La alta atmósfera marciana es una de las áreas del planeta rojo más desconocidas, y no fue hasta 1989 cuando nos llamó la atención. Tuvo que ser la soviética Phobos 2 la que echara un primer vistazo, detectando una pérdida de moléculas en la zona nocturna del planeta. A partir de ese momento se sugirió la pregunta: ¿Pierde Marte atmósfera actualmente? En 1998, el Japón colocó en el espacio a Nozomi, un vehículo altamente cargado de instrumentos para resolver esta duda, entre otras, pero que no pudo llegar debido a una serie de problemas propios y ajenos. Un segundo intento fue el de Yinghuo-1, aquel polizón que compartió destino con Phobos-Grunt. Ahora, es el momento de la NASA.
En el año 2005, el programa Mars Scout autorizó la recepción de propuestas para un segundo proyecto, tras Phoenix. Un total de 26 opciones llegaron a la mesa, y tras un largo proceso de selección, quedaron dos finalistas. Ambas tenían un objetivo común, pero había que elegir una. El 15 de septiembre del 2008, finalmente, se escogió el definitivo.
Programada para ser lanzada dos años después de Curiosity, MAVEN (acrónimo de Explorador Atmosférico y de Evolución Volátil de Marte) tiene el encargo de estudiar la alta atmósfera, a la vez que observará la relación entre este entorno y el viento solar, todo para conseguir pistas sobre cómo era la atmósfera marciana primitiva y el por qué de su estado actual. Para mantener la filosofía del programa Mars Scout, algo así como una mezcla de los programas Discovery y New Frontiers, gran parte de la sonda aprovecha diseños ya probados, y experimentos que ya se encuentran allí arriba.
MAVEN basa su diseño en el del vehículo orbital más potente que ha orbitado Marte: ni más ni menos que Mars Reconnaissance Orbiter. Comparte aviónica con esta sonda, aunque existen diferencias notables. La estructura es casi idéntica en diseño, con un gran cilindro central (que aloja el tanque de combustible) y cuatro soportes verticales colocados en forma de X naciendo de él, con unas medidas de 3.47 de alta y 2.29 de ancha. En la parte superior se coloca la plataforma en donde se apoya parte del sistema de comunicaciones. En la inferior, otra plataforma en la que se ubica el sistema de propulsión principal. El sistema de comunicaciones es un transpondedor en banda-X, apoyado por una antena parabólica de dos metro de diámetro, fija en la plataforma superior, como sistema de alta ganancia. Dos de baja ganancia lo harán durante las maniobras de corrección de trayectoria, eventos de modo seguro e inserción en órbita marciana, y además, incluye un relé UHF Electra, con el que además de servir como enlace con las sondas de superficie, también lo utilizará durante la etapa de crucero como ayuda de navegación, enlazando con el mismo sistema montado en MRO. La propulsión también es herencia de MRO, consistiendo el sistema principal, el encargado de colocar a
MAVEN en órbita, en seis modestos propulsores (tipo MR-107) que actuarán conjuntamente durante la maniobra de inserción orbital, y para maniobras y ajustes, dos juegos de propulsores, uno de seis para las correcciones de rumbo, y otro de ocho para el control de actitud. Se orientará en sus tres ejes, mediante dos unidades de medición inercial, dos escáneres estelares y dos sensores solares digitales. La producción eléctrica depende de dos paneles solares, de dos placas cada uno, sujetos a la plataforma superior, proporcionándole a MAVEN una envergadura, una vez extendidos, de 11.4 metros, y alimentan dos baterías de ión-litio, montadas al lado del grupo motor principal. El ordenador se concentra alrededor del microprocesador RAD750, habitual en las últimas misiones de la NASA, y dispone de un grabador de datos con capacidad de 32 gigabits. Casi todos los componentes electrónicos y sistemas de gestión son redundantes para así evitar problemas durante la misión. El instrumental se divide en dos paquetes detectores y un instrumento independiente, herencia de misiones de todo tipo. El primer grupo es el llamado Paquete de Partículas y Campos, y está compuesto por seis instrumentos: SWEA (Analizador de Electrones del Viento Solar), que es un detector electrostático hemisférico encargado de estudiar el viento
solar y la alta atmósfera marciana para determinar la distribución de electrones, medir su carga eléctrica, estudiar los ratios de ionización de los impactos de electrones, evaluar el entorno de plasma alrededor del planeta, etc. Este instrumento se ubica al final de un pequeño mástil acoplado al borde de la plataforma inferior que sale de la estructura de la sonda, y deriva de un instrumento idéntico montado en las sondas solares STEREO; SWIA (Analizador de Iones del Viento Solar), un instrumento con herencia de la constelación de satélites THEMIS, fabricado para observar las distribuciones de velocidad y densidad de los iones del viento solar y la magnetovaina marciana para determinar el ratio de intercambio de energía entre estas moléculas, y además intentará detectar el frenado del viento solar alrededor del planeta rojo, y para ello se encuentra colocado en la plataforma superior al lado de la antena de alta ganancia; STATIC
