responsable técnico e industrial del instrumento. Su labor ha consistido en definir y asegurar el resultado final de la estación medioambiental, la ingeniería del sistema, velar por las especificaciones y funcionamiento de los sensores, desarrollar la plataforma mecánica y, como especialidad de CRISA, desarrollar la Unidad Electrónica de Control. La aportación nacional supone una inversión total de 23,5 millones de euros.

El REMS está conformado por un conjunto de instrumentos que registrarán la radiación ultravioleta, la temperatura, presión y humedad relativa del aire, la temperatura del suelo, así como la velocidad y dirección del viento. Instalado sobre un mástil, captará datos a un ritmo de un registro por segundo durante periodos de 5 minutos, datos que se enviarán a la estación terrena situada en el Centro de Astrobiología de Madrid.

Sus registros servirán para verificar el potencial biológico de la zona de exploración, investigar los procesos que ocurren en su superficie y entender el ciclo del agua en Marte. Para la NASA es muy importante medir los niveles de radiación ultravioleta que llegan a la superficie del planeta, ya que ayudarán a evaluar su letalidad para la vida y, muy especialmente, para los astronautas que en un futuro puedan desembarcar en el Planeta Rojo. Tanto la antena HGAS como el REMS serán los dos primeros equipos españoles que se posarán sobre Marte.

ExoMars, una misión que ya vislumbra el final del túnel

Otro programa en el que toma parte España y su industria es ExoMars, un ambicioso proyecto cuyo objetivo es encontrar rastros de vida en el Planeta Rojo. A diferencia de Mars Express, ExoMars forma parte del programa opcional de la ESA, lo que significa que cada país miembro de la Agencia europea decide su grado de contribución económica y, en consonancia, su implicación científica e industrial.

Desde su aprobación por los ministros europeos en diciembre de 2005, ExoMars ha sufrido numerosos sobrecostes y retrasos, lo que generó serias amonestaciones para Italia, que había solicitado y recibido la dirección del programa. Inicialmente concebido como un proyecto exclusivamente europeo, el programa quedó encauzado en 2009, cuando se consolidó como una iniciativa conjunta de la NASA y la ESA.

Con un presupuesto global del orden de los 1.000 millones de euros –incluidos 150 millones para las tareas de operación?, Italia continua liderando el proyecto, ya que aporta el 35% del presupuesto europeo. España contribuye con una suma en torno a los 58,3 millones de euros, lo que supone alrededor del 6,9% de la participación europea.

El acuerdo de la ESA y la NASA obligó a reconfigurar los planes europeos, que contemplaban el envió de un solo rover hasta la superficie de Marte. Finalmente, ExoMars ha quedado conformado por dos misiones, que volarán a Marte en dos fechas distintas: una en 2016 y otra en 2018.

La misión de 2016 consistirá en una sonda espacial repleta de instrumentos para estudiar la atmosfera marciana y, principalmente, detectar la presencia de metano, uno de los signos de existencia de vida. Otras misiones robóticas anteriores han encontrado trazas de metano, pero la falta de instrumentos adecuados ha impedido ir más allá en las investigaciones. Investigadores españoles tienen un importante papel en el espectrómetro que detectará la importancia del metano en Marte.

Bautizada la ExoMars Trace Gas Orbiter, la misión de 2016 también incorpora un módulo europeo de demostración tecnológica de descenso y aterrizaje denominado EDM (Entry, Descent and Landing on Mars). Tendrá una masa de 600 kilos y un diámetro de 2,4 metros, aunque todavía no se ha concretado la carga científica que incorporará.

La española EADS CASA Espacio es la empresa responsable de materializar el escudo protector con forma de cono. SENER asume el desarrollo de la estructura deformable que debe absorber los impactos en el choque con la superficie marciana. RYMSA, otra firma española, está a la espera de poder aportar su saber hacer en las antenas que viajen en el módulo de descenso.

La misión que rematará el programa ExoMars volará en 2018. Consiste en dos vehículos todo terreno, uno de la NASA y otro de europeo. El norteamericano se llama Mars Astrobiology Explorer, un complejo laboratorio de astrobiología capaz de recoger muestras del suelo marciano. Con una masa de 340 kilos, es el doble de pesado que Spirit y Opportunity (173 kilos) pero mucho más ligero que el Curiosity (965 kilos).

El europeo incorpora un avanzado laboratorio y una singular taladradora con capacidad para perforar hasta 2 metros de profundidad. Dado que en las capas superficiales del planeta rojo es evidente que la radiación ultravioleta, la radiación cósmica y los efectos de los meteoritos han extinguido la vida, la labor del rover es intentar descubrir si en el subsuelo de Marte existen microorganismos o, en su defecto, sí en algún tiempo pasado hubo signos de vida.

Las principales empresas españolas que trabajan para la misión de ExoMars son GMV, que ejerce un papel relevante en el centro de control de operaciones del vehículo todo terreno, cuya dirección recae en Italia. GMV aportará un importante volumen de software para llevar a cabo las operaciones del vehículo marciano europeo, y dar las órdenes de proceder a sus distintos instrumentos. SENER trabaja en los complejos mecanismos telescópicos que permiten prolongar la taladradora hasta los dos metros de profundidad.

