Poner botas en Marte no es fácil, pero es mucho más sencillo que traerlas de vuelta.
Esta semana, la NASA lanza su rover Perseverance en un viaje de ida a la superficie de Marte. Entre otras muchas herramientas, la nave lleva un instrumento experimental que podría ayudar a los astronautas en el futuro a realizar viajes de ida y vuelta al planeta. El Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, o MOXIE, es pequeño, del tamaño de una batería de coche. Está diseñado para demostrar una tecnología que convierte el dióxido de carbono en oxígeno con un proceso llamado electrólisis. La delgada atmósfera de Marte está compuesta en un 95 por ciento por dióxido de carbono, pero para enviar cualquier cosa al espacio se necesita combustible, y para quemar ese combustible se necesita oxígeno. La NASA podría enviar oxígeno líquido al planeta, pero el volumen necesario ocupa una buena cantidad de espacio.
MOXIE podría mostrar el camino hacia una solución. Si tiene éxito, una versión a mayor escala de la tecnología de producción de oxígeno de MOXIE podría utilizarse para lanzar un cohete a casa. «Definitivamente, la NASA no quiere limitarse a dejar a la gente en Marte», dice Asad Aboobaker, un ingeniero del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
Michael Hecht, un director asociado del MIT a cargo de MOXIE, dice que desde la década de 1990, las discusiones sobre la exploración de Marte siempre volvían a una lista de cuatro preguntas abiertas. Dos de ellas giraban en torno a demostrar que Marte es lo suficientemente seguro para las misiones humanas, ya que la atmósfera desnuda del planeta amenaza con tormentas de polvo y radiación cualquier cosa que se encuentre en su superficie. Estas cuestiones se han resuelto. La Mars Odyssey de 2001 midió la radiación en el planeta y en sus alrededores, informando de cómo habría que construir el blindaje para los astronautas. Después de 2007, el módulo de aterrizaje Phoenix perfiló el polvo de Marte y la química del suelo, y encontró nutrientes que podrían sustentar las plantas de la Tierra. Otra cuestión era cómo podrían aterrizar los vehículos de gran tamaño en el planeta. Esta preocupación se ha resuelto con el aterrizaje seguro de cuatro vehículos de la NASA en el planeta entre 1996 y 2011. La cuarta pregunta, aún sin respuesta, se refería a cómo podríamos llevar todos los recursos necesarios a Marte.
El mayor recurso que queda pendiente, según Hecht, es un propulsor necesario para un vuelo de vuelta a casa. «Todo lo que hay que hacer para convencerse de ello es mirar un cohete mientras se lanza desde la Tierra», dice Hecht. «Hay un enorme tanque de oxígeno para elevar una pequeña cápsula en la parte superior».
MOXIE es sólo una de las herramientas del roverance de 2.000 millones de dólares; la nave también incluye un helicóptero de Marte y SHERLOC, un láser ultravioleta que buscará señales de vida antigua. A pesar de que MOXIE está chapado en oro, parece humilde para su ambiciosa misión. La carcasa del experimento es una caja aproximadamente cúbica, que mide unos 30 centímetros en cada dimensión.
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Dentro de esa ordenada carcasa hay un compresor, un filtro y una pila cerámica rigurosamente probada que lleva a cabo la reacción de electrólisis. Cada elemento debe funcionar a distancia, con precisión y en condiciones que ahogan las piezas móviles y desgastan el valioso hardware.
La atmósfera de Marte es 170 veces más fina que la de la Tierra. A pesar de que ese aire es tan rico en dióxido de carbono, la baja presión significa que las cantidades de aire ambiental que flotan en el núcleo reactivo de MOXIE no producirán mucho oxígeno. Sin embargo, el compresor de MOXIE aspira el dióxido de carbono cercano y lo introduce en la unidad de electrólisis a una presión similar a la de la Tierra. Allí, un catalizador químico que funciona a 800 grados Celsius arranca un átomo de oxígeno de cada CO2 entrante. Los pares de átomos de oxígeno se combinan rápidamente para formar el oxígeno diatómico estable, que sale con el monóxido de carbono.
Dado que MOXIE funciona a tanta temperatura, mantener el equipo a salvo de sí mismo y del resto de las herramientas de Perservance requiere un aislamiento de alta tecnología. Para complicar aún más el asunto, el propio Marte es un planeta frío. Su escasa atmósfera tiene dificultades para retener el calor del día, por lo que Perseverance puede esperar enormes oscilaciones de temperatura, desde posibles máximas de 60 Fahrenheit hasta mínimas de 130 bajo cero. «Queremos demostrar que podemos funcionar de día, y de noche, en invierno, y en verano, y cuando hay polvo fuera… en todos los entornos diferentes», dice Hecht.
