Las próximas misiones a Marte: Phobos-Grunt y Yinghuo-1

De todas las sondas que la nación rusa lanzó a Marte (ya fuera como la URSS o como Rusia) ninguna ha llegado a tener un éxito total. De 17, solo 8 alcanzaron el planeta rojo. La última en llegar, la Phobos 2, en 1989, había desaparecido cuando casi estaba a punto de alcanzar la órbita de Fobos, e iniciar su misión. El concepto del programa Phobos consistía en colocar en torno del mayor satélite de Marte dos sondas con elementos de aterrizaje que harían una exploración a lo “saltamontes”, es decir, gracias a la débil gravedad, encendería su motor para cambiar su lugar. Fue la imaginación, pura, simple y brillante la que ideó esta misión, y se le escapó entre los dedos. Sin embargo, 15 años después de su último proyecto (la perdida Mars 96) Rusia está a punto de enviar su nueva sonda hacia allí. Su nombre: Phobos-Grunt.

Durante muchos años, sobre todo desde la caída del muro de Berlin y el derrumbamiento del sistema comunista, Rusia ha vivido una grave crisis económica que afectó a todos sus ámbitos, y más que a ningún otro, al programa espacial. Sus dos grandes proyectos, el transbordador Buran y la estación Mir-2 (que se fusionó con la estación Alfa para crear la ISS) cayeron junto con la URSS, y el resto del programa científico quedó comprometido. En cuando a los proyectos marcianos, las sondas previstas para 1994 y 1996 se fusionaron a causa de la falta de liquidez, aunque este vehículo tampoco tuvo suerte. Así, mientras la NASA colocaba dos sondas en el planeta rojo en 1997, los científicos rusos se encontraban frustrados a causa del fallo que provocó la pérdida de su sonda. Con el tiempo, la situación económica mejoró, y en el año 2001 los científicos rusos se encontraban lo suficientemente confiados como para proponer un nuevo proyecto a las autoridades.

Este proyecto proponía enviar una sonda a Marte, y más concretamente a Fobos, para finalmente aterrizar en el satélite mayor, en el que realizará una misión durante un año. Además, para garantizar la espectacularidad del programa, se añadiría una cápsula que guardara muestras del suelo de Fobos para luego enviarlas de vuelta a la Tierra. En este asunto, ya tienen amplia experiencia, ya que tres sondas Luna nos trajeron automáticamente muestras del suelo lunar, por lo que es una tecnología más que probada. Su fabricación recayó en la empresa NPO Lavochkin, y su construcción se inició en el año 2005. Estaba previsto que se lanzara durante la ventana del año 2009, aunque era una agenda muy ajustada. Finalmente, decidieron posponer el lanzamiento a la siguiente ventana, en el 2011, para llegar sobrados de tiempo.

