Apuntando a Fobos

¿Cómo se originó Fobos? ¿Es seco o húmedo? ¿Deberíamos sobrevolarlo o traer muestras? En la ilustración podemos ver, de izquierda a derecha, las sondas Phobos-Grunt 2, JPL/SAR, ARC PADME. Además, la cápsula de retorno de muestras de Stardust, Fobos y Marte, la nebulosa solar. Crédito: NASA, T.Reyes.

Pregunta a cualquier entusiasta de la exploración espacial, y la mayoría dirá que el destino de la humanidad está en Marte. Pero, actualmente, la NASA se está preparando para ir a un asteroide. Aunque la agencia espacial dice que su iniciativa para visitar un asteroide ayudará en el objetivo eventual de poner gente en Marte, ¿qué tal si, en vez de ir a un asteroide, fuéramos a la luna marciana Fobos?

Los científicos planetarios Scott L. Murchie, Daniel T. Britt y Carle M. Pieters han aunado fuerzas en un artículo para explicar el supuesto de una misión a Marte, específicamente a Fobos.

“Fobos ocupa una posición física, científica, y programáticamente única en el camino a la exploración del Sistema Solar”, dicen los científicos. Además, las lunas pueden ser posiblemente una fuente de recursos in situ que podría ayudar a la futura exploración humana en el espacio alrededor de Marte o en la superficie marciana. Pero una misión de retorno de muestras en primer lugar podría proporcionar detalles acerca de los orígenes y composición de las lunas.

Las lunas marcianas son enigmáticas, están envueltas en misterios. Fobos y su hermana Deimos parecen ser asteroides que fueron capturados por Marte, y son los únicos del Sistema Solar interior que aún no han sido estudiados por una misión dedicada. Pero, ¿deberían las lunas ser exploradas por sobrevuelos o retornos de muestras?

Las publicaciones y conceptos de misión a Fobos y Deimos son numerosos y se remontan décadas. Los autores de este nuevo estudio exploran toda la amplitud de preguntas sobre por qué y cómo explorar Fobos y Deimos.

Imagen de Fobos captada el 2008 por la misión MRO. Crédito: NASA/MRO/HiRISE.

Dr. Murchie es el investigador principal del instrumento CRISM del Mars Reconnaissance Orbiter, un espectrómetro en el rango visible/infrarrojo. Él es un científico planetario del Laboratorio de Física Aplicada de John Hopkins (APL) que ha estado a la vanguardia de los esfuerzos por desarrollar una misión a Fobos. Los autores Dr. Britt, de la Universidad de Florida Central, y Dr. Pieters, de la Universidad Brown, se unieron con APL y el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en propuestas de misión a Fobos/Deimos.

Los científicos de APL no son los únicos interesados en Fobos o Deimos. El Laboratorio de Propulsión a Chorro, el Centro de Investigación Ames y el Instituto SETI también han propuesto varias misiones a estas pequeñas lunas. Cada centro de NASA ha estado involucrado en algún nivel.

Pero la única misión que ha despegado ha sido Phobos-Grunt de la Agencia Espacial Europea (ESA). La misión rusa fue lanzada el 9 de noviembre de 2011, pero fracasó y dos meses después terminó en el Océano Pacífico. El sistema de propulsión falló en ejecutar los encendidos de motor necesarios para escapar de la gravedad de la Tierra y su órbita decayó a pesar de semanas de intentos para activar la sonda. Pero esa es otra historia.

Ilustración artística de la misión Phobos-Grunt 2. Crédito: CNES.

El artículo de los tres científicos planetarios habla en primer lugar de los orígenes de las lunas de Marte. Nadie está seguro. Hay un fuerte consenso de que la luna terrestre nació de la colisión de un objeto del tamaño de Marte con la Tierra poco después de la formación de nuestro planeta. Esta es solo una posibilidad para las lunas marcianas. Murchie explica que los impactos que crearon las grandes cuencas y cráteres en Marte podrían haber dado origen a Fobos y Deimos: las eyecciones que alcanzaron la órbita, formaron un anillo y luego se aglomeraron en pequeños cuerpos. Las teorías alternativas afirman que las lunas fueron capturadas por Marte, procedentes ya sea del Sistema Solar interior o exterior. O podrían haberse formado por acreción junto con Marte a partir de la nebulosa solar. Murchie y los coautores describen las dificultades e implicaciones de cada escenario. Por ejemplo, si fueron capturadas por Marte, es difícil explicar cómo es que sus órbitas llegaron a ser “casi circulares y casi ecuatoriales con periodos rotacionales síncronos”.

Para responder la cuestión acerca de los orígenes, el paper analiza su naturaleza. Murchie explica que el limitado conocimiento que tenemos acerca de su composición, deja abiertas varias posibilidades para sus orígenes. Las lunas marcianas parecen asteroides tipo D del cinturón de asteroides. Sin embargo, las lunas de Marte son muy secas, libres de agua, al menos en sus superficies, como se analiza en detalle en el paper. Los sobrevuelos de Fobos y Deimos realizados por naves de NASA y ESA son simplemente insuficientes para tener un panorama claro de su composición o estructura, por no hablar de sus orígenes, explican los científicos.

Si las lunas fueron capturadas, entonces tienen composiciones diferentes de la de Marte; no obstante, si se formaron junto con o a partir de Marte, entonces tendrán composiciones similares a la del Marte primitivo, o al material de la corteza marciana, respectivamente.

