Despega ExoMars, la nueva era de exploración europea en Marte

El orbitador TGO (a la izquierda) soltará el próximo 19 de octubre el módulo Schiaparelli (a la derecha) para que ponga a prueba diversas tecnologías durante su descenso a la superficie marciana. / ESA

Cuando en 1877 el astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli dibujó un mapa con los ‘canales’ de Marte, poco podía imaginar que una nave llevaría su nombre al planeta rojo casi 140 años después. El módulo de descenso Schiaparelli y el orbitador TGO (Trace Gas Orbiter) son los dos componentes de Exomars 2016, una misión que la Agencia Espacial Europea (ESA) y la rusa Roscosmos han lanzado hoy a las 10:31h (hora peninsular española) en un cohete Protón desde el cosmódromo de Baikonur (Kazajistán). El lanzador tardará más de 10 horas en poner la nave en su trayectoria correcta.

“Es difícil expresar con palabras la emoción que sentimos tras doce años de trabajo”, explica a Sinc Silvia Bayón, ingeniera de sistemas del satélite Exomars, quien conoce bien los avatares por lo que ha pasado la misión: “Inicialmente era solo europea, luego cambió a una cooperación con NASA en la se pasó de una arquitectura única a dos separadas –una en 2016 y otra en 2018–,  y finalmente hubo que cambiar a la colaboración con Roscosmos (Rusia), y en todo este proceso el diseño de la misión y el satélite han variado bastante, así como los análisis de los diversos lanzadores (Ariane, Atlas, Protón)”.

El aspecto tecnológico es uno de los más importantes de ExoMars, ya que se ha lanzado la nave más grande enviada hasta ahora a Marte por la ESA, con más de 3.700 kg de masa (incluyendo los 3.130 de TGO y los 600 kg de Schiaparelli). Por comparar, Mars Express tenía una masa en el lanzamiento de 1.000 kg. También es la primera vez que se utiliza una arquitectura en la que una sonda despliega un aterrizador, desde que en la década de los 70 se hiciera con las misiones Viking de la NASA.

Secuencia de descenso del módulo Schiaparelli prevista para el próximo 19 de octubre. / ESA/ATG medialab

Está previsto que el próximo 16 de octubre se separare el módulo Schiaparelli de descenso y entrada (también llamado EDM) del orbitador TGO, que tres días después hará una maniobra –de unas dos horas y en la que se consumirá la mitad del combustible– para insertarse en la órbita de Marte. Justo ese día, el 19 de octubre, se posará Schiaparelli en la superficie marciana.

El objetivo de este módulo de descenso es demostrar tecnologías para la reentrada en la atmósfera marciana y el aterrizaje en su superficie, y todo durante los seis minutos que durará el descenso. “Van a ser los seis minutos más largos en la vida de mucha gente que ha trabajado en este proyecto”, adelanta Mariella Graziano, directora ejecutiva de sistemas espaciales en GMV, una de las siete empresas españolas que participan en el proyecto, quien también destaca, que al margen del retorno económico que supone la misión para la industria española, “el hombre necesita descubrir, y eso no se paga con nada”.

Vida corta del módulo Schiaparelli

ExoMars es una misión de exobiología y, por tanto, todos sus componentes han tenido que cumplir unos fuertes requisitos de protección planetaria, sobre todo en el módulo Schiaparelli. Una vez que ‘amartice’, podrá funcionar entre dos y ocho soles (días marcianos), dependiendo de la duración de sus baterías, y aunque incluye algunos instrumentos científicos para el análisis de la transparencia y condiciones de la atmósfera, su tarea principal es testar las tecnologías para el descenso y el aterrizaje.

El módulo (de 1,65 m de diámetro) probará un grueso escudo térmico, que podría enfrentarse a una tormenta de arena durante la reentrada, un paracaídas supersónico de 12 metros de diámetro y diversos sistemas de guiado, navegación y control, además de una estructura deformable para el impacto de tierra final. Su velocidad pasará de los 21.000 km/h a los que viajará a unos 122,5 km de altura hasta los menos de 11 km/h antes del impacto.

