Si ha estado siguiendo las noticias espaciales últimamente, es probable que haya oído hablar de Mars Sample Return: el ambicioso plan de la NASA para recolectar muestras de rocas marcianas y devolverlas a la Tierra para su estudio. Esta misión está programada para lanzarse a finales de esta década, pero será un proceso muy largo y costoso recolectar y recuperar esas muestras.
Pero Marte no es el único planeta cercano. ¿Por qué no vamos a Venus, nuestro otro vecino, y también tomamos una muestra de allí?
Esto es exactamente lo que propuso un grupo de investigadores en Venus. Hablamos con el jefe del grupo de propuestas para obtener más información.
Una vieja idea cuyo momento ha llegado
Los científicos han estado debatiendo los méritos de tratar de tomar muestras de Venus durante décadas, y los conceptos de la misión se estudiaron en la década de 1980. Aunque Marte es el planeta que ha atraído la mayor atención en los últimos años, existe un gran interés en la comunidad científica planetaria por aprender más sobre Venus, especialmente porque podría ayudarnos a comprender más sobre otros planetas fuera de nuestro sistema solar.
Ahora eso podría cambiar, ya que la NASA está comenzando a lanzar Una década de Venus con un par de misiones programadas para visitar allí, junto con una misión de la ESA, todas programadas para la próxima década.
Las misiones de muestra anteriores de Venus nunca despegaron por varias razones: el enfoque en Marte sobre Venus, la falta de tecnología para permitir un proceso tan complejo y la falta de hospitalidad del núcleo de Venus. Venus es caliente, con una atmósfera muy densa, lo que crea un entorno muy duro para el funcionamiento de la electrónica.
Intentar volar a Venus, enviar una sonda a la superficie, recolectar una muestra, devolver esa muestra a la órbita y luego devolverla a la Tierra sería muy costoso y requeriría avances tecnológicos significativos.
Es por eso que un grupo de investigadores franceses está adoptando un enfoque diferente. En lugar de tratar de recolectar un pedazo de la superficie de Venus, deberíamos tratar de tomar un pedazo de su atmósfera. La Misión de Retorno de Muestras de la Atmósfera de Venus, o VATMOS-SR, es un concepto de misión de un grupo del Instituto de Física Planetaria de París, que está tratando de obtener apoyo para su idea.
La gran ventaja de este enfoque es su relativa simplicidad. No hay necesidad de aterrizar nada en la superficie o volver a la órbita. Alternativamente, podría enviar una sola nave espacial en una trayectoria que se aleje de la Tierra hacia Venus, donde ingresaría a la atmósfera y llenaría botellas con aproximadamente cuatro litros de gas. Luego continúa viajando a la Tierra.
La nave espacial no tenía instrumentos y no tomaría ninguna lectura. Solo será un coche de colección. Esto lo hace más seguro, fácil y económico, explicó el investigador principal Guillaume Avice a Digital Trends.
«Te deslizas a través de la atmósfera en una trayectoria balística», dijo Avis. «Entonces, solo toma un año ir allí, tomar su muestra y regresar a la Tierra».
Planificación a largo plazo
En estos días, las tareas de ciencia planetaria generalmente implican enviar instrumentos (como los del rover de Marte) a un lugar y hacer que tomen medidas. Este enfoque requiere recolectar el material y devolverlo a la Tierra, donde tenemos herramientas más capaces y diversas para investigarlo.
Y con una preciosa muestra de otro planeta, un poco hace mucho. Una muestra de varios litros de gas puede preocupar a los científicos durante años.
«Lo realmente genial es que obtienes una gran cantidad de gas y puedes medirlo, no para siempre, sino durante mucho tiempo en la Tierra», explicó Avis. «Si lo piensas bien, puedes conservar un poco de esa muestra. Tal vez en una década, tengamos un nuevo espectrómetro en la Tierra que será útil para esta muestra».
Esta planificación anticipada tiene sentido cuando observa cómo la NASA manejó las muestras lunares recolectadas durante las misiones Apolo a la Luna. Algunas muestras se analizaron tan pronto como fueron devueltas a la Tierra, pero otras se almacenaron con el entendimiento de que la tecnología futura permitiría analizarlas a una nueva profundidad. Y este enfoque a largo plazo ha valido la pena, con una muestra de 50 años Recién abrió el año pasado Reveló información sobre la geología de la luna y su historia.
