Ya han comenzado las pruebas de lo que sería el esfuerzo más sofisticado jamás realizado en el Planeta Rojo: traer muestras de rocas y sedimentos desde Marte a la Tierra para un estudio más detenido.

La campaña Mars Sample Return comenzó cuando el rover Perseverance de la NASA aterrizó en Marte en Febrero pasado para recolectar muestras de rocas marcianas en busca de vida microscópica antigua. De los 43 tubos de muestra de Perseverance, cuatro se han llenado con núcleos de roca y uno con atmósfera marciana. Mars Sample Return busca traer tubos selectos de regreso a la Tierra, donde generaciones de científicos podrán estudiarlos con un poderoso equipo de laboratorio demasiado grande para enviarlo a Marte.

Llevar esas muestras a los laboratorios terrestres llevaría una década e involucraría a socios europeos y múltiples centros de la NASA. La ESA (la Agencia Espacial Europea) está desarrollando un rover en colaboración con ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio, que están diseñando sus ruedas. El rover transferiría muestras a un módulo de aterrizaje, que se está desarrollando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, que usaría un brazo robótico (desarrollado por la ESA) para empaquetar las muestras en un pequeño cohete, llamado Mars Ascent Vehicle, diseñado por el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama.

El cohete se lanzaría desde el módulo de aterrizaje para llevar la cápsula de muestra a una nave espacial de la ESA que orbitaría Marte. Dentro del orbitador, la cápsula estaría preparada para ser enviada a la Tierra mediante el hardware que está desarrollando un equipo dirigido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Esta preparación incluiría sellar la cápsula de muestras dentro de un contenedor limpio para atrapar cualquier material marciano en el interior, esterilizar el sello y colocar el contenedor sellado en una cápsula de entrada a la Tierra antes del viaje de regreso a la Tierra.

El Lander

Para desarrollar el módulo de aterrizaje, así como el sistema que ayudaría a lanzar el cohete cargado de muestras desde él, los ingenieros del JPL de la NASA se basan en una larga historia de exploración de Marte: el JPL ha liderado nueve aterrizajes exitosos en Marte, incluidos rovers y módulos de aterrizaje estacionarios. Pero el Sample Retrieval Lander sería la nave espacial más grande y pesada de su tipo que jamás haya ido a Marte, y el Mars Ascent Vehicle que se lanzaría desde allí sería el primer cohete disparado desde otro planeta.

Aquí es donde entran las pruebas.

Para transportar y lanzar el Mars Ascent Vehicle, el módulo de aterrizaje debe ser una plataforma resistente, con un peso de aproximadamente 2,400 kilogramos, casi el doble que Perseverance, que se bajó a la superficie marciana con cables propulsados por cohetes. El Sample Retriever Lander no tendría un jet pack; sus patas tendrían que absorber el impacto del aterrizaje, confiando en retrocohetes para ralentizar su descenso, similar a las recientes misiones de aterrizaje en Marte como InSight y Phoenix.

Es por eso que Pavlina Karafillis ha dejado caer un prototipo de módulo de aterrizaje, repetidamente, en un espacio similar a un almacén en JPL. Como ingeniera de pruebas para las patas del Sample Retrieval Lander, ella y sus colegas han estado usando cámaras de alta velocidad para observar cómo las patas de este prototipo chocan contra una base. Las marcas similares a códigos QR en cada uno de las "patas" del prototipo ayudan a las cámaras a rastrear el movimiento de las patas. El equipo utiliza video en cámara lenta para actualizar continuamente sus modelos de computadora, lo que les ayuda a comprender cómo se dispersaría la energía por todo el módulo de aterrizaje.

"El último paso del viaje es realmente importante", dijo Karafillis. “Hay todo tipo de condiciones de aterrizaje que debes tener en cuenta, como rocas, arena muy blanda o entrar en ángulo. Por eso tenemos que hacer todas estas pruebas".

Karafillis y sus colegas han comenzado con un prototipo de aproximadamente un tercio del tamaño de lo que sería la nave espacial real; un prototipo más ligero es una forma de aprender cómo se movería el diseño final del módulo de aterrizaje en la baja gravedad de Marte. Más adelante en el programa, también lanzarán un módulo de aterrizaje a gran escala.

El Cohete

Sobrevivir al aterrizaje es solo parte del desafío: el lanzamiento seguro del cohete de dos etapas de nueve pies de 2.8 metros de largo que se ubicará sobre la cubierta del módulo de aterrizaje añade otro nivel de dificultad. La gravedad de Marte es un tercio de la de la Tierra, y el peso del cohete, combinado con su escape, podría hacer que el módulo de aterrizaje se deslice o se incline.

Para ello, los ingenieros han concebido un sistema para lanzar el cohete justo antes de que se encienda. Todo el proceso ocurrirá muy rápido, lanzando el cohete a una velocidad de 5 metros por segundo.

Durante las pruebas, una plataforma equipada con pistones de gasolina lanzó un cohete simulado de 400 kilogramos a 3,3 metros de altura, unos cables suspendidos de una torre de 13 metros de altura descargaron más de la mitad del peso del objeto de prueba para simular la gravedad marciana.

Este sistema, conocido como sistema de Liberación de Punta Controlada Expulsada Verticalmente (VECTOR), también agrega una ligera rotación durante el lanzamiento, que lanza el cohete hacia arriba y lejos de la superficie marciana.

"El lanzamiento con VECTOR significa que el módulo de aterrizaje podría estar orientado en la dirección incorrecta en una pendiente, y aún así podríamos lograrlo", dijo Chris Chatellier, ingeniero jefe del sistema en JPL.

Chatellier y su equipo han realizado 23 pruebas este año, cambiando la masa y el centro de gravedad del cohete. También agregaron resortes a la parte inferior de su módulo de aterrizaje, observando cuánto "rebote" creaba el sistema de lanzamiento. El año que viene, lanzarán un cohete más pesado y más alto.

"Estamos en el camino correcto", dijo Chatellier. "Nuestro análisis y los modelos previstos se acercaron mucho a lo que vimos en las pruebas".

Mars Sample Return (MSR) de la NASA revolucionará nuestra comprensión de Marte al devolver muestras seleccionadas científicamente para su estudio utilizando los instrumentos más sofisticados del mundo.

Esta asociación estratégica de la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea) será la primera misión en traer a la Tierra muestras de otro planeta, incluido el primer lanzamiento y retorno desde la superficie de otro planeta. Se cree que estas muestras recolectadas por Perseverance durante su exploración de un antiguo río-delta son la mejor oportunidad para revelar la evolución temprana de Marte, incluido el potencial de vida.