En el Centro Goddard de Vuelos Espaciales se prueban
las herramientas que los astronautas usarán para explorar mundos distantes.
Cuando los astronautas
vuelvan a aterrizar en la superficie de otro mundo, sus recursos limitados
permitirán un corto espacio de tiempo cada día para explorar su nuevo entorno.
Los instrumentos diseñados para revelar rápidamente la química y la forma del
terreno les ayudarán a comprender los entornos que los rodean y cómo cambian
con el tiempo.
Para proteger las
preciosas horas disponibles para investigaciones científicas extraterrestres,
un equipo del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt,
Maryland, el Equipo de Campo de Instrumentos Goddard (GIFT) está probando y
perfeccionando las herramientas de análisis químico y topografía que ayudarán
al futuro humano exploradores de lugares como la Luna y Marte.
El Centro de Vuelo
Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, es la mayor organización de
científicos, ingenieros y tecnólogos de la nación que construye naves
espaciales, instrumentos y nuevas tecnologías para estudiar la Tierra, el Sol,
nuestro sistema solar y el universo.
"Lleva mucho tiempo
desarrollar tecnologías que volarán a otros cuerpos planetarios", dijo
Kelsey Evans Young , un geólogo de Goddard que ayuda a desarrollar herramientas
de exploración espacial. "Lo que estamos haciendo ahora tiene
una implicación directa sobre cuáles son los instrumentos que se van a
seleccionar para futuros vuelos espaciales".
Muchas de las tecnologías
que Young y su equipo desarrollan se basan en las que ya han equipado
orbitadores robóticos y exploradores que olfatean el cosmos. El Rover
Curiosity, por ejemplo, que actualmente atraviesa el c rateer de Gale en Marte,
estudia la composición del suelo con la ayuda de espectrómetros o herramientas
que identifican de qué están hechas las rocas al medirse cómo interactúan sus
elementos químicos con la radiación electromagnética. También en la Tierra, los
instrumentos que revelan la composición química de los objetos son ampliamente
utilizados en campos como restauración de arte, arqueología y geología.
Aunque las tecnologías que
impulsan estas herramientas ya existen, el objetivo de la NASA es hacer que los
instrumentos sean lo suficientemente pequeños y eficientes para ayudar a los
robots y, un día, a los astronautas a analizar en el lugar la composición de la
superficie de planetas, lunas y asteroides. Esto permitirá ajustes rápidos a
los planes de exploración, dijo Young, y decisiones bien informadas sobre qué
muestras preciosas pueden permitirse regresar a la Tierra en una nave espacial
de tamaño limitado.
Para probar instrumentos,
Young y otros científicos e ingenieros de la NASA tienen la envidiable
responsabilidad de desplegarse en lugares exóticos de la Tierra que comparten
características con lunas y planetas. Estos sitios análogos incluyen paisajes
fuera de este mundo como el campo volcánico Potrillo en el centro-sur
de Nuevo México. Allí, la geología del desierto que se formó durante
millones de años por las fuerzas volcánicas y tectónicas de la Tierra se parece
mucho a la de nuestra Luna. Es por eso que Potrillo ha servido como un campo de
entrenamiento de geología para astronautas que data de la era Apolo.
Otro destino análogo muy popular
es el área alrededor del volcán activo Kilauea en Hawai, donde la lava se
enfría para formar rocas basálticas similares a las de Marte. Al principio de
su historia, el Planeta Rojo tenía volcanes gigantes y activos, más grandes que
cualquier otro en la Tierra. Estudiar el impacto de la lava fresca en Kilauea,
y comparar eso con lo que sabemos sobre las condiciones geológicas del lejano
pasado, ayuda a los científicos a comprender cómo los volcanes marcianos
pudieron haber formado ese planeta, e incluso la geología de los cuerpos
rocosos que componen nuestro sistema solar.
Aaron Regberg, astrobiólogo del Centro Espacial
Johnson de la NASA, viste un traje limpio para recolectar muestras de hielo
para la detección de ADN. En el fondo, el resto del equipo de campo del
instrumento Goddard recoge datos y muestras en el glaciar Vatnajökull en
Islandia. Créditos: NASA Goddard / Molly Wasser.
