Las próximas misiones a Marte: MMX

 No sólo es la personificación del miedo, también parece ser un destino maldito. Bueno, pues será mejor ir a un santuario para intentar borrar está maldición.

Si, misiones a Marte ha habido muchas. A Fobos, no tantas. Es cierto que las misiones tanto orbitales como de superficie nos han proporcionado mucho sobre las lunas marcianas. Pero, ¿misiones dedicadas sólo a ellas? Pocas, muy pocas. Al final, apenas tres. Ya las conocemos, las tres desde la Madre Rusia. Las dos primeras fueron las correspondientes al programa Phobos, con una perdida en ruta por un error de programación, la segunda... Bueno, llegar a Marte, llegó, pero a pocos días de su inserción orbital en Fobos se perdió sin dejar rastro absoluto, en unos de los grandes misterios de la exploración espacial. La tercera, Phobos-Grunt... estaba condenada desde antes de su lanzamiento.

¿Y la NASA? Propuestas, propuestas. Todas dentro del programa Discovery, nunca se llegaron a aprobar. Desde la misión de recogida de muestras Aladdin, el Lander Merlin, o la sonda de sobrevuelo PADME. Discovery es muy competitivo, muy selectivo y, aunque se trataba de propuestas fascinantes, nunca pasaron del tablero de diseño. Quizás la más avanzada fue la primera, que llegó a la final, perdiendo ante Genesis, CONTOUR y MESSENGER. 

Fuente: ISAS

Claro que Japón tampoco ha sido muy afortunado. Un único intento, con su modesta misión Nozomi, que apuntaba a estudiar la atmósfera marciana y cómo interactuaba con el viento solar. No hace falta repetirse con su trágico destino. Pero fue desafortunada, muy desafortunada.

JAXA e ISAS buscaron una idea innovadora. Puede que se lanzasen después del fiasco ruso, con la idea de hacer lo mismo. Lo que nos lleva a la pregunta: ¿por qué investigar la lunas marcianas? Tal vez porque son de los objetos más misteriosos del sistema solar. Muchos apuntan a que son asteroides capturados (la más sensata), otros que son restos expulsados por una supuesta gran colisión (un poco fantasmas, la verdad), aplicando la misma (e incorrecta, a nuestro juicio) teoría de la formación de nuestra Luna. Si queréis saber más, tenemos una entrada en la que hablamos de ambos, sus teorías, sus certezas. Para acertar, hace falta información in situ. Y esa es la idea de JAXA.

Puede que las agencias japonesas sean las verdaderas expertas en recogida de muestras interplanetarias. La experiencia acumulada por sus dos misiones Hayabusa les ha inspirado para desarrollar algo semejante para Fobos en concreto. Para algunos, será como estudiar asteroides, para otros, creen que se podrían obtener de ese modo las primeras muestras de Marte.

Fuente: JAXA

Como todas las sondas construidas por Japón, no sólo tienen una vocación científica, también poseen un componente de ingeniería. Así, la misión de Exploración de las Lunas Marcianas, o MMX, no sólo volará hasta Marte y Fobos, incluso a Deimos, también probarán conceptos, el principal el del retorno desde Marte, algo que ninguna otra siquiera ha intentado.

El diseño y construcción de la sonda para la misión se ha encargado a la Mitsubishi Electric Corp., creando un sistema de vuelo con tres componentes. Misteriosamente, no tenemos sus medidas completas, sólo sus masas. Ya os decimos que no es pequeña, ni ligera. De abajo arriba, los tres elementos se denominan Módulo de Exploración, Módulo de Retorno, y Módulo de Propulsión. Bien podemos decir que gran parte de lo importante se aloja en el Módulo de Retorno. Es cierto que desconocemos la totalidad de sus tripas, por lo que

