Con las primeras muestras marcianas empaquetadas, Perseverance inicia una notable misión de retorno de muestras



El agujero de perforación del segundo intento de recolección de muestras de Perseverance se puede ver, en este compuesto de dos imágenes tomadas el 1 de septiembre de 2021, por una de las cámaras de navegación del rover Perseverance. Crédito: NASA/JPL-Caltech

La NASA, junto con la Agencia Espacial Europea, está desarrollando una campaña para devolver las muestras marcianas a la Tierra.

El 1 de septiembre, el rover Perseverance de la NASA desplegó su brazo, colocó una broca en la superficie marciana y perforó aproximadamente 2 pulgadas, o 6 centímetros, para extraer un núcleo de roca. El rover más tarde selló el núcleo de roca en su tubo. Este evento histórico marcó la primera vez que una nave espacial empacó una muestra de roca de otro planeta que podría ser devuelta a la Tierra por futuras naves espaciales.

Mars Sample Return es una campaña multimisión diseñada para recuperar los núcleos que Perseverance recolectará en los próximos años. Actualmente en la fase de diseño conceptual y desarrollo de tecnología, la campaña es uno de los esfuerzos más ambiciosos en la historia de los vuelos espaciales, que involucra múltiples naves espaciales, múltiples lanzamientos y docenas de agencias gubernamentales.

"Devolver una muestra de Marte ha sido una prioridad para la comunidad científica planetaria desde la década de 1980, y la oportunidad potencial de finalmente lograr este objetivo ha desatado un torrente de creatividad", dijo Michael Meyer, científico principal del Programa de Exploración de Marte de la NASA con sede en la sede de la NASA en Washington.
Esta ilustración muestra un concepto para un conjunto de futuros robots que trabajan juntos para transportar muestras de la superficie de Marte recolectadas por el rover Mars Perseverance de la NASA. Crédito: NASA/ESA/JPL-Caltech

El beneficio de analizar muestras en la Tierra, en lugar de asignar la tarea a un rover en la superficie marciana, es que los científicos pueden usar muchos tipos de tecnologías de laboratorio de vanguardia que son demasiado grandes y demasiado complejas para enviar a Marte. Y pueden hacer análisis mucho más rápido en el laboratorio mientras proporcionan mucha más información sobre si alguna vez existió vida en Marte.

"He soñado con tener muestras de Marte para analizar desde que era un estudiante graduado", dijo Meenakshi Wadhwa, científico principal del programa Mars Sample Return, que es administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. "La recolección de estas muestras bien documentadas eventualmente nos permitirá analizarlas en los mejores laboratorios aquí en la Tierra una vez que sean devueltas".

Mars Sample Return implicaría varias primicias destinadas a resolver una pregunta abierta: ¿Se ha arraigado la vida en algún lugar del sistema solar además de la Tierra? "He estado trabajando toda mi carrera para tener la oportunidad de responder a esta pregunta", dijo Daniel Glavin, astrobiólogo del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Glavin está ayudando a diseñar sistemas para proteger las muestras marcianas de la contaminación a lo largo de su viaje de Marte a la Tierra.

Al ser desarrollado en colaboración con la ESA (la Agencia Espacial Europea), Mars Sample Return requeriría el lanzamiento autónomo de un cohete lleno de preciosa carga extraterrestre desde la superficie de Marte. Los ingenieros tendrían que asegurarse de que la trayectoria del cohete se alinee con la de una nave espacial que orbita Marte para que la cápsula de muestra pueda transferirse al orbitador. El orbitador luego devolvería la cápsula de muestra a la Tierra, donde los científicos estarían esperando para contenerla de manera segura antes de transportarla a una instalación segura de riesgos biológicos, una que está en desarrollo ahora.

Antes de traer muestras marcianas a la Tierra, los científicos e ingenieros deben superar varios desafíos. Aquí hay un vistazo a uno:
Recolectar muestras de Marte y traerlas de vuelta a la Tierra será una empresa histórica que comenzó con el lanzamiento del rover Perseverance de la NASA el 30 de julio de 2020. Perseverance recolectó sus primeras muestras de núcleos de roca en septiembre de 2021. Crédito: NASA/ESA/JPL-Caltech

Protegiendo la Tierra de Marte

Mantener las muestras químicamente prístinas para un estudio riguroso en la Tierra mientras somete su contenedor de almacenamiento a medidas de esterilización extremas para garantizar que no se entregue nada peligroso a la Tierra es una tarea que hace que Mars Sample Return sea realmente sin precedentes.

Hace miles de millones de años, el Planeta Rojo puede haber tenido un ambiente acogedor para la vida que prospera en condiciones cálidas y húmedas. Sin embargo, es muy poco probable que la NASA traiga muestras con organismos marcianos vivos, según décadas de datos de orbitadores, aterrizadores y rovers en Marte. En cambio, los científicos esperan encontrar materia orgánica fosilizada u otros signos de vida microbiana antigua.