Asegurar un experimento de alta temperatura para que funcione en tal fue difícil, según Aboobaker, que ha participado en las pruebas de MOXIE en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA desde 2014. «¿Cómo lo construyes? Y ¿cómo lo empaquetas de manera que sobreviva al lanzamiento?», dice. «Hubo mucha iteración»
Los ingenieros de la NASA utilizaron aerogeles desarrollados para un proyecto totalmente diferente como aislante ligero y duradero. Cada solución como ésta aumentaba la probabilidad de éxito, e incluso descubría nueva ciencia: el equipo publicó recientemente un estudio sobre el rendimiento de los filtros en una atmósfera marciana simulada. «Ya hemos aprendido mucho sin ni siquiera ir a Marte», dice Hecht.
Según Hecht, la apretada agenda de Perseverance también supone un enorme reto técnico para el funcionamiento de MOXIE. El instrumento debe encenderse y apagarse para compartir la valiosa energía de la batería con otros instrumentos a bordo. Todas esas paradas y arranques -congelaciones y sofocos- son duras para el sistema. Las pruebas de MOXIE revelaron que estos ciclos degradan el experimento de muchas maneras. El equipo utilizó soluciones -como la recirculación de algo de monóxido de carbono para evitar que el dióxido de carbono degradara el lugar de la reacción- para resolver el problema de los ciclos, que según Hecht era «el problema más difícil»
La NASA finalizó su trabajo de hardware en marzo de 2019. Dado que Perseverance no aterrizará hasta el próximo mes de febrero, el hardware de MOXIE habrá estado sin usar durante casi dos años. «Para empezar, el hecho de estar sentado en un estante durante dos años es un desafío», dice Hecht. «Por no hablar del abuso extremo al que se somete entre la salida de ese estante y el encendido en Marte».
Preguntado si eso es una preocupación importante en este momento, Aboobaker responde «No, porque lo hemos diseñado para ello».
Una incertidumbre persistente, según Hecht, es dejar que MOXIE funcione por sí mismo sin que haya alguien cerca para pulsar un botón de apagado. Si un sensor defectuoso eleva demasiado el voltaje del instrumento, podría formarse carbono elemental y arruinar el experimento.
«Espero plenamente que MOXIE haga lo que dice que va a hacer», dice Julie Kleinhenz, una experta en recursos de la NASA que no participó en el desarrollo de MOXIE. Pero Kleinhenz dice que MOXIE se enfrenta a lo que ella llama «incógnitas desconocidas». El entorno único de Marte podría deparar sorpresas, como los efectos desconocidos del polvo. «La idea aquí es probar algo que sea una buena apuesta, ver lo que hace y obtener los datos».»
En Marte, el éxito será algo poco ceremonioso. «Si estuvieras al lado del rover -en un traje espacial, obviamente- probablemente no podrías decir que está pasando mucho en realidad», dice Aboobaker.
MOXIE no llenará ningún tanque con su oxígeno. En su lugar, los científicos harán un seguimiento del éxito con tres medidas independientes: un sensor de presión en la trayectoria del gas; una molécula fluorescente que se atenúa tras encontrar oxígeno; y una corriente eléctrica procedente de la reacción. Perseverance también lleva micrófonos, los primeros en una misión a Marte. Los científicos que escuchen la señal de audio buscarán el zumbido de un compresor saludable.
MOXIE es muy esperado, pero sólo produce unos seis gramos de oxígeno por hora, aproximadamente el ritmo de respiración de un corgi. Los humanos necesitan varias veces esa cantidad para respirar, y un cohete necesita unas 200 veces ese oxígeno para volver a casa. Para los científicos, un año de éxito marciano -687 días terrestres- sería una luz verde para ampliar el MOXIE más allá de las escalas de un corgi. Dado que una unidad totalmente capaz también tendría que funcionar 1.000 veces más de lo que lo hará MOXIE, los ingenieros pueden utilizar los resultados de MOXIE para mantener los diseños tan fiables -y compactos- como sea posible. Y la NASA puede encargar otros experimentos sobre recursos, como la producción de metano, para fabricar combustible para cohetes. Pero como fabricar metano implica encontrar, excavar y derretir hielo en Marte, Hecht dice que es más probable «cuando tengamos botas en el suelo». Cualesquiera que sean los objetivos futuros, el calendario de la órbita de Marte significa que la próxima misión no ocurrirá hasta dentro de 26 o 52 meses, por lo menos.
Preguntado si alguna vez aceptaría una oportunidad de visitar Marte él mismo, Hecht se ríe, diciendo: «Oye, no me siento cómodo en lo alto de una escalera». Después de pensarlo un poco más, admite que no podría dejar pasar la oportunidad. El ingeniero de la NASA Aboobaker tiene una advertencia. «Marte parece un lugar agradable para visitar», dice. «Sería increíble… si pudiera asegurarme de poder volver».