viernes, 30 de noviembre de 2007

RUMBO A MARTE


Quienes estén un poco familiarizados con la cultura humana sabrán que Marte siempre ha ejercido una especial fascinación sobre ellos. Tanto como para imaginar las cosas más estrafalarias, como que el planeta está habitado por hombrecillos verdes cuya mayor ambición en la vida es destruir a los humanos (una pena que sólo sea una fantasía), o que alguna raza largamente olvidada se dedicaba a construir enormes caras humanas sobre el suelo para que pudieran ser vistas desde la Tierra (porque, por supuesto, los humanos siempre son el único interés y centro de atención de las razas largamente olvidadas, los visitantes de otros mundos y entidades similares).


La guerra de los mundos

Hace tiempo que los humanos han dejado de imaginar hombrecillos verdes trotando por las llanuras marcianas. Lo que se imaginan ahora son humanos trotando por las llanuras marcianas. Y es que por fin están empezando a asumir que lo que le han hecho a la Tierra tiene difícil solución, así que cada vez dedican más tiempo a pensar en un plan de huida para el momento en el que no se pueda vivir en ella. De modo que las fantasías concernientes a Marte de hoy día se centran en cómo conquistar y poblar el planeta.


Fotos de Marte captadas por el telescopio espacial Hubble

Pero, por supuesto, esto es más fácil de decir que de hacer. De momento se conforman con mandar sondas y robots exploradores, y con intentar desarrollar un vehículo tripulado que vaya hasta Marte y luego vuelva. Sabiendo que ya hace bastante tiempo que consiguieron llegar a la luna (o eso dicen ellos), parece lógico pensar que lo de volar a Marte no debería suponerles muchas más complicaciones. Pero las apariencias engañan. Marte puede encontrarse, dependiendo del momento, a una distancia de entre 58 y 402 millones de kilómetros de la Tierra, mientras que el apogeo de la luna se encuentra «sólo» a unos 405.700 kilómetros.


Spirit Lander sobre la superficie de Marte

Suponiendo que el viaje se hiciera en las condiciones más favorables, aún habría que invertir mucho tiempo y mucha energía para llegar hasta Marte. En el hipotético caso de un viaje tripulado de un año de duración, las opciones de propulsión que hay disponibles en estos momentos no permiten demasiado optimismo, al menos a corto plazo. Con los motores de propulsión química de toda la vida harían falta unas ¡3000 toneladas! de combustible, y 47 lanzamientos para construirlo en órbita… no demasiado factible. Un sistema mixto solar/químico mejoraría bastante estas cifras, pero no lo suficiente. La propulsión nuclear térmica podría cumplir la misión con sólo 685 toneladas de masa inicial y 23 lanzamientos, lo que hace que sea la solución más factible a corto plazo.


Motor térmico nuclear NERVA de la NASA

Aun así, un año en el espacio interplanetario es demasiado tiempo para cualquier humano (o chorlito), por dos problemas principalmente: la ausencia de gravedad y la radiación. Si bien Valery Polyakov demostró, tras una permanencia en la estación espacial MIR de 437 días, que un humano puede trabajar en el espacio y sobrevivir sin gravedad durante bastante tiempo, el tema de la radiación sigue siendo peliagudo. Todas las misiones espaciales tripuladas hasta la fecha se han realizado en el entorno cercano de la Tierra, donde la propia Tierra y su campo magnético actúan como un escudo muy eficaz frente a las distintas radiaciones perjudiciales que inundan el espacio. Un viaje a Marte supondría exponer el vehículo a niveles muy altos de radiación.



El Cohete de Magnetoplasma de Impulso Específico Variable (VASIMR), aún en desarrollo, podría proporcionar una solución tanto al problema de la radiación como al de la duración del viaje. El plasma es el cuarto estado de la materia, un gas a una temperatura tan alta que los átomos pierden su estructura, y la sustancia en cuestión se transforma en una especie de «sopa» de partículas cargadas eléctricamente a una temperatura de decenas de miles –e incluso millones– de grados, con carga total neutra. Ningún material conocido puede contener un flujo de plasma, aunque, afortunadamente, un campo magnético sí que puede hacerlo.




