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Los viajes a Marte y otros proyectos de la NASA en los próximos 20 años

Sistemas de propulsión avanzados, generación y almacenamiento de energía en el espacio, robots y sistemas vitales son algunos de las áreas de trabajo necesarias para avanzar en la exploración

La NASA define su hoja de ruta
Ilustración de la NASA sobre sus objetivos de exploración del Sistema Solar e investigación del universo.

La NASA ha identificado 15 áreas de nuevas tecnologías que deben ayudar, en los próximos 20 años, a cumplir sus misiones científicas y de exploración, incluidos los viajes humanos a Marte. Se trata de 15 hojas de ruta específicas que son “clave en el Plan de Inversión en Tecnologías Estratégicas y que sienta las bases de prioridades para los desarrollos tecnológicos esenciales”, señala la propia agencia. Son objetivos ambiciosos, pero no hay que olvidar que sus recursos no son tan abundantes como lo fueron en el pasado: si la NASA contaba en los años sesenta, en los momentos álgidos del programa lunar, con casi el 4,5% (en 1966) del presupuesto federal estadounidense, en 2015 es un 0,5% (unos 16.000 millones de euros).

Las 15 hojas de ruta específicas unificadas en una única propuesta presentada esta semana son: sistemas de propulsión en el lanzamiento; tecnologías de propulsión en el espacio; producción y almacenamiento espaciales de energía; robótica y sistemas autónomos; sistemas de comunicaciones y navegación, así como de seguimiento de basura espacial; salud y sistemas de soporte de la vida humana y habitacionales en el espacio; sistemas de exploración humana en los destinos; instrumentos científicos, observatorios y sensores; sistemas de entrada, descenso y aterrizaje; nanotecnología; tecnologías de la información, modelización, simulación y proceso de datos; materiales, estructuras, sistemas mecánicos y fabricación; sistemas de lanzamiento y de seguimiento en Tierra, sistemas térmicos y aeronáutica.

Además, el nuevo documento especifica áreas transversales a las diferentes tecnologías, como sistemas autónomos e inteligencia artificial, aviónica, paseos espaciales, reutilización de recursos in situ o radiación y meteorología espacial.

Hay ya más de 100 millones de fragmentos de basura espacial de tamaño superior a un milímetro

Con la Hoja de Ruta 2015, elaborada por 40 expertos con el apoyo de especialistas de diferentes áreas, la NASA extiende y mejora el panorama tecnológico para el futuro presentado en 2012. “Para la exploración espacial, los siguientes son algunos de los formidables obstáculos tecnológicos que hay que conquistar antes de dejar la primera huella de una bota en el suelo de Marte: crear un entorno para que los humanos vivan y trabajen en el espacio; navegar y viajar a lugares lejanos; fabricar productos en el espacio; aterrizar en superficies planetarias y despegar de ellas, así como tener comunicaciones rápidas entre la Tierra y los sistemas espaciales”, resume el documento ahora presentado. La Hoja de Ruta está abierta para comentarios públicos (hasta el 10 de junio) con el objetivo de “incrementar la concienciación social, generar soluciones innovadoras para la exploración espacial y el descubrimiento científico e inspirar la implicación pública en el programa espacial americano”, invita la NASA.

La exploración espacial con robots seguirá acaparando gran parte del esfuerzo estadounidense. Pero las futuras misiones automáticas serán mucho más complejas y exigirán buenas dosis de autonomía de las máquinas, señalan los expertos que han confeccionado las hojas de ruta. Las misiones lejanas dedicadas a objetivos cambiantes, dinámicos, necesitarán robots que adapten sus configuraciones y comportamiento a las circunstancias y deberán manejar la incertidumbre. Por ejemplo la exploración de asteroides cercanos a la Tierra requerirá equipos automáticos capaces de tomar decisiones y de hacer autónomamente el seguimiento de procesos, funciones que ahora se controlan desde Tierra.

En cuanto a los astronautas, los expertos recuerdan que necesitan trajes espaciales tanto para determinadas fases del viaje como para realizar operaciones fuera de los vehículos, por ejemplo reparaciones o actividades de investigación. Y los trajes “son naves espaciales en miniatura ajustadas al cuerpo humano que tienen muchos de los sistemas de las naves propiamente dichas, como sistemas vitales, control térmico, aviónica, distribución y almacenaje de energía, protección frente a impactos, propulsión y comunicaciones”, señalan los expertos. Actualmente se están desarrollando nuevos interfaces físicos y mecánicos para los trajes espaciales o soluciones de recarga de sistemas vitales y regeneración. Y hay que tener en cuenta necesidades futuras de la exploración planetaria como sistemas de recogida de muestras en otros lugares.