El nombre que recibió la sonda, Phobos-Grunt, se refiere, como habréis adivinado, al suelo de Fobos. La prioridad de la misión es aterrizar allí, coger todas las muestras posibles del suelo del satélite, y devolverlas a la Tierra. Phobos-Grunt es una sonda de aterrizaje de diseño clásico, con tres patas en forma de triángulo. El cuerpo principal de la sonda está formada por los depósitos de combustible, el motor principal y los de maniobra, el ordenador de a bordo y los instrumentos. Equipa dos paneles solares, totalizando 10 metros cuadrados de superficie para la generación de energía, y en la parte superior se encuentra la fase de retorno de muestras, con la cápsula de descenso para cuando llegue a la Tierra. Sobre los experimentos de a bordo, son una mezcla de instrumentos de observación remota y de estudio desde la misma superficie. La lista es larga, y comprende una variada cantidad de experimentos de todos los tipos. Varios se ocuparán de investigar la mecánica celeste en el entorno marciano y son el LIBRATION, para investigar los movimientos, la masa y densidad de Fobos, y el USO, es decir, oscilador ultraestable, para estudiar diversos aspectos de Marte y Fobos, así como durante la fase de crucero, relacionados con los movimientos del sistema solar. Otro instrumento de observación remota, en este caso para Marte y su entorno, es el PhPMS, o grupo magnético y plasma, para investigar todo lo relacionado con la interacción del plasma del viento solar con la atmósfera marciana y con los restos del campo magnético marciano. Este paquete comprende instrumentos fabricados en Rusia, Ucrania, Suecia y Francia. Dispone de otro instrumento para medir la incidencia de micrometeoritos en la órbita marciana, así como su velocidad y concentración. Es llamado METEOR-F. Otro instrumento interesante es el LWR, o radar planetario de onda larga, para estudiar el interior de Fobos mediante las ondas de radar, determinar su estructura interna y averiguar si en su interior hay rocas de diversos tamaños. En cuanto a los instrumentos para uso en superficie, empezamos por el sismómetro MUSS, que no solo registraría cualquier temblor en la superficie del satélite, sino que también indagará en la estructura interna y en los movimientos del satélite asociados al tirón gravitatorio marciano. Uno especialmente interesante es el Termodetektor o Thermophob, que es una sonda que se clavará en el suelo de Fobos para calcular la temperatura del suelo, el calor irradiado por el suelo y la conductividad eléctrica del mismo. El siguiente servirá tanto para observaciones remotas como para indagaciones desde la superficie de Fobos, y es el espectrómetro Fourier o AOST. En su papel de sensor remoto estudiará la atmósfera marciana y el suelo para intentar descubrir metano en la atmósfera, para realizar perfiles verticales de temperatura atmósférica y las variaciones diurnas de ésta, así como para calcular la cantidad de aerosoles atmosféricos, además de para identificar los materiales capaces de absorber el agua marciana en superficie, y calcular las temperaturas superficiales durante todo el día, así como medir la cantidad de escarcha que aparece en la superficie. Una vez en Fobos un mapa mineralógico global desde la órbita, y una vez en superficie, se encargará de realizar investigaciones espectroscópicas a reducida escala. Posee además dos tipos distintos de espectrómetros de masa. El primero es el LASMA o reflectómetro láser en vuelo de masa, para realizar mediciones in situ de elementos de la superficie y cálculos de la composición isotópica del regolito de Fobos, mientras que el segundo, el MANAGA (espectrómetro en vuelo de masa de iones secundarios) realizará una tarea similar, analizando la composición elemental e isotópica del regolito del satélite, aunque en este caso de los iones secundarios que desprende la superficie de Fobos por la influencia del viento solar y de los iones primarios que contactan con la misma. También cuenta con un espectrómetro de rayos Gamma, que se encargará de calcular la composición química de las rocas y de medir la concentración de elementos químicos en la superficie de Fobos. Además posee un espectrómetro de neutrones (HEND) que estudiará varios aspectos: estudiará la composición del regolito de Fobos, buscará signos de materiales hidratados y/o hielo bajo la superficie del satélite, así como realizará un modelo físico de la radiación de fondo en la superficie de Fobos y en la atmósfera marciana. El siguiente es una variante avanzada de uno que portan los MER: el espectrómetro Mössbauer MIMOS-II, procedente de Alemania. Situado al final de un brazo robot, que además es el encargado de recoger las muestras del suelo de Fobos, este espectrómetro que se encargará de medir en superficie de las fases evolutivas de la superficie del satélite que tienen que ver con el hierro, así como una medición cuantitativa de la distribución de hierro alrededor de esas fases y a través de sus estados de oxidación. Otro paquete investigador es el Complejo Cromatógrafo de Gases, que aglutina cuatro experimentos, un cromatógrafo de gases, un analizador láser asociado al cromatógrafo, un espectrómetro de masas y un analizador de diferencial térmico. Todo este conjunto se encargará de analizar y medir la composición de los componentes volátiles en el suelo de Fobos, tales como agua subsuperficial, gases nobles, elementos orgánicos, etc. Y por último, sus cámaras, imprescindibles para el éxito de la misión. En total son 5 los sistemas de televisión que equipa la Phobos-Grunt. De observación remota es el TSNN o sistema de televisión para navegación y observación, que son dos cámaras, una de ángulo cercano (objetivo f/500) y otra de ángulo lejano (objetivo f/18) acoplado a una matriz CCD construida por la empresa Kodak. Tendrá varios cometidos: en la fase de crucero, servirá como cámara seguidora de estrellas para controlar su ubicación y modificar su rumbo. Una vez en Marte y cerca de Fobos pasará a ser un sistema de observación para estudiar ambos cuerpos, sobre todo el satélite, para confirmar las zonas de aterrizaje (resolución de hasta 50 centímetros), y llegado el caso, también servirá como sistema guía para ayudar en la fase de toma de Fobos. Además, también tomará imágenes ya en superficie. Para la superficie además equipa dos sistemas de cámaras. Un sistema estéreo de televisión proporcionará panoramas de la zona de aterrizaje, una cámara panorámica (f/12,4), situada en el final del brazo robot, junto con el espectrómetro Mössbauer, tomará imágenes que ayudarán a la adquisición de muestras y examinará de cerca el regolito de Fobos. Por último posee una cámara microscópica (MicrOmega) para observar en detalle los granos del regolito. Todo esto en un conjunto que, sin combustible, declara una masa de unos 180 kg.