"La química de las
rocas, los tipos de accidentes geográficos y las relaciones entre esas
características nos proporcionan conocimiento sobre cómo se formó y evolucionó
nuestro planeta, y en última instancia, esperamos, si los entornos habitables
pudieron haber existido o no en otros planetas en el pasado, ", Dijo Jacob
Elvin Bleacher , un geólogo de la NASA que lidera el equipo de campo Goddard
Instrument.
El científico de Goddard Kelsey Evans Young (centro)
se prepara para realizar una medición con un espectrómetro portátil de
fluorescencia de rayos X. El astronauta Butch Wilmore (derecha) y la geóloga
Liz Rampe (izquierda) están ayudando a elegir un lugar de medición. Este
trabajo fue parte de una actividad extravehicular simulada en colaboración con
Stony Brook University. Créditos: Kevin Lewis, Universidad Johns Hopkins
Lo que el equipo ha
aprendido haciendo experimentos analógicos, particularmente con astronautas
como el ex alumno de la Estación Espacial Internacional Barry Eugene
"Butch" Wilmore, es que la velocidad y la facilidad de uso son
esenciales para las herramientas espaciales. Los astronautas que realizan
actividades extravehiculares o EVA, como se llama a las excursiones desde el
hábitat, tienen oxígeno y otros recursos limitados, por lo que las
características del dispositivo como el tamaño del instrumento, el número de
botones y la visualización de datos son cruciales.
"Lo que no quieres es
que un instrumento tome dos horas de tiempo de la tripulación sin el aumento
correspondiente en la comprensión científica que surge al mirar e interpretar
los datos", dijo Young.
Dijo que el tiempo
invertido en interpretar líneas onduladas o desplazarse por volúmenes de información
significa menos oportunidades para caminar más lejos del módulo de aterrizaje
para hacer nuevos descubrimientos.
Otra consideración
aparentemente benigna en el diseño del instrumento que, a través de las
pruebas, resulta ser significativa, es si los instrumentos de mano deberían
tener botones. Un dispositivo diseñado como un escáner de precio de una tienda lo
convierte en una forma cómoda de espectrómetro de mano en la Tierra, pero en el
espacio, apretar un gatillo no es tan sencillo. Debido a que los trajes
espaciales están presurizados para parecerse a la presión de la atmósfera
terrestre, los astronautas necesitan más esfuerzo para moverse contra la fuerza
extra de sus trajes espaciales, lo que hace que los movimientos pequeños sean
extenuantes.
A continuación, estos son
los aspectos más destacados de los instrumentos espaciales que los científicos
e ingenieros de NASA están probando:
Mapeo del terreno con Escaneo Láser Terrestre:
Esta herramienta utiliza
la tecnología de detección de luz y rango, o lidar, para mapear el terreno en
3D, lo que permite a los exploradores comprender la topografía a 200 metros a
su alrededor.
(Un lídar o
lidar es un dispositivo que permite determinar la distancia desde un emisor
láser a un objeto o superficie utilizando un haz láser pulsado. La distancia al
objeto se determina midiendo el tiempo de retraso entre la emisión del pulso y
su detección a través de la señal reflejada).
Lidar mapea la geometría
de la superficie y la elevación disparando pulsos de luz infrarroja cercana a
millones de puntos en el suelo y midiendo cuánto tarda en recuperarse. Luego
convierte ese tiempo en distancia en función de la velocidad de la luz y, por
lo tanto, escanea las variaciones en la elevación.
El dispositivo de escaneo
láser terrestre de la NASA se sostiene sobre un trípode y alcanza los 5 pies
(1,5 metros) de altura. El escáner gira para capturar datos de todas las
direcciones, mientras que una cámara digital toma fotos del área para agregar
color a los mapas lidar. En la parte superior de la cámara está montado un
receptor GPS que recopila información sobre las coordenadas exactas del escáner
en el planeta.
Las tecnologías láser similar
a lidar, desarrollado en Goddard, se han utilizado en orbitadores para medir la
topografía de los planetas, incluida la Tierra. Pero el escaneo láser terrestre
no se ha operado en ningún otro planeta todavía. Un escenario futuro involucra
a los exploradores que usan este instrumento para ayudar a los exploradores
humanos a encontrar túneles habitables debajo de la superficie de la Luna o
Marte que se formaron hace miles de millones de años por el flujo de lava.
Explorando la química de las rocas con el
Espectrómetro manual de Fluorescencia de Rayos.