Si pudiéramos tomar una muestra similar de la atmósfera de Venus, gran parte de ella también podría almacenarse a largo plazo. Los investigadores utilizarían incluso un puñado de átomos en una muestra gaseosa, por lo que una muestra de varios litros sería suficiente para proporcionar material de investigación para toda la comunidad venusina.
Una próxima misión a Venus llamada DaVinci planea realizar mediciones similares de la atmósfera, pero en este caso, hay una crisis de tiempo real involucrada. El trabajo implica dejar caer una bola de muestra a través de la atmósfera, por lo que las muestras deben tomarse y procesarse en solo una hora.
Esto ha causado problemas con misiones anteriores a Venus en décadas anteriores, produciendo resultados confusos probablemente debido a calibraciones incorrectas o ventilaciones obstruidas. Los ingenieros hacen todo lo posible para anticipar cualquier posible problema de muestreo, pero es difícil hacerlo cuando hay tantas incógnitas sobre el entorno en el que entra la tarea.
Sin embargo, si se devuelve una muestra a la Tierra, hay mucho tiempo para calibrar los instrumentos y verificar dos veces los resultados, lo que los hace más confiables.
Hay algunas complicaciones al tomar una muestra a velocidades muy altas. Un proceso llamado fragmentación que puede dividir la muestra en diferentes partes ocurre cuando se recolecta muy rápidamente, pero debería ser posible corregir esto.
¿Cómo funcionará la misión de muestreo atmosférico?
Hay buenas razones por las que nadie ha intentado antes una misión de retorno de muestras de Venus. Porque no es fácil.
Un paralelo obvio a la misión de retorno de muestras de Venus sería la Misión de retorno de muestras de Marte, un próximo proyecto conjunto entre la NASA y la Agencia Espacial Europea que está programado para lanzarse a fines de la década de 2020. Este plan para recolectar una muestra de Marte involucra múltiples rovers, módulos de aterrizaje, o helicópteros, y está en proceso La configuración lleva décadas en desarrollo, y tiene un presupuesto inflado que tiene preocupados a los entusiastas fanáticos de Marte.
Y Venus es más inhóspito que Marte, con su atmósfera espesa, nubes de ácido sulfúrico y una presión comparable a las profundidades del océano. Avis dijo que tratar de devolver una muestra de la superficie de Venus sería una «pesadilla» y «probablemente más cara que la de Marte».
Es por eso que el grupo de Avice sugiere tomar una muestra de la atmósfera del planeta. “Es muy barato”, dijo, en términos relativos: el grupo estima el costo de una misión de este tipo en 100 millones de euros (110 millones de dólares), en comparación con Estimaciones actuales de $ 8 a $ 9 mil millones para devolver la muestra de Marte.
Incluso con la relativa facilidad de muestrear la atmósfera, ninguna pieza antigua de la atmósfera servirá. A altitudes muy altas, la atmósfera es muy delgada y algunas de las partículas se separan por gravedad. Entonces, para obtener una muestra representativa, debe ir por debajo de un nivel llamado homopausa, por debajo del cual la atmósfera se mezcla lo suficientemente bien como para contener todas las diferentes moléculas presentes.
En Venus, la homopausa está a unos 110 kilómetros (70 millas) de la superficie, por lo que la misión tendría que estar por debajo de ese nivel. Pero cuanto más profundizas, más difícil se vuelve la tarea. «Entonces, el objetivo es estar justo debajo de la menopausia, con cierto margen de seguridad», dijo Avis. “Si profundizamos, se vuelve más difícil y más costoso”.
retos
Sin embargo, simplemente atravesar la atmósfera del planeta es difícil. Un gran desafío es mantener la nave espacial a salvo del calor masivo que se acumula debido a la fricción en la atmósfera.