El VASIMR utiliza un campo eléctrico para ionizar y acelerar el combustible (hidrógeno o deuterio), convirtiéndolo en plasma, que a su vez se dirige en la dirección correcta con la ayuda de un campo magnético, proporcionando empuje. Para un viaje largo, como una misión a Marte, sería necesario equipar este sistema con un generador nuclear que proporcionara la energía necesaria para crear dichos campos. Para otras aplicaciones menos exigentes, unos paneles solares serían suficientes.




Según sus diseñadores, este motor permitiría realizar un viaje a Marte de menos de tres meses de duración. Además, el hidrógeno líquido funciona muy bien como escudo contra las radiaciones, así que los propios tanques de combustible podrían proteger a la tripulación. Otra ventaja de este motor es que, a diferencia de los de propulsante líquido convencionales, que sólo producen empuje durante cortos períodos de tiempo, el VASIMR podría proporcionar aceleración continua (tiene un consumo muy bajo), de modo que habría algo así como un sistema de gravedad artificial a bordo (aunque la aceleración sería baja: para un empuje de 100N en una nave de 800kg, produciría una «gravedad» de 0,0127 g’s). También, como su propio nombre indica, puede variar el empuje y el impulso específico producidos (a potencia constante) en función de las exigencias de la misión; una enorme ventaja frente al resto de motores cohete, ya que permite un mejor aprovechamiento de la energía.



El VX-200, un prototipo a escala real, será probado el próximo enero, y, si todo va bien, se desarrollará el VF-200, una versión de vuelo que trabajará en la ISS para ayudar a mantenerla en órbita.

Asumiendo que el VASIMR u otra cosa parecida saliera adelante, y que los humanos pudieran viajar hasta Marte, una vez allí aún tendrían otro problema grave: ¿cómo volver a la Tierra (que, por desgracia, querrán hacerlo)? Las posibilidades que se barajan son varias, pero casi todas se basan en utilizar los recursos del propio Marte para hacerlo, ya que ahorraría tener que transportar lo necesario desde la Tierra. Y, desgraciadamente, aunque la gravedad en Marte es una tercera parte de la de la Tierra, siguen necesitándose motores de gran empuje para escapar de ella. Esto reduce el campo de maniobra únicamente a motores cohete químicos o nucleares. Como posibles combustibles se plantean el CO2 (la atmósfera de Marte está compuesta en un 95,7% de este gas) y el metano (no tan abundante, pero obtenible a partir de CO2).


El avión Ares de la Nasa, diseñado para estudiar la atmósfera de Marte

Como veis, los humanos llevan trabajando en el tema del viaje a Marte desde antes de poner un pie en la luna (los rusos comenzaron a planteárselo cuando vieron que los americanos iban a llegar a la luna antes que ellos). Conociéndoles lo conseguirán tarde o temprano… probablemente más tarde que temprano, porque en estas cosas la política siempre está por medio, y aunque anteriormente la guerra fría benefició bastante a la carrera espacial, hoy en día parece que la tendencia es totalmente contraria. Aunque, quién sabe, siempre puede ocurrir que Estados Unidos se pique con China (comunistas y camino de convertirse en una gran potencia… una amenaza palpable para la forma de vida estadounidense, como todos sabemos), y que se embarquen en otra guerra fría o algo parecido. Yo tendré preparadas las palomitas, por si acaso.


Marvin el marciano y su perro

Agradecimientos: al profesor D. J.J. Salvá Monfort, de la ETSIA, por la información sobre las opciones del viaje tripulado a Marte y los recursos utilizables para el regreso.


22 piopíos:

Agus dijo...

Jopé Lyd!!!! ahora si que me siento un chorlito de verdad con este artículo....parece sacado del CERN de Suiza. En cualquier caso, y como siempre, está genial.

Ambros dijo...

La realidad suele superar a la ficción. En realidad, se ha estudiado seriamente que los astronautas no vuelvan. Parece que seria mas barato, y menos peligroso, mandarles alimentos y material a Marte durante los años que sobrevivan a la radiación, los accidentes y demás problemas. Pero dudo muchísimo que cualquier país lo intente. Incluso con voluntarios que no faltarían.

Una anotación magnifica y de lo mas interesante.

4PS_Gizmo dijo...

Moooooooooola!!!

eso si, te aviso que están más locos de lo que parecen estos humanos, sabías que los motores a reacción de combustible nuclear los probaron ya tanto los yankis como los ruskis??

Carlos dijo...

Echaba de menos una entrada en tu blog Lyd, supongo que habrás estado muy liada...