Respecto a TGO, además de llevar y soltar a Schiaparelli, incorpora cuatro instrumentos (la suite ACS de química atmosférica, el detector FREND de hidrógeno, la cámara CaSSIS y los espectrómetros NOMAD, con participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía) que desarrollarán las tareas científicas y la plataforma de comunicaciones entre Marte y la Tierra. “Requiere mucho nivel de autonomía a bordo”, señala Bayón, “porque puede llegar a haber un retraso de 24 minutos en las comunicaciones con la Tierra y, en el verano de 2017, la conjunción solar de Marte interrumpirá dichas comunicaciones durante un mes”.

Secuencia de descenso del módulo Schiaparelli prevista para el próximo 19 de octubre. / ESA/ATG medialab

El orbitador TGO (con unas dimensiones de 3,2 x 2 x 2 m y 17, 5 m con los paneles solares desplegados) también incluye un avance que se empleará por primera vez en una misión de la ESA: la utilización de una técnica del aerofrenado para alcanzar su órbita científica alrededor del planeta rojo, a una altitud de 400 km. sobre el suelo marciano.

Una vez que la sonda esté en esa órbita, comenzará su fase de ciencia, que durará un año marciano (687 días terrestres), y que se centrará en caracterizar los ‘gases traza’ (aquellos que representan menos de 1 % del volumen de la atmósfera marciana, como el metano, el vapor de agua, el dióxido de nitrógeno y el acetileno), así como en buscar respuestas a la pregunta de si alguna vez llegó a haber vida en el pasado del planeta rojo.

Para determinar hasta qué punto es así, TGO analizará la presencia de metano en la atmósfera marciana, un gas traza que en la Tierra tiene origen biológico o geológico, por procesos volcánicos. Metcalfe señala que el metano no sobrevive mucho tiempo en la atmósfera de Marte, es destruido por la radiación ultravioleta, así que si se encuentra allí, tiene que haber fuentes. “Aunque fuera de origen volcánico también sería importante, porque en nuestro planeta la combinación de actividad volcánica y agua líquida es fundamental para la vida”, subraya el experto.

Metcalfe también recuerda que en los últimos diez años se han acumulado bastantes evidencias de que se puede encontrar todavía en la superficie de Marte agua líquida. “Debería ser altamente salina para no congelarse. También hay cavernas, de origen volcánico, de las que no se sabe lo que hay debajo. Es posible que las condiciones bajo la superficie sean más compatibles con la existencia de vida”.

Próximo objetivo: enviar un rover

Para profundizar en esa investigación, los responsables de ExoMars tienen previsto enviar un rover que pueda taladrar la superficie marciana en 2018 como una segunda fase de la misión, aunque es probable las fechas se retrasen. Además, la posibilidad de que Marte aún pueda tener condiciones favorables para la vida abre la puerta a que esta misión suponga un primer paso hacia una futura misión tripulada al planeta rojo.

“La atención de todos los astronautas está puesta en esta misión”, destacó Pedro Duque por videoconferencia durante la presentación en ESAC. “La medición de los gases de Marte se va a conseguir con varios órdenes de precisión mayor de lo que se ha logrado hasta ahora, y esto es importante para determinar si merece la pena ir”.

Según el astronauta español lo que no es nada sencillo es concretar cuando un humano podrá pisar la superficie de Marte: “No es tanto una cuestión de tiempo medido en años, sino de la cantidad de gente y recursos que podamos dedicar a ello, porque va a ser difícil que resucite Kennedy”, bromeó Duque.

