Adam Steltzner llegó al estrellato de la ingeniería en 2012, cuando el rover Curiosity de la NASA descendió en un aterrizaje perfecto sobre Marte, gracias a una osada y valiente maniobra diseñada por su equipo. Ahora, lo único de lo que Steltzner quiere hablar es sobre cómo limpiar.
El objeto de su obsesión sanitaria es un tubo metálico gris oscuro del tamaño de su mano. Yace en una estación de trabajo dentro de un edificio que parece una bodega en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) en Pasadena, California, donde Steltzner trabaja como ingeniero jefe del próximo rover que la NASA enviará a Marte. Necesita que el tubo sea uno de los objetos más limpios jamás creados para que el rover pueda completar su misión.
Ya en julio de 2020, el vehículo de una tonelada y seis ruedas despegará de Florida transportando 43 tubos de este tipo en un viaje de siete meses al Planeta Rojo. Una vez que llegue, el rover atravesará la superficie marciana y llenará cada tubo con tierra, roca o aire. Luego sellará los tubos, los colocará en el suelo y esperará — durante años o, posiblemente, décadas — para que otra nave espacial los recupere y los traiga de vuelva a la Tierra. Será el primer intento de la humanidad de traer de vuelta parte del Planeta Rojo.
Si todo se ajusta al plan, estos se convertirán en las muestras extraterrestres más preciadas jamás recuperadas. En el interior de uno de esos tubos metálicos podría estar la evidencia de la vida más allá de la Tierra en forma de un microorganismo, biominerales o moléculas orgánicas.
Es por eso que Steltzner y su equipo deben ser muy, muy limpios. Solo una célula de la Tierra o partículas de otros contaminantes arruinarían cualquier posibilidad de detectar inequívocamente un microbio marciano. Así que el equipo del proyecto está tratando de diseñar un sistema de muestreo robótico que mantendrá las cosas impecables. “Vamos a ser más serios acerca de la limpieza de lo que nadie ha sido antes”, dice Steltzner, sacudiendo el tubo como si fuera a eliminar los microbios errantes de él. “Solo vamos a diseñar esta cosa”.
En salas de conferencias, laboratorios y salas limpias (clean rooms) del JPL, científicos e ingenieros están ultimando decisiones cruciales para la misión. Están explorando y cuestionando cada detalle, desde cómo mantener los tubos fríos en la superficie marciana hasta lo que el rover hará cada minuto en el planeta para realizar todo el trabajo planeado. El próximo mes es un período clave, ya que la NASA reducirá la lista de posibles sitios de aterrizaje y realizará una crítica revisión de diseño que el proyecto debe pasar para seguir avanzando. Para el momento en que la misión despegue en 2020, su éxito o fracaso estarán dictados, en parte, por las decisiones que se están tomando ahora.
Nace un rover
En el soleado campus del JPL, enclavado dentro de las montañas al norte y al este de Los Ángeles, los ingenieros en mangas de camisa caminan por un sendero sombreado de eucaliptos. Algunos giran y entran en el edificio desde el cual los controladores de la misión conducen los dos rovers funcionando en Marte. Otros continúan hacia el Edificio 179, la histórica instalación de ensamblaje de naves espaciales donde nacieron numerosas misiones a la Luna, Marte y espacio interplanetario.
Hoy en día, también es aquí donde el Mars 2020 está tomando forma. Hasta ahora, la enorme sala limpia del edificio contiene solo un elemento importante para la misión —un escudo térmico en forma de disco, envuelto en una hoja plateada y arrugada–. Sobró de la misión Curiosity y será reutilizado para la nueva nave espacial.
La NASA proclamó esta reutilización cuando anunció la misión 2020 hace cuatro años. La agencia ya había enviado una serie de rovers exitosos a Marte, comenzando con el Pathfinder de 11 kilos en 1996, los gemelos de 180 kilos conocidos como Spirit y Opportunity en 2003, hasta el monstruoso Curiosity de 900 kilos en 2012. El JPL diseñó todas estas máquinas, cada una un peldaño hacia arriba en la complejidad y la ambición científica.
Lo que es nuevo son las partes que harán ciencia: las herramientas que harán mediciones en Marte y las que recogerán y almacenarán las muestras de roca. La carga científica del rover consistirá en siete instrumentos, todos diseños nuevos o mejorados. La cámara panorámica sobre el mástil del rover, por ejemplo, tendrá una función de zoom a cero en las áreas de interés. El instrumento láser del vehículo añadirá longitudes de onda adicionales para aumentar las investigaciones de la química de la roca y la mineralogía. Y el brazo robótico del rover llevará ultravioleta y espectrómetros de rayos X que trazaran el mapa de las rocas con más detalle que de lo que pueden los instrumentos en el Curiosity.