Este instrumento puede
identificar los elementos de los que están hechos los objetos mediante el uso
de rayos X de alta energía. Ayuda a los exploradores planetarios a evaluar
rápidamente (en pruebas recientes, solo dos minutos) la composición de su entorno
inmediato.
El espectrómetro de
fluorescencia rayos X hace que cuando se coloca contra un punto en la
superficie de un planeta, la radiografía entrante libera un electrón de una
órbita cercana al núcleo de un átomo, activando un electrón de las órbitas
exteriores para reemplazarlo, devolviendo así el átomo al equilibrio. Este movimiento
crea más energía de rayos X, o fluorescencia, que es captada por un detector en
el instrumento.
Los diferentes elementos
en rocas y suelos producen firmas energéticas únicas que se pueden trazar en un
gráfico o mostrar en una tabla de datos. Los científicos pueden determinar la
composición de un objeto en función del patrón generado en la pantalla del
instrumento.
La fluorescencia de rayos X (FRX) es una técnica
analítica instrumental no destructiva que mide la composición elemental de una
sustancia generalmente sólida al ser expuesta a una radiación de rayos-X. Los
rayos X poseen una energía tal que al incidir sobre la muestra pueden ionizarla
expulsando electrones de las capas más internas. Estos iones son altamente
inestables y esas vacantes son ocupadas por electrones de capas superiores en
cascada. Estos saltos de electrones de un nivel de mayor energía a uno de menor
desprenden una radiación característica que es la fluorescencia de rayos X
(figura 1). El conjunto de los saltos elec109 Irónicos entre capas de un
elemento forma el espectro característico del elemento y es único.
El espectrómetro de
fluorescencia de rayos X, que se ha usado durante mucho tiempo en los
laboratorios, se ha adaptado recientemente para uso portátil. Una tecnología
similar también ha estado en el espacio. Cuatro rovers en Marte, incluidos los
rovers Opportunity y Curiosity de la NASA, han utilizado tecnologías
relacionadas para explorar su entorno.
Identificación de elementos ligeros con el instrumento
portátil de espectroscopia de ruptura inducida por láser.
La
espectroscopia de plasma inducido por láser, conocida como LIBS, es un tipo de
espectroscopia de emisión atómica que emplea como fuente de excitación láseres
de alta energía. Una de las grandes ventajas de la técnica LIBS es la
posibilidad de analizar cualquier sustancia independientemente del estado de
agregación, ya sean sólidos, líquidos o gases, incluso en coloides como
aerosoles, geles y otros. Debido a que todos los elementos de la tabla
periódica emiten luz cuando son excitados convenientemente, la técnica LIBS
puede potencialmente resolver la composición elemental de cualquier muestra,
estando limitada dicha detección a la potencia disponible de los láseres y a la
sensibilidad y resolución espectral de los espectrómetros y detectores,
principalmente.
Este instrumento también identifica
elementos en rocas, pero es particularmente bueno para encontrar elementos
ligeros. Estos son elementos, como el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno y el
oxígeno, que producen muy poca energía en respuesta a un haz de fotones que
detectará el espectrómetro portátil de fluorescencia de rayos X.
El instrumento láser
funciona liberando un pulso láser de luz infrarroja de alta energía cuando se
lo sostiene en una roca. Esto calienta tanto la pieza de roca bajo el rayo
láser que se vaporiza en una pluma de plasma. El plasma libera energía lumínica
que se envía a los espectrómetros que revelan la radiación liberada y
absorbida. Las firmas de luz resultantes, que se revelan en picos en un
gráfico, corresponden a los elementos en las rocas.
La espectroscopia de
ruptura inducida por láser se utiliza en la Tierra para identificar la
composición de rocas y minerales en varios campos, incluida la construcción.
Pero el instrumento también ayuda a los exploradores itinerantes en el espacio
profundo. La ChemCam en el rover Curiosity de la NASA utiliza este tipo de espectroscopia
para encontrar el boro mineral traza en Marte, otra pista más de que la vida
podría haber existido en el planeta.
La NASA presenta una campaña sostenible para regresar
a la Luna y a Marte
Diciembre de 2017, el
presidente Donald Trump, en mensaje dirigido a la NASA, "a liderar un programa de
exploración innovador y sostenible con socios comerciales e internacionales
para permitir la expansión humana a través del sistema solar y traer de vuelta
a la Tierra nuevos conocimientos y oportunidades".