Fuente: JAXA

suponemos que gran parte de la tecnología que usa deriva de misiones anteriores como Hayabusa2 o SLIM. Ignoramos qué tipo de ordenador usa, de cuánto es la capacidad de almacenaje de sus grabadores. Sí sabemos que su sistema de comunicaciones trabaja en banda-X y banda-Ka usando una antena de alta ganancia, una de media ganancia (ambas parabólicas) y al menos tres de baja ganancia. Para su estabilización, se recurre a lo necesario para una plataforma inercial, a contar con una unidad de referencia inercial, dos escáneres estelares, cuatro ruedas de reacción, sensores solares, a lo que hay que añadir sus sistemas de propulsión. Sí, podréis pensar que al poseer un Módulo de Propulsión, todo se concentra allí. En realidad, hay dos grupos, tanto en el susodicho como en el Módulo de Retorno. Son sistemas comunes para reducir costes, si bien el de Propulsión cuenta con cuatro motores principales, el de Retorno dos. Hay que añadir los propulsores de maniobra en ambos también. ¿Por qué dos grupos de propulsión independientes? A su tiempo. La generación de energía depende de dos paneles solares de tres secciones cada uno, de células de alta eficiencia además de ligeras, que alimentan los sistemas de abordo y cargan una batería, tal vez de ion litio. En cuanto al control termal, básico: mantas multicapa, calentadores eléctricos, radiadores. ¿Y el Módulo de Exploración? Ahora vamos con él. Es el más ligero de los tres, pero no deja de ser importante. Porque MMX no sólo es un orbitador, también un Lander, por eso cuenta con un tren de aterrizaje de cuatro patas para estabilidad. No sólo eso: la

Fuente: JAXA

inmensa mayoría de la instrumentación principal se sitúa allí. TENGOO (Cámara Vertical Telescópica para Geomorfología) es su sistema de alta resolución, que está formado por un telescopio Cassegrain catadióptrico de dos espejos más un sistema de cuatro lentes correctoras. Posee un espejo primario de 120 mm, y el tren óptico cuenta con una longitud focal de 947.8 mm (f/8.9) sirviendo a un sensor CCD de gran formato de 3364 x 2520 pixels (3296 x 2472 activos). Es un sistema pancromático que trabaja entre 350 y 950 nm, proporcionando una resolución de hasta 40 cm. OROCHI (Radiómetro Óptico Compuesto de Cámaras Cromáticas) es una agrupación de ocho cámaras de campo ancho usando un sistema de lentes de retroenfoque. Cada cámara, superficialmente idénticas, en realidad están adaptadas cada una a registrar una longitud de onda casa una, captando una imagen cromática cada cámara al mismo tiempo. En realidad, son siete cubriendo los rangos espectrales de 390, 480, 550, 650, 730, 860 y 950 nm. Sobre casa sistema óptico, usa cada una seis lentes, con el filtro correspondiente entre medias. La longitud focal varía entre 13.23 y 13.57 mm (f/5.8-6.4). Sobre la octava, es monocromática, centrada en los 550 nm. Todas cuentan con un sensor CCD idéntico al de TENGOO, y muchos de los filtros son los mismos que los usados en la ONC-T de Hayabusa2. Estos dos sistemas se usarán para caracterizar Fobos físicamente, geológicamente, en composición, para buscar zonas en las que aterrizar y recoger muestras. Un último de talle en OROCHI, dispone de un sistema de luz LED que empleará si en el descenso a la superficie la sombra de la sonda entorpece la operación. MIRS, el Espectrómetro

Fuente: LIRA

Infrarrojo de MMX, es una de las contribuciones francesas a la misión. Es un sistema pushbroom que emplea un espejo móvil en un eje, dos espejos altamente asféricos, una abertura de entrada con un mecanismo de obturación para calibración, colimador más rejilla de difracción, dos objetivos dióptricos, los filtros para terminar con el detector dentro de un criostato. El sensor es un sistema híbrido, con un formato de 500 x 256 pixels. Para el enfriamiento, recurre a un criorefrigerador más dos radiadores. Registrará los espectros entre 0.9 y los 3.8 micrones, y estudiará la composición mineralógica de todo lo que observe. En su apertura, que cuenta con una ventana de protección, también tiene una pequeña compuerta que se puede abrir y cerrar para proteger el sistema de la contaminación por el regolito de Fobos durante el descenso. Aunque cuenta con hasta tres sistemas de altimetría láser, el LIDAR es el científico, que se basa en los usados en Kaguya o Hayabusa2. Los cambios están principalmente en el expansor de haz, con una magnificación de X7. En el resto, usa un telescopio Cassegrain como sistema receptor, y un sensor de fotoavalancha de silicio. Su misión, la cartografía de relieve de Fobos, para generar una representación tridimensional del satélite y buscar las mejores zonas para el aterrizaje. Una de las contribuciones de la