Me ha encantado la entrada!

Sordnay dijo...

Justo el otro día leía que la Nasa ha dado algunos detalles de su plan para mandar una misión tripulada a marte, hacia el año 2032 llegaría el hombre (bueno los americanos) allí.
más info en el blog de maikelnai donde leí la noticia...
Saludos

El Otro dijo...

Parece que estamos cada vez más cerca de Star Trek. No, en serio, los motores de plasma son una buena opción. En cuanto a la vuelta yo tengo otro planteamiento.

Ciertamente lo que más gasto energético por unidad de tiempo requiere es conseguir la velocidad de escape de un planeta.

Salir de la tierra es algo que el ser humano hace constantemente, y más con la estáción internacional ahí arriba. ¿Porqué no plantearse lo mismo para Marte? Será que he visto demasiadas veces Alien y Aliens pero una nave de cierto tamaño podría quedar en una orbita marte-estacionaria ;) y sólo una pequeña nave bajaría y subiría al planeta. Luego, la vuelta a la tierra se podría hacer con la nave grande (o mejor! sólo con la parte imprescindible, dejando el módulo de instrumental en la orbita de Marte para el siguiente viaje)

También me pregunto si el condensado de Bose-Einstein podría tener una aplicación similar a nivel de motores.

Jopes, ¡¡¡yo quiero más charlas de este tipo en persona!!!

El Otro

Lyd dijo...

Hola a todos! Ante todo, quisiera disculparme por haber estado más de un mes sin escribir. Carlos ha dado en el clavo, he estado realmente muy liada, y lo seguiré estando hasta febrero, entre cursos, exámenes, el proyecto y todas esas cosas, aunque haré lo posible para que el blog no se vuelva a quedar tan estancado, porque temas para escribir no me faltan (tengo dos páginas de word enteras llenas de posibles títulos para próximas entradas). Os agradezco un montón a todos que a pesar de la irregularidad de las publicaciones sigáis estando ahí, con ganas de leer lo que escribo.

agus: Sacado del CERN?? Qué exagerado! xD Gracias!

ambros: No tenía ni idea de que se hubieran planteado seriamente la posibilidad de dejarles allí... La verdad es que hay que tenerlos muy bien puestos para aceptar voluntariamente una misión como esa.

gizmo: Sí, por la época de las misiones a la luna. Aunque al final no hubo ningún cohete nuclear que llegara al espacio, principalmente por cuestiones políticas.

carlos: Yo también estaba echando de menos lo de escribir ^^

el Otro: Eso mismo ya se hizo con el Apollo, si recuerdas. A la luna sólo bajó el módulo, y la cápsula quedó orbitando. En cuanto al condensado de Bose-Einstein, la verdad es que el tema se me escapa un poco, no es algo que estudiemos en la escuela.

Y ya sabes que siempre que quieras podemos charlar de estas cosas, yo no tengo ningún problema! :P

El Otro dijo...

Si antes hablo del tema... se ha demostrado el movimiento perpetuo, ¡con el condesado de Bose-Einstein!
Noticia

El Otro

Giz dijo...

los motores a reacción nucleares de los que hablo eran 'atmosféricos', para el B36 y el ruso no recuerdo el nombre...

Sordnay dijo...

El Otro eso de la velocidad de escape es para un objeto balístico cuyo empuje inicial es el único necesario para abandonar el campo de atracción gravitatorio. De echo con compensar la fuerza de atracción que ejerce la tierra (mg) y "un poquito más" bastaría para salir al espacio, que es básicamente lo que hace un globo, los meteorológicos llegan bastante alto, pero llega un momento en que ya no pueden ascender más por la baja densidad del aire.

Lyd dijo...

El Otro: Vaya! Suena muy interesante, la verdad. He leído la noticia. O sea que el condensado de Bose-Einstein viene a ser algo así como el plasma, pero a temperaturas muy muy bajas. Veremos qué pasa dentro de unos años.

Gizmo: Ok, pensaba que hablabas de motores cohete... no me fijé en la parte de "a reacción" :P

Sordnay: La velocidad de escape no se refiere únicamente a una trayectoria balística. Es la velocidad a la que se puede adoptar una trayectoria parabólica que permita escapar del campo gravitatorio terrestre. El hecho de despegar desde tierra o estar orbitando el planeta sólo influye en la velocidad necesaria para entrar en órbita parabólica. Lo expliqué con más detalle hace tiempo, en esta entrada.

