Las misiones a Marte con Starship pueden reducirse a solo tres meses

Un físico de la UCSB (Universidad de California Santa Bárbara) ha identificado dos trayectorias que podrían reducir los tránsitos a Marte con la nave Starship de Space X a entre 90 y 104 días.

Utilizando propulsión convencional y trayectorias de baja energía, las naves espaciales tripuladas tardarían actualmente entre seis y nueve meses en llegar a Marte.

Estas duraciones complican el diseño de la misión y los requisitos tecnológicos, y plantean problemas de salud y seguridad, ya que las tripulaciones estarán expuestas a largos periodos de microgravedad y a una mayor exposición a la radiación cósmica. Tradicionalmente, los diseñadores de misiones han recomendado la propulsión nuclear-eléctrica o nuclear-térmica (NEP/NTP), que podría acortar los viajes a tan solo tres meses.

La primera se basa en un reactor nuclear para calentar el propulsor de hidrógeno, convirtiéndolo en plasma caliente que se canaliza para generar empuje, mientras que la segunda se basa en un reactor nuclear para alimentar un motor de efecto Hall. Estos conceptos ofrecen alta aceleración (delta-v) e impulso específico constante (Isp), respectivamente, y su uso conjunto en forma de propulsión bimodal combina las ventajas de ambos.

Muchos investigadores consideran que esta tecnología es el único medio para reducir los tiempos de tránsito hasta el punto de que una misión se encuentre dentro del límite de radiación de la NASA de unos 600 milisieverts (mSv).

SIN PROPULSIÓN NUCLEAR

El nuevo estudio de Jack Kingdon, investigador de posgrado del Departamento de USCB, desafía esta suposición predominante y plantea la teoría de que se puede lograr una transferencia de 90 días utilizando propulsión convencional. Esta arquitectura de misión podría implementarse mientras las agencias espaciales y las entidades espaciales comerciales esperan el desarrollo de conceptos más avanzados. La investigacións e publica en Scientific Reports.

"La principal ventaja de esta propuesta es que solo utiliza tecnología existente o próxima a existir. VASIMIR y NEP están muy lejos de existir (para misiones espaciales reales), principalmente porque requieren reactores nucleares espaciales gigantes, cuyo desarrollo será técnicamente complejo y políticamente aún más difícil. El NTP es casi con toda seguridad más caro que el químico, aunque la tecnología existe, y no ofrece ventajas significativas", declaró Kingdon a Universe Today.

ARQUITECTURA DE MISIÓN

Como se describe en su sitio web, presentaciones en conferencias y manual de usuario, la arquitectura de la misión de SpaceX consta de seis naves espaciales que viajan a Marte. Cuatro de estas naves espaciales transportarán 400 toneladas métricas de carga, mientras que dos transportarán 200 pasajeros. Basado en el diseño del Bloque 2, con una capacidad de combustible de 1.500 toneladas métricas, las naves espaciales tripuladas requerirán 15 buques cisterna para reabastecerse completamente en órbita terrestre baja (LEO). Las naves de carga solo requerirían cuatro, ya que se enviarían en trayectorias más largas y de baja energía.

Una vez que la flotilla llegue a Marte, las naves espaciales se reabastecerán con propelente creado in situ a partir de dióxido de carbono local y hielo de agua. Al acercarse la ventana de retorno, una de las naves de tripulación y entre tres y cuatro naves de carga se reabastecerán y luego se lanzarán a una órbita baja marciana (LMO). Las naves de carga transferirán entonces la mayor parte de su propelente a la nave de tripulación y regresarán a la superficie marciana. La nave de tripulación partiría entonces hacia la Tierra, y el proceso podría repetirse para la otra nave de tripulación.

Kingdon calculó múltiples trayectorias utilizando un solucionador de Lambert, que produce el arco elíptico más corto en ecuaciones de problemas de dos cuerpos (también conocido como problema de Lambert). La primera partiría de la Tierra el 30 de abril de 2033, aprovechando la alineación periódica de 26 meses entre la Tierra y Marte. El tránsito duraría 90 días y la tripulación regresaría a la Tierra después de otro tránsito de 90 días el 2 de julio de 2035.

Como explicó Kingdon, la trayectoria anterior es la que tiene más probabilidades de éxito: "La trayectoria óptima es la de 2033, ya que requiere el menor combustible para el tiempo de tránsito más rápido. Una nota que puede no ser obvia para el lector común es que Starship puede llegar a Marte fácilmente en unos tres meses; de hecho, puede hacerlo en cualquier ventana de lanzamiento, con una amplia gama de trayectorias. Sin embargo, Starship podría impactar la atmósfera marciana demasiado rápido (aunque desconocemos, y probablemente SpaceX tampoco, la rapidez con la que Starship puede impactar la atmósfera marciana y sobrevivir). Estoy seguro de que Starship sobrevivirá a las trayectorias mencionadas."