Fuente: NASA/JAXA/
Johns Hopkins APL/
Ed Whitman

NASA para el proyecto es MEGANE, el Explorador de las Lunas Marcianas con Rayos Gamma y Neutrones. Basado, o inspirado en los sensores de MESSENGER y Lunar Prospector, se trata de una repetición virtual de los sensores idénticos en la misión Psyche. Su misión, el estudio elemental de las superficies de las lunas marcianas, con el sensor de neutrones a la búsqueda de rastros de agua, mientras que el detector gamma indagará en la composición química mediante el bombardeo de rayos cósmicos contra las superficies de Fobos y Deimos. El único que no está en el módulo de exploración es el CMDM, el Monitor de Polvo Circum-Marciano. Instalado en uno de los laterales del Módulo de Retorno, es un panel formado por una lámina de polimida sobre un elemento cerámico piezoeléctrico. Su misión es estudiar el flujo y la velocidad de las partículas de polvo no sólo durante el crucero, también durante su tiempo de estancia en Marte, siendo capaz de medir velocidades de entre 0.2 y 0.8 km/s. Para la información sobre la dirección de llegada de estas partículas dependerá de la posición y la actitud de la sonda. Por último, está el MSA,

Fuente: JAXA

Analizador de Espectro de Masa. Consiste en un espectrómetro tipo TOF más dos magnetómetros de núcleo saturado triaxiales. El espectrómetro será capaz de medir la energía de los iones que capture, más la dirección de entrada, y la masa de la partícula. Todo para estudiar el entorno alrededor de ambos satélites. Para la recogida de muestras, usará dos. El desarrollado por JAXA es un sistema de perforación que extraerá núcleos de dos centímetros de diámetro, profundizando un mínimo de dos centímetros. Está al final de un brazo manipulador que se desplegará hasta la superficie. El segundo, procedente de la NASA, es un sistema neumático inspirado en el usado en OSIRIS-REx. Instalado en una de las patas, inyectará un gas presurizado que movilizará el regolito hacia un contenedor de muestras. Ambas muestras (si se consiguen) se introducirán en la cápsula de retorno de muestras, que está ubicada en una prolongación instalada en uno de los laterales del Módulo de Retorno. Está cápsula es el mismo diseño que el usado en las dos misiones Hayabusa. Por si faltaba poco, la misión cuenta con un pequeño Rover. Desarrollado

Fuente: DLR

conjuntamente por las agencias espaciales francesa (CNES) y alemana (DLR), el pequeño Idefix, que es su nombre, pretende estudiar in situ la superficie de Fobos. Tiene un chasis construido en carbono, que aloja todo lo necesario para funcionar, con un ordenador basado en la tecnología FPGA, un modesto sistema de comunicaciones de banda-S, un sistema energético que usa cuatro paneles solares (uno fijo, tres desplegables) con una superficie activa total de 0.36 m². Su sistema de movilidad se compone de cuatro elementos idénticos: un brazo de rotación, codo con motor eléctrico, engranajes, electrónicas, calentadores más la rueda, que mide 214 mm de diámetro, 54 de ancho, cuenta con nueve tacos para agarre máximo y sólo pesa 190 gramos cada una. Son de aluminio de alta resistencia construida en estructura de malla. Aparte de rodar por la superficie, servirá para enderezarse en cuanto llegue a la superficie. No girará a la manera usual, sino como lo hace un vehículo con orugas. Además, un software de movilidad llamado LOCO servirá para sus desplazamientos autónomos. Su velocidad no será espectacular, apenas 1 mm/s. Por supuesto, se ha