Sordnay dijo...

Si entiendo el concepto de velocidad de escape, mi intención era comentar que en realidad no se necesita ninguna velocidad para estar en orbita o salir de ella, solo la justa para que exista desplazamiento*, el concepto de velocidad orbital o de escape, está basado en que actualmente no tenemos otro método para permanecer en el espacio que igualar la energía cinética a la potencial con lo que se obtiene que una fuerza centrifuga que equilibra (si queremos mantenernos en orbita) la fuerza de atracción gravitatoria... si dispusieramos de un motor gravitacional... (na, por ahora estamos aún lejos de comprender por que hay gravedad... por lo que esto es ciencia ficción total)
Pero hay algunos proyectos más realistas como por ejemplo el ascensor espacial, se tiende un cable al espacio a un objeto en orbita geosincrónica y podremos subir por el como si de un ascensor vulgar y corriente se tratase...
http://www.spaceelevator.com/ [eng]
http://es.wikipedia.org/wiki/Ascensor_espacial
Hasta hace poco esto era ciencia ficción, pero gracias a la nanotecnología parece que empieza a ser posible... y según la wikipedia a un coste 10 veces inferior al de la ISS, yo por mi parte solo espero poder ser como el Sr. Tomas, por eso de poder ver para creer :)
Si si, ya se que se le quita la gracia de las alas y todo eso que os gusta a los chorlitos... pero si es cierto que pueden construir ese cable, una vez en el espacio prácticamente libres de gravedad... sería cuestión de acelerar "un poquito" para salir disparados hacia marte, o donde más te plazca!

* hummm ahora que lo pienso sigues consiguiendo la velocidad orbital tan solo por subir en el ascensor ese... por el hecho de aumentar el "radio" y mantenerse la velocidad angular... que tonteria!

Laertes dijo...

¿CO2 como combustible? ¿Seguro? Si no me equivoco el CO2 no se puede combinar con más oxígeno, que es precisamente lo que hace un combustible al quemarlo. Y para romper la molécula se necesita aportar energía, como por ejemplo en la fotosíntesis de las plantas. No veo cómo se puede utilizar como combustible en un cohete químico.

Anónimo dijo...

¡Hola Lyd! Yo también te he hechado de menos...pasaban las semanas y no escribías.
Es la priemera vez que te escribo y eso que te descubrí hace unos meses, pero no tenía nada que añadir para enriquecer tus letras. Solo podía aprender. El lunes encontré este artículo que creo que hará las delicias de tus lectores y de ti:"http://danielmarin.blogspot.com/2007/11/marte-por-cien-mil-millones-de-dlares.html".
La página se llama Eureka.
Me encantan tus entradas y por eso te pido que nos nos hagas esperar tanto a los que te seguimos. Ánimo con el proyecto, exámenes, cursos, etc.
Saludos.
Discoglossus galganoi
P.D. Yo soy un anfibio, un sapillo pintojo iberico por eso os envidio al veros volar.

Lyd dijo...

Sordnay: Lo siento, no sé si entiendo bien tu razonamiento. Para mantenernos en órbita o cambiar de una a otra la velocidad es fundamental, debido a que es precisamente la suma de la energía potencial gravitatoria y la de la energía cinética lo que determina el tipo de órbita. De hecho, es igualando la energía cinética a la potencial como se consigue una órbita parabólica y, por tanto, la velocidad de escape (las ramas de la parábola pueden alejarse indefinidamente del centro de atracción). Si la energía cinética es inferior a la potencial, la órbita resultante es elíptica o circular (el cículo es un caso particular de órbita elíptica), una trayectoria cerrada alrededor del centro de atracción, por lo que el objeto que orbita no podrá nunca escapar de su campo gravitatorio. Y si la energía cinética es mayor a la potencial, lo que tenemos es una órbita hiperbólica, que permite escapar del centro de atracción más rápido que la parabólica (la parabólica es el caso límite entre escapar y no escapar).

Si de lo que se trata es de igualar la fuerza centrífuga a la atracción gravitatoria (¡ojo! date cuenta de que ahora hablamos de fuerzas, no de energías, que no es lo mismo), lo que se obtiene es una órbita completamente circular (y recuerda que, en este caso y como dijimos antes, la energía cinética es menor que la potencial).