Estas herramientas representan la única oportunidad de la misión de recoger el contexto geológico para las muestras de roca preciosa. Esa información es clave para entender el material marciano— y el planeta, dicen los científicos–. Después de todo, ya tienen cientos de rocas de Marte — pero esas muestras no tienen contexto–. Llegaron a la Tierra como meteoritos que despegaron del Planeta Rojo durante impactos hace millones y miles de millones de años atrás. El punto de volar allí, recoger piedras y traerlas de vuelta es ayudar a los investigadores a descifrar la historia del paisaje marciano donde se recogieron las muestras y ensamblar la evolución del planeta.
“Queremos un buen conjunto de notas de campo a las que la gente se pueda referir por siglos”, dice Abigail Allwood, investigador principal del espectrómetro de rayos X y astrobiólogo en el JPL. “Si vamos a demostrar que esto es vida, tendremos que examinarla al más alto nivel”.
A la caza del tesoro
Ahí es donde entran Steltzner y su equipo. Empezaron desde cero para intentar soñar el mejor sistema de recolección de muestras posible. Las primeras ideas incluyeron configuraciones salvajes, como un rover con múltiples brazos para desplegar diferentes instrumentos científicos. Al final se quedaron con un sistema en el cual el rover extenderá su brazo hacia una roca, luego perforará y extraerá una muestra de 15 gramos. Sellará el tubo herméticamente y lo guardará de nuevo dentro del cuerpo del rover — todo en el transcurso de una hora, para reducir el tiempo en que las muestras están expuestas al aire marciano y el riesgo de una posible contaminación–.
El rover llevará suficientes suministros para llenar y sellar al menos 31 tubos, cada uno de aproximadamente 14 centímetros de largo y 2 centímetros de ancho. (Lleva varios repuestos en caso de problemas.) No todos los tubos están destinados a contener muestras marcianas. Algunos servirán como tubos testigos, llenos de material como malla de aluminio o cerámica para atrapar contaminantes ambientales. En el camino a Marte, uno de los tubos se dejará descubierto para capturar lo que pueda evaporarse de la nave espacial durante el vuelo. Ese tubo se sellará a la llegada. Otros tubos serán expuestos secuencialmente a la superficie marciana para recolectar muestras de cualquier cosa que pueda estar soplando en el aire en cada lugar. Más tarde, los científicos podrán usar los tubos testigos para determinar si las muestras perforadas estaban contaminadas y cuándo ocurrió.
El científico del proyecto Ken Farley y el resto del equipo de Mars 2020 decidieron llevar los tubos de los testigos recientemente, siguiendo el consejo de un panel científico que representa a los investigadores del futuro. “Tenemos que leer sus mentes sobre qué tipo de investigaciones quisieran hacer en las muestras devueltas”, dice Hap McSween, un geólogo planetario de la Universidad de Tennessee en Knoxville, que co-preside el panel.
Sobre todo, eso significa muestras ultra puras. En el momento en que los tubos son construidos, limpiados, horneados y escondidos dentro de la nave espacial, podrían ser los ambientes más prístinos de este planeta. “Es la combinación de requisitos inorgánicos, orgánicos y biológicos lo que lo hace tan desafiante y lo hace único entre las misiones enviadas por la NASA hasta ahora”, dice Ken Williford, científico adjunto del proyecto.
Otras naves espaciales han logrado impresionantes niveles de limpieza, impulsadas por preocupaciones acerca de no contaminar otros planetas con microbios provenientes de la Tierra. Ya en la década de 1970, los módulos de descenso de Viking Mars tenían sus instrumentos clave limpiados con disolventes y luego horneados con gas de helio durante cuatro días. Una limpieza protectora similar está planeada para el ExoMars rover de la Agencia Espacial Europea, que también se planea lanzar en 2020 y buscar signos de vidas pasadas. China planea enviar su propio rover a Marte en 2020, pero no con capacidades de detección de vida.
La misión 2020 de la NASA tiene que ir más allá de los requisitos usuales de protección planetaria para asegurar la integridad científica de las muestras programadas para el viaje de regreso a la Tierra. Ellas serán manejadas tan cuidadosamente como — y tal vez más aún— las rocas de la Luna traídas por los astronautas de Apolo, dice Cassie Conley, oficial de protección planetaria de la NASA, que trabaja en la sede de la agencia en Washington DC.
En términos prácticos, no hay manera de conseguir que la nave espacial esté completamente limpia. En su lugar, los científicos de la misión están decidiendo cuáles son los niveles de contaminación con los que pueden vivir. Tanto los materiales orgánicos como los inorgánicos deben mantenerse por debajo de ciertos límites —por ejemplo, un panel asesor ha recomendado no más de un total de 40 partes por billón de carbono orgánico en cualquier muestra–.
Pero las muestras estarán inevitablemente contaminadas con tungsteno porque los dientes del taladro están hechos con nitruro de tungsteno. Esto significa que los futuros científicos no podrán datar las rocas marcianas usando un sistema de desintegración radiactiva que se basa en tungsteno y hafnio; tendrán que elegir entre otras alternativas. “Simplemente vamos a tener que vivir con eso”, dice McSween.