En respuesta a ese
llamamiento audaz, y en consonancia con la Ley de Autorización de Transición de
la NASA de 2017, la NASA recientemente presentó al Congreso un plan para
revitalizar y agregar una dirección al propósito duradero de la NASA. La
Campaña Nacional de Exploración Espacial convoca misiones de exploración humana
y robótica para expandir las fronteras de la experiencia humana y el
descubrimiento científico de los fenómenos naturales de la Tierra, otros mundos
y el cosmos.
La Campaña de Exploración
tiene cinco objetivos estratégicos:
1. Transición de las
actividades de vuelos espaciales humanos de los Estados Unidos en órbita
terrestre baja a operaciones comerciales que respaldan a la NASA y las
necesidades de un mercado emergente del sector privado.
2. Dirigir el
emplazamiento de capacidades que soporten las operaciones de la superficie
lunar y facilitar las misiones más allá del espacio lunar.
3. Fomentar el
descubrimiento científico y la caracterización de los recursos lunares a través
de una serie de misiones robóticas.
4. Regresar a los
astronautas estadounidenses a la superficie de la Luna para una campaña
sostenida de exploración y uso.
5. Demostrar las capacidades
requeridas para misiones humanas a Marte y otros destinos.
La Campaña de Exploración de la NASA incluye un
liderazgo activo en la órbita terrestre baja, en órbita alrededor de la Luna y
en su superficie, y en destinos mucho más allá, incluido Marte. Créditos: NASA.
Actividades de la órbita terrestre baja de transición
La NASA tiene la intención
de pasar del modelo actual de actividades espaciales humanas en órbita baja a
un modelo en el que el gobierno es solo un cliente para servicios comerciales.
Basándose en las
aportaciones de socios actuales, comerciales y otros interesados, la NASA dará
forma al plan para la transición de actividades en órbita baja desde la
financiación directa del gobierno a servicios comerciales y asociaciones, con
plataformas comerciales nuevas e independientes o un modelo operativo que no
sea de la NASA para alguna forma o elementos de la Estación Espacial
Internacional para el año 2025. Además, la NASA ampliará las asociaciones
público-privadas para desarrollar y demostrar tecnologías y capacidades que
permitan nuevos productos y servicios espaciales comerciales.
La Estación Espacial
Internacional continuará sirviendo como una plataforma central de vuelos
espaciales de larga duración para al menos 2024, que representará casi 25 años
de ocupación humana continua y cooperación internacional exitosa en el espacio.
La NASA aprovecha la
estación espacial para aprender cómo mantener a las tripulaciones sanas y
productivas en misiones espaciales profundas, y como banco de pruebas para
desarrollar tecnologías que respalden esas misiones. Es un campo de pruebas
experimentales que permite el descubrimiento y desarrollo de robótica avanzada,
comunicaciones, medicina, agricultura y ciencia ambiental.
La estación espacial
también puede ayudar a permitir la transición a actividades comerciales en
órbita terrestre baja. Recientemente, la NASA otorgó 12 contratos a la
industria para investigar la mejor manera de utilizar la estación espacial para
involucrar a la industria comercial de los EE. UU. Para que asuma un papel de
liderazgo en la órbita terrestre baja. La cartera de estudios seleccionados
incluirá conceptos específicos de la industria que detallarán los planes de
negocios y la viabilidad de las plataformas habitables, utilizando la estación
espacial o estructuras de vuelo libre separadas.
A la Luna
La Luna es una parte
fundamental del pasado y el futuro de la Tierra, un continente fuera del mundo
que puede contener valiosos recursos para apoyar la actividad espacial y
tesoros científicos que pueden decirnos más sobre nuestro propio planeta.
Aunque los estadounidenses caminaron por primera vez en su superficie hace casi
50 años, nuestros exploradores dejaron huellas en solo seis sitios, durante un
total de 16 días en la superficie. La próxima ola de exploración lunar será
fundamentalmente diferente.
La NASA está construyendo
un plan para que los estadounidenses orbiten alrededor de la Luna a partir de
2023, y aterrice a los astronautas en la superficie a más tardar a fines de la
década de 2020. Esta será la primera oportunidad para que la mayoría de la
gente viva hoy sea testigo de un alunizaje, un momento en que, maravillados y
asombrados, el mundo aguanta la respiración. Sin embargo, Estados Unidos no se
detendrá allí.
