Enviar seres humanos a Marte quizá no requiera un depósito de combustible completo: un nuevo estudio del MIT sugiere que una misión a Marte podría aligerar considerablemente su carga de lanzamiento repostando en la Luna.
Estudios previos han sugerido que el suelo lunar y el hielo de agua presente en ciertos cráteres de la Luna podrían extraerse y convertirse en combustible. Suponiendo que estas tecnologías estén consolidadas en el momento de una misión a Marte, el grupo del MIT ha descubierto que desviarse hacia la Luna para repostar reduciría la masa de una misión en el momento del lanzamiento en un 68 por ciento.
El grupo desarrolló un modelo para determinar la mejor ruta a Marte, suponiendo la disponibilidad de recursos e infraestructura de generación de combustible en la Luna. Con base en sus cálculos, determinaron la ruta óptima a Marte para minimizar la masa que debería lanzarse desde la Tierra, un factor de coste a menudo principal en las misiones de exploración espacial.
Descubrieron que la trayectoria más eficiente en términos de masa consiste en lanzar una tripulación desde la Tierra con el combustible justo para entrar en órbita terrestre. Una planta productora de combustible en la superficie lunar lanzaría después cisternas de combustible al espacio, donde entrarían en órbita gravitatoria. Las cisternas serían finalmente recogidas por la tripulación con destino a Marte, que se dirigiría entonces a una estación de repostaje cercana para repostar antes de dirigirse por fin a Marte.
Olivier de Weck, profesor de aeronáutica y astronáutica y de sistemas de ingeniería en el MIT, afirma que el plan se aparta de la ruta de transporte completo de la NASA, más directa.
«Esto va completamente en contra de la sabiduría convencional sobre cómo llegar a Marte, que consiste en ir directamente a Marte llevándolo todo contigo», afirma de Weck. «La idea de desviarse hacia el sistema lunar… es muy poco intuitiva. Pero desde una visión optimizada de la red y de conjunto, esto podría ser muy asequible a largo plazo, porque no hay que transportar todo desde la Tierra».
Los resultados, basados en la tesis doctoral de Takuto Ishimatsu, actualmente investigador posdoctoral en el MIT, se publican en el Journal of Spacecraft and Rockets.
Una estrategia para destinos lejanos
En el pasado, los programas de exploración espacial han adoptado dos estrategias principales para abastecer de recursos a las tripulaciones: un enfoque de transporte completo, en el que todos los vehículos y recursos viajan con la tripulación en todo momento, como en las misiones Apolo a la Luna, y una «estrategia de reabastecimiento», en la que los recursos se reponen periódicamente, por ejemplo mediante vuelos espaciales a la Estación Espacial Internacional.
Sin embargo, a medida que los seres humanos exploran más allá de la órbita terrestre, estas estrategias podrían no ser sostenibles, como escriben de Weck e Ishimatsu: «Como los presupuestos son limitados y los destinos están lejos de casa, una estrategia logística bien planificada se vuelve imprescindible».
El equipo propone que las misiones a Marte y otros destinos lejanos podrían beneficiarse de una estrategia de suministro que se basa en la «utilización de recursos in situ»: la idea de que recursos como el combustible, y suministros como el agua y el oxígeno, pueden producirse y recogerse a lo largo de la ruta de exploración espacial. Los materiales producidos en el espacio sustituirían a los que de otro modo se transportarían desde la Tierra.
Por ejemplo, se ha encontrado hielo de agua —que podría extraerse y procesarse para obtener combustible de cohete— tanto en Marte como en la Luna.
«Existe un grado de confianza bastante alto en que estos recursos están disponibles», afirma de Weck. «Suponiendo que se puedan extraer, ¿qué se hace con ellos? Casi nadie se ha planteado esa cuestión».
Construir una red en el espacio
Para comprobar si los recursos de combustible y la infraestructura en el espacio beneficiarían a las misiones tripuladas a Marte, Ishimatsu desarrolló un modelo de flujo en red para explorar diversas rutas a Marte, desde un vuelo directo de transporte completo hasta una serie de paradas de repostaje a lo largo del camino. El objetivo del modelo era minimizar la masa que se lanzaría desde la Tierra, incluso al incluir la masa de una planta productora de combustible y de las piezas de repuesto que tendrían que desplegarse previamente.
El enfoque modela el movimiento de la carga y de mercancías, como el combustible, en una red de cadena de suministro en el espacio. Ishimatsu desarrolló un nuevo modelo matemático que mejora un modelo convencional de enrutamiento de vehículos. Lo adaptó al escenario más complejo de misiones de larga duración en el espacio, teniendo en cuenta las restricciones específicas de los viajes espaciales.
El modelo asume un escenario futuro en el que el combustible puede procesarse en la Luna y transportarse desde ella hasta puntos de encuentro en el espacio. Asimismo, asume que los depósitos de combustible pueden situarse en determinadas ubicaciones ligadas gravitatoriamente en el espacio, denominadas puntos de Lagrange. Dado un objetivo de misión, como un conjunto de restricciones de peso, el modelo identifica la mejor ruta en la red de suministro, cumpliendo también las restricciones de la física básica.
Ishimatsu afirma que la investigación demuestra la importancia de establecer una infraestructura productora de recursos en el espacio. Subraya que dicha infraestructura quizá no sea necesaria para un primer viaje a Marte. Pero una red de recursos en el espacio permitiría a los seres humanos realizar el viaje repetidamente de forma sostenible.
«Nuestro objetivo último es colonizar Marte y establecer allí una presencia humana permanente y autosostenible», afirma Ishimatsu. «Sin embargo, igual de importante, creo que necesitamos “abrir un camino” en el espacio para poder viajar entre cuerpos planetarios de forma asequible».
«La optimización sugiere que la Luna podría desempeñar un papel fundamental para llegar a Marte de forma repetida y sostenible», añade de Weck. «Otros lo han insinuado antes, pero creemos que este es el primer artículo definitivo que demuestra matemáticamente por qué esa es la respuesta correcta».
William Gerstenmaier, administrador asociado de exploración y operaciones humanas de la NASA, afirma que conocer qué recursos pueden estar disponibles, tanto en el camino a Marte como una vez allí, es «esencial para una presencia humana sostenible más allá de la órbita terrestre baja».
«El artículo muestra claramente que aprovechar el agua y otros recursos valiosos del espacio reducirá el coste de la exploración humana del sistema solar», afirma Gerstenmaier, que no participó en la investigación.. «La NASA había previsto anteriormente utilizar recursos de Marte para reducir las necesidades de propelente en Marte. Este estudio, junto con otros, muestra las posibles ventajas de utilizar también recursos lunares».
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autora: Jennifer Chu es redactora de MIT News.
Imagen: Un niño posa con una imagen de Marte proyectada en una pared. REUTERS/Ali Jarekji.