Otra consideración es qué tan caliente podrían estar los tubos al estar en la superficie marciana esperando el vuelo a casa. A petición de Farley, McSween y su panel analizaron qué información científica se perdería a diferentes temperaturas. Llegaron a la conclusión de que 60 °C era el límite superior aceptable. Por encima de eso, algunos compuestos orgánicos comienzan a degradarse, algunos minerales comienzan a descomponerse y otros cambios pueden suceder que pueden afectar a la investigación. Así que los ingenieros decidieron recubrir los tubos con óxido de aluminio para reflejar la luz solar y mantenerlos por debajo de ese umbral de 60 °C.
La NASA aún no ha planeado una misión para devolver las muestras, pero cuando lleguen a la Tierra, los investigadores tendrán un arsenal de técnicas para probar la posible vida marciana. Buscarán aminoácidos, los precursores de proteínas, y otros compuestos orgánicos complejos. Otra evidencia podría provenir de las proporciones de isótopos en las moléculas clave, que en la Tierra pueden proporcionar señales claras de los procesos biológicos. No hay ninguna combinación de medidas que los investigadores convengan en que demostrará la existencia de la vida marciana, pero al construir una serie de observaciones sobre la roca y lo que contiene, los científicos podrían ser capaces de lograr un caso convincente.
Eso no significa que sea fácil. Farley es un geoquímico que estudia cómo los rayos cósmicos alteran la química de las rocas. Como tal, se preocupa de que cualquier compuesto orgánico de la antigua Marte se haya degradado por los millones de años tendido en la superficie. Una estrategia para obtener las mejores muestras podría ser dirigirse a áreas como la base de los acantilados marcianos, donde el material fresco se expone cuando se rompe la roca desde arriba.
Los planes de la NASA requieren la recolección de 20 muestras cuidadosamente seleccionadas y documentadas en 1-1.5 años marcianos. Esto significa conducir entre muchos lugares de muestreo posibles y evaluar cuál es probable que produzca la información más interesante de una diversidad de entornos geológicos. A medida que se acumula, el rover probablemente almacenará los tubos en el suelo en una o más ubicaciones.
En sus 4,5 años en Marte, Curiosity ha perforado solo 15 hoyos y ha recorrido más de 16 kilómetros. El equipo 2020 tendrá que trabajar mucho, mucho más rápido. “Está muy claro que tenemos que mantener un ritmo muy alto”, dice Farley. “El equipo científico no puede simplemente sentarse y discutir, ¿queremos perforar aquí?”
Establecimiento
Al final, el éxito científico del rover 2020 depende en gran medida de dónde aterrice. La NASA está considerando ocho sitios. La mitad de ellos se encuentran en entornos con antiguos lagos, deltas u otras evidencias de agua y sedimentos de larga data que pueden preservar muestras de vida antigua. Los otros posibles sitios de aterrizaje están entre las rocas más viejas, donde el agua una vez se filtró a través de la corteza marciana en manantiales hidrotermales calientes que pudieron haber permitido que la vida prosperara hace tiempo. El que sea escogido de ellos determinará la dirección que tomará la ciencia de Marte, dice Bethany Ehlmann, geóloga planetaria en el Instituto de Tecnología de California, en Pasadena.
Los científicos acortarán la lista a la mitad en un taller el próximo mes en Monrovia, California, y recomendarán un sitio final para la consideración de la NASA un año o dos antes del lanzamiento.
También en febrero, la misión pasará por una revisión final de todos los aspectos de su diseño. Si se aprueba, el JPL continuará construyendo formalmente los instrumentos científicos, el sistema de muestreo y otro hardware. Una vez completada la máquina, pasará por pruebas antes de ser enviada a un lanzamiento en julio o agosto de 2020.
La NASA todavía tiene que decidir cuándo las muestras podrían regresar a casa. No tiene ninguna misión en Marte presupuestada o aprobada después del rover 2020. Los gerentes en la sede de la agencia han comenzado a insinuar que les gustaría ver un lanzamiento de órbita en 2022, para servir como un relevador de comunicaciones para misiones futuras y para reemplazar a los orbitadores que ya están envejeciendo. Después de eso, la prioridad será conseguir que las muestras marcianas regresen a la Tierra, mientras también apoyan posibles planes para la exploración humana de Marte. La NASA está financiando estudios tempranos sobre la idea de un vehículo de ascenso de Marte —que llevaría un pequeño paquete de muestras, quizás del tamaño de una bola de boliche — en la órbita de Marte. Entonces una nave espacial aún no planificada recogería el paquete en órbita y lo devolvería a una estricta cuarentena en la Tierra.
Farley recuerda que empezó a hablar seriamente sobre el regreso de la muestra de Marte a finales de los años ochenta. En ese momento, la NASA estimó que podría tardar una década en lograrlo. Todavía pasará por lo menos una década antes de que las muestras marcianas sean traídas de regreso a la Tierra, dice Farley. “Pero al menos estamos empezando ahora”.
Fuente: scientificamerican.com