Un componente clave para
establecer la primera presencia e infraestructura permanente de los Estados
Unidos en la Luna y sus alrededores es la Puerta de Entrada, una plataforma
orbital lunar para alojar a los astronautas más alejados de la Tierra que
nunca.
Estados Unidos y sus
socios se prepararán para transitar por el espacio profundo, probando nuevas
tecnologías y sistemas a medida que construimos la infraestructura para apoyar
las misiones a la superficie de la Luna y prepararnos para la misión de epocal
a Marte (Se denomina como transición a la modernidad a un movimiento de época, una tendencia profunda que a lo largo de una prolongada linea del tiempo, contiene el paso desde una cultura y una sociedad de rasgos tradicionales a una cultura y una sociedad de rasgos modernos). La NASA también estudiará los efectos del entorno del
espacio profundo de la pasarela, aprendiendo cómo los organismos vivos
reaccionan a la radiación y la micro gravedad de un entorno espacial profundo
durante largos períodos.
El Gateway (o
puerta de enlace) también se evaluará como una plataforma para el
ensamblaje de cargas y sistemas; un módulo de comando reutilizable para
vecindad lunar y exploración de superficie; y una estación de camino para el
desarrollo de depósitos de reabastecimiento de combustible, plataformas de
servicio y una instalación de devolución de muestras.
Algunos elementos del
Gateway ya están en construcción en los centros de la NASA en los Estados
Unidos, incluidas las instalaciones en Ohio, Texas y Alabama, y en las
instalaciones de socios comerciales. El Gateway se ensamblará en el espacio, de
forma incremental, utilizando la nave espacial y el SLS de Orion, así como
vehículos de lanzamiento comercial. El primer elemento, que proporciona
potencia y propulsión, se lanzará desde Florida en 2022.
La superficie lunar
servirá como un terreno de entrenamiento crucial y un sitio de prueba de
demostración de tecnología en el que nos prepararemos para futuras misiones
humanas a Marte y otros destinos. A través de una combinación innovadora de
misiones que involucran socios comerciales e internacionales, las misiones
robóticas de la superficie lunar comenzarán en 2020, se enfocarán en la
exploración científica de los recursos lunares y prepararán la superficie lunar
para una presencia humana sostenida.
A fines de la década de
2020, un módulo de aterrizaje lunar capaz de transportar tripulaciones y carga
comenzará los viajes a la superficie de la Luna. Las actividades sustentables
de la superficie lunar a largo plazo habilitadas por estos esfuerzos, en conjunto
con Gateway, se expandirán y diversificarán con el tiempo, aprovechando la Luna
y el espacio cercano para la exploración científica en el sentido más amplio.
En Marte
El primer aterrizaje
humano en Marte, audaz en su complejidad, será un logro recordado con
admiración en el futuro de la humanidad. Los componentes clave de la Campaña de
Exploración ya están en marcha e incluyen vuelos espaciales tripulados de larga
duración en la estación espacial, desarrollo de sistemas avanzados de soporte
vital y continuar liderando y avanzando en el mundo en misiones científicas en
el espacio profundo.
En general, la Campaña de
Exploración se centra en un enfoque transformador que incluye el desarrollo de
tecnologías y sistemas que permiten una serie de misiones lunares humanas y
robóticas que son extensibles a Marte.
La NASA continúa
manteniendo el liderazgo en la exploración robótica en y alrededor de Marte. La
misión InSight de la agencia ahora está en camino a Marte y aterrizará en
noviembre para estudiar el interior del Planeta Rojo. El desarrollo del próximo
rover de la NASA en Marte continúa avanzando de manera excelente y está
previsto que se lance en julio de 2020.
El rover Mars 2020 ayudará
a nuestra búsqueda de vidas pasadas y demostrará la producción de combustible y
otros recursos que permiten la exploración humana. También utilizaremos esta
misión como un bloque de construcción para una misión robótica de ida y vuelta
posterior con el lanzamiento del primer cohete histórico de otro planeta y un
retorno de muestra. Esa misión servirá como un precursor crítico de una
eventual serie de misiones tripuladas a Marte, planeadas para comenzar en la
década de 2030 y que culminarán en un aterrizaje en superficie, que será
apoyado por el trabajo que haremos en la Luna en los próximos años.
Fuente
Goddard Space Flight Center
de la NASA
NASA/ Karen Northon
NASA Goddard / Molly Wasser
Kevin Lewis, Universidad
Johns Hopkins
NASA/ Karl Hille