Quizás la parte más importante de Phobos-Grunt es el vehículo de retorno de muestras. Posicionada, lógica y obviamente, en la parte superior, posee, naturalmente, todo lo necesario para regresar desde Fobos hasta la Tierra. Equipa un panel solar de dos metros cuadrados, tanques de combustible, propulsores de control, y un motor para darle el impulso necesario para ponerlo en camino. Lo más importante es la pequeña cápsula de retorno de muestras. Capaz de almacenar hasta 200 gramos, está equipada con una célula óptica que detectará cuando la cápsula ha sido llenada y provocará su cierre hermético. Cuando ésta llega a la Tierra, atravesará la atmósfera, pero no va equipada con paracaídas pero si con un transmisor localizador. El limitado tamaño de la cápsula lo impide, aunque está diseñada para la tremenda caída que le espera. Además, dentro va un experimento de la Sociedad Planetaria, llamado LIFE (experimento viviente en vuelo interplanetario) consiste en un pequeño cilindro hermético (26 milímetros de diámetro) en el que dentro van 30 pequeños tubos de vial de tres milímetros de diámetro que cargan un total de cuatro tipos muy resistentes de bacterias (uno descubierto en la sala limpia de los MER en el JPL, otro capaz de resistir muy elevadas dosis de radiación), tres tipos de arqueobacterias (una que sobreviviría en un océano enormemente salado, otro que produce metano, y otro que prospera a temperaturas de 100 grados centígrados), y tres tipos de organismos eucariontes, un hongo (levadura de cerveza, que resistió 553 días en un panel solar de

la ISS), una planta (arabidopsis, una pequeña planta de flores hermafroditas cuyas semillas volaron a la Luna con las Apollo) y un animal (Tardigrada, un tipo de invertebrado microscópico que habita en el agua, pero que ha sobrevivido en el vacío y a las altas dosis de radiación en la órbita baja terrestre). Este experimento se ha preparado para responder uno de los interrogantes que se llevan haciendo mucho tiempo: si microorganismos son capaces de sobrevivir en un ambiente tan hostil como es el espacio, para apoyar la teoría de que la vida terrestre fue sembrada con bichos provenientes de otras zonas del espacio. Sin embargo, este experimento ha creado una fuerte polémica, ya que hay gente (como el Comité Internacional contra el Retorno de Muestras de Marte) que dicen que el LIFE es una violación del Tratado del Espacio Exterior de 1967 y que puede haber un riesgo de que se contamine a Fobos o a Marte si la misión sufre un percance grave. Hasta la fecha, el LIFE está dentro de Phobos-Grunt.

A medida que el desarrollo de Phobos-Grunt evolucionaba, un cliente inesperado quiso viajar con ella como "polizón". Las enormes sinergias entre Rusia y China desde los tiempos de la guerra fría han hecho que éstos últimos estén utilizando tecnología rusa para sus vuelos espaciales. Sin embargo, tras lanzar su primera sonda a la Luna, inmediatamente anunciaban su intención de enviar una pequeña sonda a Marte. El 26 de marzo del 2007 los dirigentes de las agencias rusa y china llegaron a un acuerdo de cooperación mediante el cual la sonda china formaría parte de la misión rusa. Ahi arrancó el proyecto Yinghuo, cuyo primer ejemplar es una diminuta sonda, quizás la sonda orbital más pequeña enviada al planeta rojo. Yinghuo literalmente en chino significa luciérnaga, aunque también era el que en la antigua China recibía Marte. Lo que China ha conseguido con Yinghuo-1 es una pequeña sonda, en forma de caja, con unas medidas de 75x75x60 centímetros, con dos paneles solares que, una vez extendidos, le proporciona una envergadura de 5.6 metros. Equipa una antena fija de 95 centímetros de diámetro como sistema principal de comunicaciones, siendo capaz de transmitir a un ratio entre 8 bits por segundo hasta 16 kilobits por segundo. También incluye una antensa secundaria para emergencias. Está estabilizada con giróscopos en los tres ejes. Porta cuatro experimentos: un paquete de plasma, que incluye un analizador de electrones, un analizador de iones y un espectrómetro de masa; un magnetómetro de núcleo saturado, un sondeador de radio-ocultación, y un conjunto de dos cámaras, la más potentes es capaz de una resolución máxima de 200 metros. Su cometido será el siguiente: Yinghuo-1 es una sonda diseñada para examinar el entorno marciano, tales como la interacción del plasma del viento solar con el campo magnético marciano, estudiar el escape de iones desde la atmósfera hacia el espacio y los mecanismos asociados, colaborar con Phobos-Grunt en las tareas de las ocultaciones de la ionosfera para tomar medidas, y la observación de la formación de tormetas solares en Marte. La Yinghuo-1 pesa unos 115 kilogramos.