Una nave espacial que ingresará a la atmósfera de un planeta, ya sea que visite otro planeta como Marte o una nave espacial que regrese a la Tierra a través de la atmósfera de nuestro planeta, tiene un escudo térmico grueso que protege los componentes sensibles del interior de temperaturas muy altas.
Por ejemplo, llevar el rover a Marte implica envolver el rover en un escudo térmico y luego sellarlo todo (el rover y el escudo térmico juntos, junto con los propulsores y otras partes de la nave espacial) en la parte inferior del cohete para el lanzamiento. Una vez que la nave espacial esté en el espacio, desplegada y viaje a Marte, un escudo térmico protegerá al rover mientras atraviesa la atmósfera para aterrizar.
Sin embargo, para la misión Atmosphere Sample, necesitará un escudo térmico para operar dos veces, mientras toma muestras en Venus y nuevamente cuando devuelve la muestra a la Tierra. No está claro si la tecnología actual de escudo térmico estaría a la altura de la tarea de proteger una nave espacial con dos exposiciones de este tipo.
Hacer que un escudo térmico funcione dos veces, dijo Avis, es «algo que realmente no sabemos cómo hacer». Y puede tomar años de desarrollo para que funcione, si eso es posible.
¿Qué haces con la muestra una vez que regresa a la Tierra?
El otro desafío es el desafío repentino. Puede pensar que recolectar una muestra es la parte difícil, y analizarla una vez que esté de vuelta en la Tierra sería fácil. Pero resulta que trabajar con muestras de gas es más complicado de lo que imaginas.
La atmósfera de Venus está llena de sustancias que se evaporan fácilmente, llamadas volátiles. Estos incluyen los gases nobles y compuestos que incluyen nitrógeno, hidrógeno, carbono y azufre. Estudiar estos elementos es clave para comprender la atmósfera de Venus, pero no son fáciles de transportar o estudiar.
Para atrapar adecuadamente una sustancia volátil en una botella de muestra, necesita una muy buena válvula, para que no se escape nada de la muestra y para que no escapen gases de otros entornos, como la atmósfera de la Tierra. Este fue un problema para la misión Hayabusa2, que logró devolver una muestra de un asteroide pero se topó con el experimento. Una fuga en la atmósfera de la Tierra probablemente causada por el impacto del despliegue del paracaídas cuando regresaba a la Tierra.
Incluso si la muestra la devuelve a la Tierra completamente pura, sin fugas, aún debe moverse rápidamente para transferir la muestra de la botella a un contenedor más seguro. Incluso las válvulas herméticas tendrán bastantes fugas durante meses, por lo que necesita un sistema de múltiples contenedores que pueda atrapar cualquier cosa que se escape de la muestra y contener la mayor cantidad posible.
Los investigadores están desarrollando Sistemas de vacío para la extracción y análisis de gasesincluyendo estos utilizado para la muestra Hayabusa2pero esta sigue siendo una nueva área de tecnología que debe desarrollarse para que una misión de retorno de muestras atmosféricas sea completamente efectiva.
El futuro de la ciencia planetaria: in situ versus retorno de muestra
La misión de muestreo atmosférico aún se encuentra en la etapa de concepto, y el grupo espera incluirla en la próxima ronda de propuestas para la Agencia Espacial Europea o posiblemente la NASA.
Es un plan ambicioso, pero no es un concepto tan descabellado como lo era hace unos años. “Hace décadas, devolver muestras era solo un sueño y no era realmente serio”, dijo Avis, pero ahora con misiones anteriores como Hayabusa2 y próximas misiones como Mars Sample Return, se está convirtiendo en una posibilidad real.
Y existe la posibilidad de demostrar que el retorno de la muestra podría hacerse de forma relativamente rápida y económica, debido a las posibles trayectorias entre la Tierra y Venus y porque la nave espacial no tendría que reducir la velocidad, alcanzar la superficie y volver a la órbita. antes de regresar a la Tierra.
El trabajo puede ser un latigazo rápido de ida y vuelta, con una muestra devuelta dentro de un año.
«Lo realmente genial es que vamos a obtener una muestra de la atmósfera de Venus antes de obtener muestras de Marte», dijo Avis. «Así que esta será la primera muestra de otro planeta».
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