A pesar del bajo riesgo de traer algo vivo a la Tierra, una gran cantidad de precaución está llevando a la NASA a tomar medidas significativas para garantizar que las muestras marcianas permanezcan selladas de forma segura durante todo su viaje. Después de recolectar núcleos de roca en todo el cráter Jezero y colocarlos dentro de tubos hechos principalmente de titanio, uno de los metales más fuertes del mundo, Perseverance sella firmemente los tubos para evitar la liberación inadvertida de incluso la partícula más pequeña. Los tubos se almacenan en el vientre del rover hasta que la NASA decida el momento y el lugar para dejarlos caer en la superficie marciana.

Una campaña de devolución de muestras incluiría un rover de búsqueda de muestras de la ESA que se lanzaría desde la Tierra a finales de esta década para recoger estas muestras recogidas por Perseverance. Los ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio, están diseñando las ruedas para el rover fetch. El rover transferiría muestras a un módulo de aterrizaje, que se está desarrollando en el JPL. Un brazo robótico en el módulo de aterrizaje empacaría las muestras en la punta de un cohete que está siendo diseñado por el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama.

La primera muestra con núcleo de roca de Marte es visible (en el centro) dentro de un tubo de recolección de muestras de titanio en este desde la Cámara del Sistema de Muestreo y Almacenamiento en Caché (conocida como CacheCam) del rover Perseverance de la NASA. La imagen fue tomada el 6 de septiembre de 2021 (el sol número 194, o día marciano, de la misión), antes de que el sistema colocara y selló una tapa de metal en el tubo. Crédito: NASA/JPL-Caltech

El cohete entregaría la cápsula de muestra a la órbita marciana, donde un orbitador de la ESA estaría esperando para recibirla. Dentro del orbitador, la cápsula estaría preparada para su entrega a la Tierra por una carga útil que está siendo desarrollada por un equipo dirigido por la NASA Goddard. Esta preparación incluiría sellar la cápsula de muestra dentro de un recipiente limpio para atrapar cualquier material marciano en el interior, esterilizar el sello y usar un brazo robótico que se está desarrollando en Goddard para colocar el contenedor sellado en una cápsula de entrada a la Tierra antes del viaje de regreso a la Tierra.

Una de las tareas principales para los ingenieros de la NASA es descubrir cómo sellar y esterilizar el contenedor de muestras sin borrar firmas químicas importantes en los núcleos de roca en el interior. Entre las técnicas que el equipo está probando actualmente está la soldadura fuerte, que consiste en fundir una aleación de metal en un líquido que esencialmente pega metal. La soldadura fuerte puede sellar el recipiente de la muestra a una temperatura lo suficientemente alta como para esterilizar cualquier polvo que pueda quedar en la costura.

"Uno de nuestros mayores desafíos técnicos en este momento es que a centímetros del metal que se está derritiendo a unos 1,000 grados Fahrenheit (o 538 grados Celsius) tenemos que mantener estas extraordinarias muestras de Marte por debajo de la temperatura más caliente que podrían haber experimentado en Marte, que es de aproximadamente 86 grados Fahrenheit (30 grados Celsius)", dijo Brendan Feehan, el ingeniero de sistemas de Goddard para el sistema que capturará, contienen y entregan las muestras a la Tierra a bordo del orbitador de la ESA. "Los resultados iniciales de las pruebas de nuestra solución de soldadura fuerte han afirmado que estamos en el camino correcto".

Un diseño cuidadoso de Feehan y sus colegas permitiría que el calor se aplique solo donde se necesita para la soldadura fuerte, limitando el flujo de calor a las muestras. Además, los ingenieros podrían aislar las muestras en un material que absorba el calor y luego lo libere muy lentamente, o podrían instalar conductores que dirijan el calor lejos de las muestras.

Cualquiera que sea la técnica que desarrolle el equipo será crítica no solo para las muestras marcianas, dijo Glavin, sino también para futuras misiones de retorno de muestras a Europa o Encelado, "donde podríamos recolectar y devolver muestras de penachos oceánicos frescos que podrían contener organismos extraterrestres vivos. Así que tenemos que resolver esto".

Los rigurosos esfuerzos de la NASA para eliminar el riesgo de contaminación dañina de la Tierra datan del Tratado Internacional del Espacio Exterior de 1967, que pide a las naciones que eviten contaminar los cuerpos celestes con organismos de la Tierra y que eviten la contaminación de la Tierra a través de muestras devueltas. Para devolver de manera segura una muestra marciana a la Tierra, la NASA se está asociando no solo con la ESA, sino también con al menos 19 departamentos y agencias del gobierno de los Estados Unidos, incluidos los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de los Estados Unidos y el Departamento de Seguridad Nacional de los Estados Unidos.

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