(Composición de Iones Termales y Supratermales), situado en la llamada APP, Plataforma Articulada de Equipo (móvil 90º en inclinación y 177º en rotación), al final de un mástil de metro y medio de largo y un montaje articulado, consiste en un analizador electrostático toroidal que observará cómo los iones escapan de la atmósfera y cómo, mientras mide la composición de los iones energéticos y termales, además de ser capaz de detectar las distribuciones de partículas energéticas, y deriva del instrumento CODIF montado en los satélites de la ESA Cluster; SEP (Analizador de Partículas Energéticas Solares), son dos equipos sensores, que derivan directamente del instrumento SST de los satélites THEMIS, colocados en dos esquinas de la plataforma superior de la estructura, cuya función es caracterizar las partículas solares que afectan directamente a los procesos de la alta atmosfera y de la ionosfera, además de ser capaz de observar los fenómenos de expulsión de partículas solares energéticas con una adecuada resolución temporal; LPW (Sonda Langmuir y Ondas) son en realidad dos instrumentos: por un lado, dos antenas extensibles de 7 metros (con 10 cables conductores en su interior)
formando una V abierta, herencia de los satélites THEMIS y RBSP, colocadas en la plataforma inferior del bus, y almacenadas dentro de carcasas cilíndricas, encargadas de determinar las propiedades de la ionosfera y las ondas de calor generadas por las partículas en fuga, a la vez que es capaz de detectar las ondas de radio naturales en el entorno marciano para medir la densidad de la alta atmósfera, y por otro lado, el EUV, Monitor de Ultravioleta Extremo, colocado al lado de la antena de alta ganancia, es un sistema fotométrico de tres canales derivado de uno instalado en el satélite SDO, preparado para observar la irradiación de ultravioleta extremo por parte del Sol para estudiar sus efectos sobre la alta atmósfera marciana, tales como fenómeno de calentamiento o ionización, en longitud de onda Lyman-Alpha. Además, los datos proporcionados se incluirán en una red (junto con TIMED y SDO) de monitorización solar para ayudar a comprender la variabilidad de nuestra estrella; y MAG (Magnetómetro) son dos sensores de núcleo saturado, idénticos al los que llevan las sondas STEREO, colocados al final de los paneles solares, elaborados para estudiar el campo magnético interplanetario, caracterizar la magnetovaina, y profundizar en el estudio de las zonas magnetizadas en la corteza marciana, ampliando el trabajo iniciado por Mars Global Surveyor entre 1997 y el 2006, para así corregir y aumentar los estudios del interior del planeta. El segundo grupo es el Paquete de Escaneo Remoto, que comprende un único instrumento, el IUVS, Espectrógrafo de Imágenes en Ultravioleta, que es una cámara, elaborada a partir del
experimento CIPS montado en el satélite terrestre AIM, que posee dos ópticas, una para observaciones verticales y otra para estudios en horizontal. Ambas ópticas entregan la luz recogida a un grupo de sensores de pixels activos intensificadores de imagen en dos dimensiones, para su análisis mediante un espectrómetro ultravioleta en las longitudes de onda de ultravioleta medio, ultravioleta lejano y línea de emisión Lyman-Alpha. El espectrógrafo dispondrá de una resolución vertical de 6 km., y 200 km. horizontal. Montado en la APP, obtendrá perfiles verticales de iones y partículas neutrales en la atmósfera marciana a base de ocultaciones estelares, a la vez que realizará mapas globales de la atmósfera desde la lejanía, entregando la información necesaria para construir modelos en tres dimensiones. Y por último, el instrumento independiente es el NGIMS, Espectrómetro de Masa de Iones y Gas Neutral, es un detector que es una actualización de un experimento casi idéntico montado en la desdichada sonda
cometaria CONTOUR, situado en la APP, y con el encargo de hacer un análisis de la estructura básica de la alta atmósfera marciana para buscar en ella helio, nitrógeno, oxígeno, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, dióxido de carbono y argón, entre otros (puede detectar hasta xenón), a la vez que tratará de determinar los ratios de los isótopos estables y sus variaciones, mediante un espectrómetro de masa cuadripolar. Está preparado para hacer mediciones en cooperación del laboratorio SAM dentro de Curiosity. Con todo esto, esta sonda diseñada, administrada y controlada por el Laboratorio de Físicas Atmosféricas y Espaciales de la Universidad de Colorado, dará un peso en báscula en el momento del lanzamiento de 2.454 kg.