El paper describe con cierto nivel de detalle el problema de los miles de millones de años de acumulación de polvo marciano. Cada vez que Marte ha sido impactado por un gran asteroide, una nube de escombros es lanzada al espacio. Parte del polvo cae de vuelta al planeta, pero una gran cantidad termina en la órbita. Cada vez, algunos de los escombros terminaron chocando con Fobos y Deimos; Murchie usa el término “placa testigo” para describir la relación de las dos lunas con Marte. Hay una acumulación de material marciano y también material de los objetos que impactan el planeta en las superficies de las lunas. Las imágenes de sobrevuelos de Fobos muestran una superficie rojiza similar a la de Marte, y numerosos rastros a lo largo de la superficie, como si objetos hubiesen rodado por allí. Sin embargo, el tinte rojizo podría deberse a la acción del flujo solar durante miles de millones de años.

El artículo continúa analizando cómo las misiones a las lunas podrían mejorar nuestra comprensión de su composición y orígenes. A pesar de cuán bien los ingenieros de NASA y ESA han trabajado para encoger y aligerar los instrumentos que orbitan y aterrizan en Marte, retornar una muestra de Fobos a la Tierra permitiría análisis mucho más detallados.

Fobos, orbitando a 9.400 km, y Deimos a 23.500 km sobre Marte evitan la necesidad de los “7 minutos de terror” de entrada, descenso y aterrizaje que experimentó Curiosity, y le permiten a una nave usar menos energía para escapar de la gravedad y volver a la Tierra. Además, hay interés en usar Fobos como una fuente de recursos; agua, material para el combustible de los cohetes o materiales de construcción. El paper analiza el potencial de Fobos como recurso para los viajeros espaciales (“In Situ Resource Utilization”, ISRU), en el contexto de su composición, cómo el flujo solar pudo haber quitado el agua de las lunas o cómo los escombros de los impactos en Marte cubren materiales de mayor interés y valor para los exploradores.

Con tantas preguntas e intereses, ¿qué misiones han sido propuestas y exploradas? El artículo describe media docena de misiones, pero hay muchas otras que han sido concebidas y propuestas en algún nivel con el paso de varias décadas.

En la actualidad hay al menos una misión que busca activamente financiación. La propuesta de SETI y el centro Ames, PADME (Phobos and Deimos & Mars Environment), liderada por Dr. Pascal Lee está compitiendo en el programa Discovery en busca de financiación. Tales proyectos deben tener un costo límite de $425 millones o menos y ser capaz de lanzarse en menos de tres años. Ellos proponen el 2018 como año de lanzamiento, a bordo un cohete Falcon 9 de SpaceX. El diseño de la misión PADME reutilizaría el hardware y la experiencia adquirida por la misión LADEE, sin embargo, el objetivo de ésta no es regresar una muestra de Fobos. PADME se mantendría en una órbita sincronizada con Fobos y luego Deimos para realizar repetidos sobrevuelos. Probablemente la misión esté en el rango de los $300 millones. Stardust, una misión relevante debido a su cápsula de retorno de muestras, fue lanzada en 1999 y tuvo un costo que probablemente alcanzó un nivel similar hacia el final de la misión en 2012.

Cápsula de retorno de muestras de Stardust. Crédito: NASA/Stardust.

La Agencia Espacial Rusa está intentando obtener financiamiento para Phobos-Grunt 2, pero la fecha posible de lanzamiento ha sido postergada hasta 2022, y ahora posiblemente 2024.

Además, cada uno de los autores del artículo ha participado en propuestas de misión, las cuales son descritas en el paper. Pieters, JPL, y Lockheed-Martin propusieron la misión Aladdin, mientras que Britt de APL, junto con Lockheed-Martin, propusieron a Gulliver; ambas reutilizarían la cápsula de retorno de muestras de Stardust. Murchie también describe su concepto de misión APL/JPL llamada MERLIN (Mars-Moon Exploration, Reconnaissance and Landed Investigation).

Fobos y Deimos son los últimos dos de lo que podríamos objetos mayores del Sistema Solar interior que no tienen misiones dedicadas de exploración. Varios cuerpos del cinturón de asteroides han sido sobrevolados, y Dawn se aproxima a su segundo objetivo, el asteroide más grande de todos, Ceres.

Así que más temprano que tarde, una sonda de algún país se dirigirá a las lunas de Marte. Las misiones que apuntan a Fobos o Deimos probablemente incluirán sobrevuelos a ambas lunas y una o más misiones de retorno de muestras. Una misión estadounidense con retorno de muestras en el programa Discovery será ajustada para cumplir con los criterios; un costo de $425 millones y un periodo de desarrollo de tres años.

Aquellas que utilizan el diseño de Lockheed-Martin para Stardust tienen una cápsula de retorno, estructura y sistemas que ya han sido probados y que permitirían abaratar costos y ahorrar tiempo. Esto incluye cinco generaciones de software de vuelo de Lockheed-Martin que mantiene un legado de misiones exitosas que abarca a Mars Odyssey, Genesis, Spitzer y MAVEN.

Las tres propuestas de los autores del artículo podrían ser mejoradas, volver a ser propuestas y competir una contra otra. Las tres podrían usar diseños pasados de Lockheed-Martin. La cooperación al escribir este paper puede ser un indicador de que unirán fuerzas, combinarán conceptos, y compartirán posiciones en un único proyecto liderado por NASA. La lucha por dólares federales sigue siendo una dura y apretada batalla y con el programa de vuelo espacial tripulado luchando por una nueva base después del transbordador espacial, los dólares para misiones interplanetarias siguen siendo muy disputados. No obstante, parece posible una misión a Fobos y/o Deimos dentro de los próximos diez años.

El estudio “The value of Phobos sample return” fue publicado en la edición del 1 de noviembre de 2014 de la revista Planetary and Space Science.

Fuente: Universe Today