Lo del "motor gravitacional" no lo había oído nunca, ¿en qué se basa?
De lo que sí que había oído hablar es del "ascensor espacial". Si consiguen resolver el tema del peso y la resistencia de un hipotético cable de 100.000 km y pico de radio... yo estaré encantada de verlo, desde luego, aunque no tenga alas! xD


laertes: Pues sí, eso es lo que dicen mis apuntes. En concreto, dicen que la reacción de combustión sería CO2 + Mg --> CO + MgO. Es un método propuesto por un tal Shafirovich. Tengo la química un tanto olvidada... Supongo que podría ponerme a hacer cálculos para sacar la energía de la reacción y todo eso, pero qué quieres, ni tiempo ni ganas. Si algún chorlito quiere investigarlo, tiene todo mi apoyo :P

Discoglossus galganoi: Pues me alegro de que te hayas animado a escribir! Ya sabes que en este blog los humanos no están muy bien considerados, pero nadie tiene nada en contra de los anfibios! xD Le he estado echando un ojo al enlace que pusiste. No se ve muy bien, supongo que te referías a esto. Tenías razón, me ha gustado mucho la página, está muy interesante.

A ver si consigo ser un poco más constante con los artículos, que a mí tampoco me gusta teneros esperando tanto tiempo...

Laertes dijo...

Tienes razón lyd, buscando buscando he encontrado Reaction of magnesium with carbon dioxide.
Pero la reacción que apraece es diferente:

2Mg + CO2 = 2MgO + C

Gangrolf dijo...

Muy divulgativo. Enhorabuena Lyd ;)

Lyd dijo...

laertes: No sé si pueden darse reacciones distintas a partir de los mismos compuestos... puede que una de las dos sea errónea, pero por lo menos ya sabemos que es posible quemar magnesio en una atmósfera de CO2 :)

Gangrolf: Gracias! Y gracias por pasarte por aquí!^^

Azena dijo...

m'ha'ncanta'o...

El Otro dijo...

Dios, ¡¡quema de Mg con CO2!! Os odio a todos. No por nada sino porque mi cerebro se queda pequeño en comparación con mis ansias y el tiempo es un factor negativo. Aún recuerdo la época de la univeridad dónde adquiría conocimiento casi por osmosis....

Estudio espectrográfico de la combustión de partículas solitarias de magnesio en el aire y en dioxido de carbono

Un resumen.

El Otro

Ps. ¿Esto podría llevarnos a un ciclo beneficioso para el medio ambiente?

2Mg + CO2 = 2MgO + C

Si se pudiera recombinar con agua y conseguir C3H8 (propano)

3C + 4H2O = C3H8 + 4O2

Luego quien sabe (sí, además de las mates la química me gusta aunque soy aún más patan que con las mates)

Lyd dijo...

Vaya, con tantas historias que tengo en la cabeza casi os descuido! Si es que la confianza da asco...

Azena: Gracias por el comentario! Me encanta que te pases por aquí, de verdad, y que encuentres interesantes los artículos... teniendo en cuenta que tú no eres una friki de los aviones y esas cosas, tiene mucho mérito que te los leas ;)

El Otro: La verdad es que la química nunca fue santo de mi devoción y la tengo además bastante olvidada (tuve un profesor de química muy malo que me hizo cogerle manía). Pero creo que tu pequeña investigación ha servido para corroborar que la fórmula que puso laertes es la correcta ;)

monsieur le six dijo...

Siempre me ha interesado este tema, y el artículo me ha parecido fabuloso, como todo el blog, que es muy rigurosamente científico a la par que ameno.

La verdad es que de todos los inconvenientes sin duda el peor es el tema del despegue. Los demás temas más o menos se podrían solucionar, pero salir de allá no es fácil porque sólo dispones de tu módulo de aterrizaje más algunos aportes que te puedan lanzar por separado desde arriba, y no tienes una base como la de Cabo Cañaveral o la de la Guayana Francesa con todas sus comodidades para hacer el despegue.

En cualquier caso lo de llegar allí en los años 30 no se lo cree nadie. Fíjate en qué año estamos y hasta la propia ISS tiene dificultades para mantenerse como proyecto, ya no hablemos de la base lunar (que convendría realizar antes) y del viaje a Marte. Una pena, porque me hubiera gustado vivir la época de la llegada, pero creo que la veré ya de muy mayor.



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