Para el viaje a Marte, se ha diseñado una particular fase de crucero. Derivada de las etapas Fregat francesas acopladas a los cohetes rusos, ésta ha sido fabricada para resistir el trayecto hacia Marte, los encendidos repetidos y la entrada en órbita marciana, además de ser la que lanzará hacia su destino a ambas sondas. Uniendo la etapa de crucero con Phobos-Grunt han construido una estructura como si fuera una viga, en la que dentro estará la Yinguo-1, plegada hasta que sea soltada libre. La masa total del conjunto en el momento del despegue es de 13.505 kg., divididos en los 11.375 de la fase de crucero, los de Yinghuo-1, los 1.560 de Phobos-Grunt a plena carga, y los 296 de la fase de retorno, incluyendo la cápsula de muestras.

El cohete encargado para su lanzamiento es un Zenit ucraniano, concretamente un Zenit-2F, con una última etapa Fregat. El 8 de noviembre desde Baikonur será lanzado el conjunto para un viaje de entre 10 y 11'5 meses. Una vez lanzado, estará varias horas en órbita terrestre, acumulando velocidad. Una fase unida a la etapa de crucero, cargada de combustible, elevará la órbita povocando que el apogeo aumente, para que luego horas después la fase de crucero la lance hacia su destino. Se espera que alcance Marte en octubre del 2012.

Cuando llegue, iniciará su motor para colocarse en órbita marciana, en una altamente elíptica. El apogeo de su primera órbita será el momento en el que la fase de crucero sea expulsada, para que luego la Yinghuo-1 sea liberada, y desplegará sus paneles solares, quedando en su órbita definitiva de 800x80.000 km. en el cual realizará su misión de un año de duración. Una vez Phobos-Grunt ha quedado sola, comenzará sus maniobras para situarse cerca de Fobos.

A lo largo de cuatro meses, Phobos-Grunt mientras modifica su órbita para acercarle a Fobos, comenzará su misión de examinar el entorno marciano, al planeta, y al satélite. Adoptará varias órbitas: una circular parecida a la de Fobos, para luego una que hará que su órbita corte la del satélite. Finalmente, en febrero del 2013, realizará la última fase, el aterrizaje sobre Fobos. Gracias a las imágenes tomadas por la Mars Express, se ha previsto una zona de aterrizaje entre las coordenadas de Fobos 5º N y 5º S, y 230º W y 235º W.

Cuando haya aterrizado, inmediatamente comenzará la tarea principal: recoger muestras del suelo. Usando el brazo robot, a lo largo de un período máximo de siete días, irá reuniendo muestras, para finalmente colocarlas dentro de un pequeño depósito que después se moverá hacia una tubería que será por la que suba hasta la cápsula de almacenaje. Un pistón será el encargado de subir por la tubería la muestra, y cuando la cápsula esté llena, se cerrará herméticamente. Cuando todo esté listo, la fase de retorno se separará con un pequeño golpe de sus propulsores y, aprovechando la muy débil gravedad de Fobos, se elevará por inercia. Una vez pasado un minuto desde la separación, encenderá su motor y saldrá del área de influencia del satélite, adoptando la órbita marciana. Tras varias maniobras se pondrá en marcha hacia la Tierra, un camino que durará entre 10 y 11'5 meses, en un trayecto inverso al que realizó la sonda entera para llegar al planeta r0jo.

Agosto del 2014: ese es el mes en el que está previsto que la fase de retorno llegue a la Tierra. Cuando eso ocurra, la cápsula con las muestras dentro, se separará y con el único freno del rozamiento con la atmósfera, se dejará caer en Kazajistán, aproximadamente en las coordenadas 46º N, 72º E. En caso de conseguirlo, sería la primera que nos devolviera muestras claras de otro mundo desde que lo hiciera la Luna 24 en 1976.

La sonda principal, es decir, la Phobos-Grunt, se dedicará entonces a cumplir su misión a lo largo de un año terrestre. Mediante su brazo robot recogerá muestras del suelo para que algunos experimentos los analicen. Para ahorrar energía, los instrumentos se irán apagando y encendiendo a través de una secuencia muy precisa.

Esta misión es muy importante para el programa de exploración ruso. Si tiene éxito, será la puerta abierta para una nueva generación de sondas que no solo investiguen Marte, sino que también dirigirán vehículos a la Luna, Venus, y puede que a Mercurio. Si fracasa, rodarán cabezas en Roscosmos, y el programa científico ruso estará casi acabado. Desde aquí, le deseamos toda la suerte del mundo.