Fuente: DLR

diseñado para soportar los rigores del entorno de Fobos, y sus sistemas mantendrán sus paneles solares en máxima insolación. Son cuatro instrumentos los que porta: RAX, Espectrómetro Raman para MMX, apenas ocupa 81 x 98 x 125 mm³. Usa un láser de luz verde a un punto en la superficie de 50 micrones de diámetro bajo el rover. La luz que emita será recogida por un sistema óptico con autoenfoque que sirve a un sensor CMOS. Estudiará la mineralogía de la superficie entre 535 y 680 nm de casa localización que investigue. MiniRAD es un radiómetro de infrarrojo termal que, usando seis canales, estudiará la inercia termal más las propiedades ópticas. Usa detectores de termopila registrando longitudes de onda superiores a los 14 micrones. Tres de estos detectores son para medición de temperatura, los otros para las propiedades ópticas. Navcams, son un par de cámaras de navegación estereoscópicas con lentes de campo ancho sirviendo a sensores CMOS de 2048 x 2048 pixels con filtro Bayer, más una fuente de iluminación LED blanca. Son idénticas a las que se han montado en el Rover emiratí Rashid a la Luna. Y las WheelCams, dos unidades que enfocan a las ruedas delanteras y al suelo. También usan lentes de campo ancho, detectores monocromáticos CMOS de 2048 x 2048 pixels más tres luces LED sintonizadas en 590, 720 y 880 nm. Unas cubiertas transparentes sirven como protección. Estás cámaras servirán para indagar las propiedades de la superficie, mecánicas y del tamaño del regolito. El Rover volará plegado en un paquete de 557 x 512 x 314, y estará en un montaje que no sólo es un interfaz mecánico y de despliegue, también eléctrico y de datos. La masa de Idefix es de 23.47 kg. Por último, hay dos sistemas de ingeniería a bordo de MMX: IREM, Monitor de Entorno de Radiación Interplanetario, medirá la dosis de radiación durante todo el vuelo, además de registrar eventos SEP procedentes del Sol. Está en el Módulo de Retorno, al lado de la antena de alta ganancia. Y luego están las cámaras de Súper Alta Definición SHV. Proporcionadas por la NHK, la corporación audiovisual japonesa, va más allá que aquellas que montó Kaguya. Pero estás son mucho mejores porque obtendrán imágenes y vídeo en formato 4K y 8K. La de 4K se encuentra en el lado donde se monta el aparataje de la cápsula de retorno de muestras, a su derecha. La de 8K está directamente en el aparataje de la cápsula, mirando hacia un lateral. Y esto es todo. La masa sin combustible total es de unos 2100 kg, en cuanto las cargas de combustible es la siguiente: el Módulo de Retorno, 1190 kg y el de propulsión, 1840 kg. En total, MMX da un peso en báscula de 4480 kg. 

Fuente: JAXA

Hasta ponerla en la plataforma de lanzamiento, ha habido diversos retrasos. Hasta tal punto que se cambió hasta el lanzador. La idea inicial fue usar el viejo HII-A. Con este sistema retirado, se ha pasado al más moderno H3. Será en su configuración más potente, la H3-24L, que significa dos motores en su primera etapa, cuatro aceleradores sólidos, más la cofia larga. Despegará desde el complejo de lanzamientos de Yoshinobu, isla de Tanegashima, el día 20 de octubre, hora de Japón. Una vez el lanzador haya cumplido su función, la misión MMX estará en camino a Marte. 

Fuente: JAXA

Su tiempo de vuelo hacia el Planeta Rojo está dictado por la geometría, la distancia, por eso será un largo crucero de unos once meses. Misiones anteriores como las Viking, o Mars Polar Lander ya tuvieron duraciones de tránsito semejantes. ¿Es malo? En absoluto. simplemente hay ventanas más favorables que otras. Eso significa que llegará en agosto del 2027. 

Fuente: JAXA

Una vez insertada en órbita marciana, usando los medios de su Módulo de Propulsión, quedará e una trayectoria altamente elíptica, con un perigeo marciano de 500 km. No terminará esa órbita, o eso suponemos, porque realizará una segunda maniobra propulsiva (denominada MOI-2) que alterará el plano de su órbita, aumentando la altitud del perigeo. Y una tercera maniobra (MOI-3) será la que sitúe a MMX en las proximidades de Fobos, en una trayectoria denominada Órbita Cuasi-Satélite. ¿Qué significa? En esencia, para un probable observador en Marte, vería a MMX siguiendo al satélite. Si ese probable observador estuviese en Fobos, sería como si lo orbitase. Es ideal porque es muy estable y, a su vez, reduce los requisitos de propulsión. Todos ganamos.