El lanzamiento de MAVEN estuvo a punto de no producirse por el cierre temporal del gobierno acaecido en las dos primeras semanas de octubre. Por suerte, una disposición especial proporcionó luz verde para continuar con sus preparativos, aunque no por razones científicas, sino por motivos de ingeniería. Al disponer de un relé Electra UHF, si no se lanzaba a tiempo, podría provocar que, en caso de fallo catastrófico en los dos orbitadores que la NASA dispone en torno a Marte (Mars Odyssey y MRO), los vehículos de superficie se quedaran sin enlace de alta velocidad para contactar con sus centros de control. Estas sondas ya llevan bastantes años en torno al planeta rojo (12 años la primera, 8 la segunda) y la probabilidad de fallo es alta. Como el cierre de gobierno finalizó a mediados de octubre, los preparativos continúan, y se espera que sea elevada en la fecha prevista. Para su despegue,
usará un Atlas V-401, un modelo idéntico al que lanzó a MRO en el año 2005 y a SDO en el 2010. Tiene programado su lanzamiento desde Cabo Cañaveral para el 18 de noviembre, para colocarse en una trayectoria de transferencia tipo 2 (es decir, que en su recorrido a Marte realizará un arco alrededor del Sol de más de 180º) de unos 10 meses de duración. Su fecha de entrada en órbita la tiene prevista para el 22 de septiembre del 2014, situándose en una órbita polar elíptica que, una vez termine las maniobras para colocarse en la definitiva, se extenderá entre los 150 km. en el punto más cercano, y 6.220 en el más lejano, con una inclinación de 75º con respecto al ecuador marciano.
La misión primaria de MAVEN, de un año terrestre de duración, tratará de obtener los datos necesarios para responder a sus cuatro objetivos científicos primarios, que son: determinar el papel que ha jugado la pérdida de elementos volátiles de la atmósfera marciana al espacio a través del tiempo; analizar el estado actual de la alta atmósfera, la ionosfera, y sus interacciones con el viento solar; estudiar el ratio actual de escape de iones y gases neutrales a la vez que trata de localizar los mecanismos que los controlan; y obtener los ratios de isótopos neutrales que aún existen en la atmósfera marciana. La órbita diseñada para este orbitador optimizará la toma de datos para responder
a estas cuestiones fundamentales, a la vez que podrá observar en tiempo real el comportamiento de la atmósfera marciana y su respuesta a los fenómenos solares que sucedan, tales como llamaradas o eyecciones de masa coronal. En esta misión, además, existirán cinco fases de introducción profunda, en las que MAVEN reducirá su distancia mínima sobre Marte de 150 a 125 km. para estudiar in situ la alta atmósfera marciana y así obtener datos de una resolución sin precedentes con los instrumentos de su Paquete de Partículas y Campos. A tal efecto, los escáneres estelares han sido preparados para soportar estos pasos por la alta atmósfera para proporcionar a la sonda la orientación correcta incluso en ese ambiente, y usará los acelerómetros de la unidad de medición inercial en funcionamiento para obtener información sobre perfiles verticales de la densidad y temperatura atmosféricas, y posiblemente, vientos. Durante las operaciones en su órbita científica el Paquete de Partículas y Campos actuará prácticamente en todo momento, mientras que el IUVS será usado solo en el perigeo y en el apogeo de la trayectoria, y el NGIMS actuará únicamente en el perigeo. En general, será capaz de averiguar el ratio actual de pérdida de gases al espacio, y basándose en sus hallazgos, extrapolar la pérdida acaecida en tiempos pasados. Con estos análisis se podrá componer una imagen de cómo era Marte en tiempos pretéritos.
Como conclusión, esta no es precisamente la misión más espectacular que se haya enviado a Marte, sin embargo, tiene una importancia capital porque tratará de resolver uno de los misterios más pregonados desde el inicio del estudio del planeta con sondas espaciales: si alguna vez en la historia tuvo una atmósfera lo suficientemente gruesa como para que el planeta pudiera tener océanos por su superficie, y a la vez tratará de averiguar que ocurrió para que la situación cambiara y Marte acabara siendo un lugar sin apenas cobertura atmosférica. Sin duda, un proyecto esencial.
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