Planeadores y globos en Marte

Ocho naves espaciales activas, tres de ellas manejadas por la NASA, orbitan alrededor de Marte y recogen imágenes de la superficie del planeta con una resolución de aproximadamente 30 centímetros por píxel. Tres vehículos exploradores (rovers robóticos) recorren el suelo, cartografiando pequeñas zonas del planeta con mayor precisión. Pero lo que hay en los cientos de kilómetros que separan a los rovers de los orbitadores (incluyendo los procesos climáticos atmosféricos y rasgos geológicos como cimas de montañas) solo se investiga de lejos, o in situ de manera breve cuando un vehículo de alguna de esas dos clases cruza ocasionalmente por esa franja cuando va de camino a su destino.

De esa franja, la zona más interesante es la que ocupa los primeros kilómetros por encima de la superficie, ya que es allí donde se producen todos los intercambios entre la superficie y la atmósfera, tal como destaca Alexandre Kling, de la NASA. En esa capa es donde el polvo asciende y se acumula, donde se mezclan los gases traza, y donde se produce la modulación de los vientos a gran escala por los flujos montaña-valle.

Kling, Adrien Bouskela de la Universidad de Arizona en Estados Unidos y otros científicos integran un equipo cuyo objetivo es rellenar este vacío de datos diseñando una aeronave sin motor que pueda sobrevolar la superficie marciana durante días, utilizando únicamente la energía del viento para su propulsión. Equipados con sensores de vuelo, temperatura y gases, así como con cámaras, estas aeronaves, principalmente planeadores, solo pesarían 4,5 kilos cada una. Igualmente livianos serían los globos que quizá también se utilicen.

Volar en Marte es un reto debido a la escasa densidad de la atmósfera, cuya presión es de algo menos de un 1 por ciento de la existente en la atmósfera terrestre a nivel del mar.

El equipo de Kling no es el primero que se enfrenta a este reto. Un caso que ha culminado con un éxito demostrado es el del Ingenuity de la NASA, un helicóptero robótico de 4 kilogramos que desembarcó en Marte en 2021. Con una tecnología de vuelo miniaturizada y una envergadura del sistema de rotores de aproximadamente 1,2 metros, es el primer vehículo que hace vuelos propulsados y controlados en otro planeta. Pero el dron, alimentado por energía solar, solo puede volar durante tres minutos seguidos y alcanza típicamente una altitud de apenas 12 metros.

La meta que persiguen Kling, Bouskela y sus colegas es encontrar el mejor modo de utilizar la fuerza del viento marciano, las corrientes ascendentes y la dinámica térmica asociada a todo ello, a fin de no tener que emplear paneles solares ni depender de baterías.

Planeadores que sean muy ligeros, de bajo coste y diseñados para aprovechar al máximo la fuerza del viento, pueden ser la solución. Los planeadores de este tipo diseñados para volar en Marte tienen una envergadura de unos 3,3 metros, utilizarán varios métodos de vuelo diferentes, incluido el vuelo estático simple cuando haya suficiente viento vertical. Pero también podrán utilizar estrategias más complejas, que les permitirán nutrirse de la fuerza de los vientos para generar sustentación aérea con una eficiencia enorme. En Marte es muy común que la velocidad horizontal del viento se incremente con la altitud.

El equipo propone enviar los planeadores a Marte como carga útil secundaria en una misión mayor. En la nave nodriza, los planeadores se empaquetarán en CubeSats, satélites en miniatura no mucho más grandes que una guía telefónica. Una vez lanzados los CubeSats y liberados los planeadores, estos se desplegarán (o se inflarán y volverán rígidos) hasta alcanzar su tamaño completo.

El equipo también está estudiando la posibilidad de que un globo o dirigible ayude a los planeadores a mantenerse en la atmósfera. Esto ralentizaría su descenso e incluso les permitiría despegar de la superficie. Los planeadores podrían incluso volver a acoplarse al globo o dirigible después de un vuelo y seguir completando múltiples misiones.

El equipo llevó a cabo un lanzamiento cautivo de una primera versión del planeador, en el que descendió lentamente a la Tierra unido a un globo. (Imagen: University of Arizona College of Engineering)

Tras su aterrizaje final en suelo marciano, los planeadores seguirían transmitiendo información sobre la atmósfera a su nave espacial nodriza en órbita a Marte. Así, los planeadores se transformarían esencialmente en estaciones meteorológicas, lo que será de gran ayuda para estudiar la meteorología marciana. En el caso de la Tierra, los meteorólogos pueden predecir el tiempo con relativa exactitud gracias en parte a que hay estaciones meteorológicas por todo el mundo que forman una red de información, y todos los datos que recogen se introducen continuamente en los modelos de predicción. Así pues, cada planeador de Marte que no vaya ya a volar, por haber completado su exploración según lo previsto o porque algo haya salido mal, podría convertirse en otro nodo de esta red.

El equipo de Kling y Bouskela expone los detalles técnicos de su concepto aeronáutico de exploración de Marte en la revista académica Aerospace, bajo el título “Mars Exploration Using Sailplanes”. (Fuente: NCYT de Amazings)