Fuente: ESA/ATG Europe

La misión tiene previsto alargarse aproximadamente unos cinco años, dividida en cinco fases. En la primera, la misión comprobará su instrumentación, observando tanto Marte como Fobos. En la segunda comenzarán las observaciones de proximidad de Fobos, estudiando el satélite globalmente. En la tercera, una vez seleccionadas diversas zonas de aterrizaje, se preparará para al menos tres descensos, uno para la suelta de Idefix, a comienzos del 2029, desde una distancia de unos 40 metros de la superficie. La misión de Idefix puede alargarse hasta cien días. Un aspecto interesante de este descenso, no propulsado, hará que caiga y hasta rebote en la superficie. Puesto que la gravedad de Fobos es ínfima, se cree que no hay riesgo de daños. Dará igual sobre qué lado aterrice, su sistema de movilidad es plenamente capaz de compensarlo. Los otros dos aterrizajes serán para la obtención de muestras usando, o intentándolo, los dos sistemas para su posterior transferencia a la cápsula de retorno de muestras, con el objetivo de conseguir hasta 10 gramos de material de Fobos. Las dos últimas fases prepararán a MMX para la partida, primero con una campaña de observación de Fobos y Marte, antes de usar sus medios propulsivos para elevar su órbita e iniciar la campaña de observación de Marte y Deimos, estudiando es menor y más lejano de los satélites marcianos mediante sobrevuelos. 

Al igual que para ir, la misión esperará a la conjunción entre la Tierra y Marte para iniciar el esperadísimo viaje de retorno, lo que sería una auténtica primicia. Para noviembre del 2030 será el momento. Está es la razón de diseñar la sonda en tres módulos: como los cohetes en la Tierra, se trata de deshacerse de la masa considerada innecesaria. Esto significa la separación de los módulos de

Fuente: JAXA

Investigación y de Propulsión y, puesto que el de Retorno posee propulsión propia, será capaz de salir de la órbita. Es similar a lo que hizo Dawn en Vesta: a mayor altitud, menor agarre gravitatorio, por lo que salir será más fácil y con un menor gasto de combustible. La misión separará el Módulo de Propulsión el primero, claro, una vez la sonda esté en la órbita de Fobos, una vez terminadas todas las maniobras necesarias para llegar. La separación del Módulo de Exploración ocurrirá justo antes de la partida. Eso sí, el Módulo de Retorno se quedará casi sin instrumentación, sólo con el CMDM, IREM y las dos cámaras de ultra alta definición. Como a la ida, el crucero de retorno puede durar unos once meses hasta llegar a la Tierra. ¿Dónde caerá la cápsula de muestras? Lo ignoramos, pero si hacemos caso a los antecedentes de las misiones Hayabusa, lo haría en el desierto australiano de Woomera en el 2031. ¿Qué destino le esperaría al Módulo de Retorno tras la entrega? Lo ignoramos. 

Por mucho que se puedan instalar verdaderos laboratorios analíticos a bordo de sondas espaciales, nunca serán suficientes ni tendrán el equipo necesario que se puede encontrar en un auténtico laboratorio. Por eso han proliferado las misiones de retorno de muestras que despegaron desde Stardust

Fuente: ESA

y Genesis, con muestras de asteroides y desde la Luna, gracias a las misiones chinas, encontrando minerales nuevos. Por eso, estudiar muestras de Fobos en un laboratorio terrestre se considera tan importante. MMX apunta a responder diversas preguntas: ¿Cuál es el origen de las lunas marcianas? ¿Cuál fue el proceso evolutivo de la esfera marciana, tanto del planeta como de sus lunas? También es una misión de ingeniería: pretende establecer la tecnología necesaria para el viaje de retorno entre Marte y la Tierra; establecer las técnicas de muestreo avanzadas en diversos cuerpos celestes; establecer las tecnologías de comunicación óptimas usando una nueva estación de Tierra. Además, aprovechando su estancia en Marte y alrededores, será capaz de estudiar su atmósfera, su superficie, su entorno espacial, y la circulación de material atmosférico y su fuga al espacio.

Pocas son las misiones previstas a Marte en el futuro, y una de las más interesantes procederá también de Asia, de China concretamente, y su misión: recoger muestras del propio Marte y traerlas a casa. Y, de nuevo, adelantan a la NASA.

MMX es una misión fascinante y necesaria. Tardará en darnos resultados, sí, pero como siempre, la espera merecerá la pena. Suerte.