Participación de la industria española en ExoMars

El programa ExoMars, que cuenta en conjunto con un presupuesto de 1.300 millones de euros, tiene una participación española  de alrededor de un 6,7%. Las empresas ELECNOR Deimos, GMV, SENER, Airbus, RYMSA, Thales Alenia Space España y CRISA han contribuido en diferentes aspectos tanto del orbitador TGO como del módulo Schiaparelli, y algunas de ellas también participarán en la misión prevista para 2018, en la que se llevará un rover a la superficie marciana. Estas son sus aportaciones en la fase de 2016:

ELECNOR DEIMOS

Diseño y análisis de prestaciones de la fase de entrada atmosférica en Marte. También actividades de ingeniería de misión como parte del core team (equipo central) de ExoMars, análisis end‐to‐end desde el lanzamiento hasta el aterrizaje en Marte, y el de navegación de la fase de transferencia interplanetaria. Además, participación en el denominado Special Check Out Equipment (SCOE) del sistema de Guiado, Navegación y Control (GNC).

GMV

Desarrollo del software embarcado del sistema GNC del módulo de descenso y entrada (EDM) de Exomars. Este software permitirá activar automáticamente todos los eventos relacionados con las fases EDL (Entry Descending and Landing) que incluyen la entrada controlada en la atmósfera marciana, el despliegue del paracaídas y el uso de propulsores para el aterrizaje con el fin de lograr un aterrizaje seguro. Dentro del proyecto, GMV ha desarrollado el código para el OBSW GNC, los ensayos de unidad y así como también ha participado de manera activa en la validación del sistema. Como parte de las actividades desarrolladas dentro del contrato marco de soporte al Centro Europeo de Operaciones Espaciales de la ESA (ESOC), GMV mantiene la responsabilidad del llamado Flight Dynamics Manager y participará en el control orbital de la misión.

SENER

Interviene en las estructuras y mecanismos del módulo que aterriza en Marte. El SPSSM (por sus siglas en inglés) incluye el mecanismo que soporta y eyecta el escudo trasero al final del descenso con paracaídas, la estructura principal del módulo (que soporta la aviónica y el equipo científico durante toda la misión) y la estructura deformable que absorbe el impacto final de aterrizaje en Marte. También ha desarrollado el mecanismo de separación de su escudo frontal (FSSM), que se encarga de soportar el escudo frontal durante toda la misión y de eyectarlo durante el descenso en la atmósfera marciana, después del despliegue del paracaídas.

AIRBUS DEFENCE AND SPACE

Diseño y fabricación del tubo central de carga del satélite, en fibra de carbono, diseño y fabricación del cableado de todo el satélite, así como el diseño y fabricación del escudo térmico de la sonda de aterrizaje Schiaparelli.

RYMSA Espacio

Suministra las tres antenas de baja ganancia en banda X del sistema de telemetría y el telecomando (TTC) encargado del control del satélite en las primeras etapas de la misión y sirve también como back‐up para el control del satélite en emergencia. Estas antenas tipo choque fabricadas en aluminio están compuestas por un elemento radiante que es una bocina tipo choque compañada por un polarizador tipo septum encargado de proporcionar la polarización circular demandada por la misión. También ha fabricado las antenas de comunicación entre el orbitador y el módulo descendente en banda UHF. Se trata de un set de antenas en UHF montadas respectivamente en el satélite orbitador (dos unidades para proporcionar redundancia) y en el modulo descendente (una unidad) que permiten la comunicación entre ambos vehículos. Son dos hélices cuadrifilares con diseños distintos encargadas de establecer el enlace de comunicaciones en las últimas fases de la misión: después de la separación de la cubierta trasera del EDM, justo antes de que se despliegue el paracaídas y hasta que finalice su misión.

THALES ALENIA SPACE ESPAÑA

Diseño, fabricación y pruebas de la Red de Distribución de Radiofrecuencia (RFDN) para el subsistema de telecomunicaciones del TGO. Este ensamblaje de equipos de radiofrecuencia es el encargado del filtrado y de la interconexión entre las antenas, transpondedores y amplificadores de potencia.

CRISA (AIRBUS DEFENCE AND SPACE)

Memória de masa o Unidad de Almacenamiento y Procesado de Datos (PDHU) del módulo orbital. Con una capacidad de un terabyte, recibirá  y grabará los datos científicos de la misión para poderlos transmitir a la Tierra. Este empresa está desarrollando el verdadero ‘cerebro’  de la misión de 2018.