Cualquier programa de extensión de la presencia humana y operaciones en cuerpos extraterrestres exige aprender a reutilizar recursos de los lugares de destino, tanto naturales como aportados por la propia actividad exploración. Esto incluye agua/hielo, elementos como hidrógeno, helio, carbono o nitrógeno, metales y minerales, constituyentes atmosféricos, energía solar, residuos de las tripulaciones y artefactos que se hayan desechado por un uso anterior. “Los productos obtenidos a partir de esos recursos pueden ser utilizados para reducir la masa y el coste de la exploración tanto humana como robótica, reducen los riesgos al permitir la autosuficiencia e incrementan las capacidades o permite nuevos conceptos de misión en comparación con el planteamiento de llevar todo desde la Tierra”, señala la hoja de ruta de la NASA. Además, con la reutilización se puede reducir el coste de las misiones.

Los trajes espaciales son naves en miniatura ajustadas al cuerpo humano

En 2015, la masa total de basura espacial en órbita supera las 6.000 toneladas; la red estadounidense de vigilancia de basura espacial está actualmente siguiendo más de 22.000 objetos de tamaño mayor a 10 centímetros; los datos indican que hay unas 500.000 piezas de basura mayores que un centímetro y más de 100 millones de tamaño superior a un milímetro, recuerda el informe de la NASA. Y los fragmentos de basura espacial de tamaño tan reducido como 0,2 milímetros suponen un riesgo real tanto para los astronautas como para los artefactos espaciales automáticos en el entorno terrestre. Las medidas que se vienen adoptando hasta ahora resultan insuficientes para evitar el aumento de la basura espacial en el futuro. La hoja de ruta de la NASA identifica tecnologías que serán necesarias para afrontar este reto, señalando que son esenciales las observaciones ópticas y con radar, así como mediciones directas para caracterizar mejor la población de la basura espacial desde órbitas bajas hasta órbita geoestacionaria (a unos 36.000 kilómetros de altura), donde funcionan muchos satélites de comunicaciones. También hay que avanzar en la modelización del entorno de la basura espacial tanto actual y como futuro, así como de los procesos de fragmentación de satélites y las situaciones de reentrada de trozos en la atmósfera terrestre.

Es esencial, dicen los expertos de la agencia, conocer la meteorología espacial en las misiones lejanas o prologadas en las que ni los astronautas ni las naves y sondas espaciales cuentan con la protección que brindan los campos magnéticos terrestres. La radiación es un problema tanto para los exploradores humanos como para los equipos electrónicos que llevan. Por tanto, deben mejorar los conocimientos que permitan hacer una mejor predicción de las erupciones solares. Pero esto no será suficiente, por lo que hay que desarrollar tecnologías de mitigación y protección.

De la ciencia ficción a las tecnologías pioneras

Un robot con forma de anguila o de calamar, capaz de alimentarse de la energía generada a partir de la variación del campo magnético y que podría ser útil para la exploración anfibia de mundos como la luna Europa de Júpiter con océanos líquidos; dos planeadores conectados por un cable desplazándose a diferentes alturas y sin propulsión o unos pequeños y baratos robots como balones de futbol para buscar agua, nitrógeno e hidrógeno en las regiones permanentemente sombreadas de cuerpos planetarios son algunas de las 15 propuestas seleccionadas por la NASA este año para realizar una fase de estudio de la idea. Las propuestas se inscriben en el programa de Conceptos Innovadores Avanzados, cuyo objetivo es “convertir la ciencia ficción en ciencia mediante el desarrollo de tecnologías pioneras”.

Las propuestas abarcan un amplio rango de conceptos que han sido seleccionados por su potencial de cara a futuras misiones espaciales. Las ideas elegidas reciben una financiación de 90.000 euros para realizar, durante nueve meses, estudios iniciales del concepto propuesto. Si los resultados son positivos pueden recibir otros 450.000 euros en una segunda fase de análisis de dos años para el desarrollo del concepto inicial.

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