A la espera de poder ofertar diferentes paquetes de trabajo se encuentra EADS CASA Espacio, que aspira a fabricar parte de la estructura del vehículo marciano. Este es también el caso de Astrium CRISA, que ha presentado varias ofertas relativas a control de potencia de los ordenadores de a bordo. La madrileña Deimos anhela posicionarse en los aspectos relativos a análisis de misión, orbitas e inserción en órbita, así como en el apoyo a las operaciones, que es responsabilidad de Thales Alenia Space Italy. Deimos, al igual que la catalana GTD, también busca alzarse ganadora de diferentes paquetes de software.

Un científico español lidera el instrumento Raman Laser Spectrometer, encargado de determinar la composición mineralógica y química de las muestras tomadas en la superficie marciana, sin necesidad de entrar en contacto con las muestras. El Raman está constituido por un cabezal óptico, un espectrómetro con un CCD y una unidad de control.

SENER lleva a cabo la ingeniería de sistema del instrumento, la dirección técnica de desarrollo del instrumento, el análisis de actuación del instrumento, así como su definición y especificaciones. El Raman Laser Spectrometer está siendo desarrollado por un consorcio internacional liderado por el Centro de Astrobiología del INTA, en el que participan empresas y universidades de Alemania, Francia y otros países. Para el Ministerio español de Ciencia e Innovación, el espectrómetro Raman es una de sus prioridades científicas.

A bordo de una misión marciana rusa

España también estará a bordo de Fobos-Grunt, la gran misión marciana de Rusia, que despegará a finales del presente año y llegará a la órbita marciana en octubre de 2012. La misión rusa se volcará en la investigación de Fobos ?una de las dos lunas del Planeta Rojo? y transportará un módulo de descenso denominado MetNet, que pretende tomar medidas meteorológicas de la superficie de Marte. España, en concreto el INTA, en estrecha colaboración con Finlandia, colabora en MetNet en el desarrollo de cuatro pequeños instrumentos.

Lo más importante de la misión Fobos-Grunt es investigar si los meteoritos que bombardearon el planeta depositaron microorganismos que pudieron propagar la vida por los diferentes astros del Sistema Solar. La cápsula incorpora en su interior un experimento con microorganismos que, denominado LIFE y concebido junto con The Planetary Society, llevará hasta Fobos diversas bacterias inactivas y desecadas. Logrará el éxito si consigue recoger 200 gramos de muestras y traerlas de regreso a la Tierra, a la que llegarían en el verano de 2013.

Con una masa de 13 toneladas, la sonda Fobos-Grunt está siendo desarrollada por la sociedad rusa NPO Lavochkin. En el mismo cohete que pondrá en órbita a Fobos-Grunt volará también la sonda china Yinghuo-1, un mini satélite de 115 kilos que pretende estudiar la interacción entre el irregular campo magnético marciano y el viento solar. Fobos-Grunt será la primera misión rusa a Marte desde el fracaso de la sonda Mars 96, en noviembre de 1996.

La industria española también ha efectuado estudios conceptuales relacionados con Marte, Por ejemplo, GMV lideró un proyecto para la ESA denominado “Armada”, del que ha sido responsable del diseño y desarrollo del software. Se trataba de diseñar un sistema rotor capaz de funcionar en planetas con atmósfera, como Marte y Venus.

Las sondas y vehículos que permanecen sobre Marte

Además de la sonda europea Mars Express, otras dos plataformas de la NASA sobrevuelan Marte: se trata de la Mars Odyssey y la Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Esta última surcó el espacio en agosto de 2005, llegó a la órbita marciana en marzo de 2006, y ha logrado levantar un mapa detallado de los depósitos de hielo glaciar existentes bajo el hemisferio norte marciano, depósitos que se extienden cientos de kilómetros y se encuentran cubiertos por una fina capa de rocas. El resultado es que la MRO ha visto ampliada su misión varios años más.

Respecto a Mars Odyssey, despegó en abril de 2001 y ya lleva más de 3.300 días estudiando el clima y levantando un completo mapa de la superficie del Planeta Rojo.

Y sobre la superficie del Planeta Rojo se encuentra la sonda Phoenix (ya fuera de servicio), los vehículos todo terreno Spirit (también fuera de servicio) y Opportunity, que todavía sigue su labor investigadora, aunque a bajo ritmo.

Lanzada en agosto de 2007, Phoenix se posó en Marte en mayo del año siguiente. Tras funcionar durante 125 días, en agosto de 2008 pereció a las bajas temperaturas reinantes, cuando quedó cubierta por una capa de hielo de dióxido de carbono. Finalmente, la NASA dio por perdido a Phoenix en mayo de 2010. Su principal aportación fue descubrir la presencia de hielo de agua a escasos centímetros de la superficie marciana y verificar que los principales depósitos de hielo marciano se encuentran en las regiones polares.

El vehículo marciano Opportunity todavía se encuentra explorando la superficie de Marte, según atestiguan las imágenes tomadas a principios de marzo por la sonda espacial MRO. Lanzada el 25 de junio de 2003 y depositada sobre Marte el 25 de enero de 2004, su misión debía prolongarse por espacio de tres meses. Pero ha superado con creces su misión y ya es la máquina humana más longeva que jamás ha pisado Marte, superando el periodo de vida de la Viking 1.

Además, a finales de marzo de 2010 Opportunity superó los 20 kilómetros recorridos sobre la superficie marciana. Por el contrario, el Spirit, el gemelo de Opportunity, mantuvo su última comunicación con la Tierra el 22 de marzo de 2010. Desde entonces, nada se sabe. Y eso que la carrera por llegar a Marte no ha hecho más que empezar.