Misiones a Marte en 2020:

Actualmente en el 2020 en Marte se encuentran operativos 5 orbitadores, asimismo un rover, al que se le sumaran el proximo 2021 las misiones que con exito arriben al planeta rojo. Europa postpuso, Emiratos Arabes se inicia, muentras China y los EEUU apuestan fuerte es la consolidacion como potencias en el desarrollo de la tecnologia espacial.


Actualmente en el 2020, en Marte se encuentran operativos 6 orbitadores, siendo: 3 de la NASA : Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) lanzado el 2 de Agosto de 2005, arribo el 10 de Marzo de 2006 , Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN), lanzado el 18 de noviembre de 2013 y en orbita desde el 21 de septiembre de 2014, la «2001 Mars Odyssey» lanzada el 7 de abril y en orbita el 24 de octubre del 2001, 1 orbitador de la ESA-Agencia espacial Italiana, con participacion de la NASA : «Mars Express» lanzado el 2 de junio y arribo en dicembre de 2003, 1 orbitador de la mision de la ESA-Roscosmos: «ExoMars » lanzado el 14 de marzo y en orbita desde el 19 de octubre de 2016, 1 orbitador de la India: «MOM» (Mars Orbiter Mission) lanzado el 5 de noviembre de 2013 e insertado en orbita desde el 24 de septiembre de 2014. Asimismo operan sobre la superficie marciana por parte de la NASA desde el 26 de noviembre de 2018 la sonda «InSight» (en Elysium Planitia) quien hace mediciones de geodesia y atmosfericas y el rover «Curiosity» (en el crater Gale) que amartizo el 6 de agosto del 2012. Todos ellos operan en condiciones donde sus enlaces de comunicación tardan en establecerse con la tierra entre 8 a 42 minutos a lo largo del año marciano.

Como nota adicional, hasta el inicio de este 2020 se han lanzado 44 misiones a Marte, no todas exitosas.

Las misiones hacia Marte que fueron planificadas para el 2020 son:

EAU:  Agencia Espacial de Emiratos Árabes Unidos: EMM (Emirates Mars Mission)

Con periodo de lanzamiento del 15 de Julio al 12 de agosto.

Con arribo de la sonda a Marte previsto en febrero de 2021

Lanzado el 19 de Julio de 2020 (2158GTM). Esperanza-1  (Al Amal-1) posee un coste de 200MMUSD, desarrollado en cooperación con la Universidad de Colorado, basado en un bus satelital, con cuatro paneles solares, despego con un lanzador de Mitsubishi. Heavy Industries H-IIA. Separándose del lanzador aproximadamente una hora después en una órbita de estacionamiento a 240 km de altura donde luego un segundo impulso le agrego la velocidad de escape entrando en orbita de transferencia a las 2255 UTC., mas adelante a su aproximacion a Marte debera reducir su velocidad de crucero de 121.000 km/h a unos 18.000 km/h que le permita ubicarse en una órbita elíptica cuasi polar a 25grados de inclinación con periapsis cercano al ecuatorial, con alturas a 20mil y 40 mil km sobre la superficie, y con periodo de 2.25 dias de Marte (55 horas terrestres),  a fin de recoger datos del cambio del clima y sobre la perdida de atmosfera del planeta. Cuenta con un generador de imágenes: Camara EXI (Emitares eXploration Imager) desarrollada en cooperación con el LAPS(EEUU) con resolución de 8-2.3km/pixel, contando con un sensor de 12Mpixel y lentes de 48mm,19° de visión en ultravioleta y de 51mm, 25.8°de visión en espectro visible y con 6 filtros en estos espectros (3 en Ultravioleta y los 3 RGB). El segundo instrumento es un espectrómetro Infrarrojo Interferometrico EMIRS (Emirates Mars InfraRed Spectrometer) desarrollado en colaboración con la Universidad de Arizona (ASU) con tecnología del espectrómetro de emisión térmica (TES) el de miniatura (MiniTES) y la de las misiones de orbitadores Osiris y REx (OTES) operando en los 6-40μm, con detector de matrix de línea 3×3 y espejo de exploración, pudiendo hacer 20 imágenes por orbita con resolución de 100-300km/pixel . El tercer instrumento es un espectrómetro Ultravioleta (EMUS Emitaes Mars Ultravioleta spectrometer) con resolución inferior a 300km, desarrollado en colaboración con la Universidad de Colorado. Los recolección de datos está pautada desde mayo de 2021 por un periodo de 2 años terrestres (un año marciano), pudiéndose extender a 2 años adicionales.

Para las comunicaciones, la NASA colaborara con su red de espacio profundo DNS

China: CNSA Misión “Búsqueda de la verdad celestial” o “Preguntas al cielo-1” (Tianwen-1).

Lanzado el 23 de Julio. Mision desarrollada en cooperación con las agencias espaciales de Argentina (CONAE), Europa (ESA), Austria (FFG) y Francia (CNES).

Con periodo de lanzamiento del 23 de Julio al 5 de agosto, Ventana de inicio de lanzamiento diaria 30min a 2 hrs c/u, y con oportunidad de lanzamiento cada 10 min. Teniendo el lanzador así en cada opción diaria de lanzamiento 3 orbitas por día y 42 en los 14 días, Luego ya en trayectoria se contempla una maniobra para la corrección de orbita y correcto apuntamiento a Marte.

La carga Útil de 5 toneladas métricas, contempla: un orbitador con siete instrumentos científicos (cámara de alta resolución, magnetómetro (desarrollado en colaboración con Austria), analizador de partículas energéticas…) que arribara en febrero de 2021 a una órbita ecuatorial para tomar imágenes y evaluar el posible sitio de amartizaje del rover a la vez de servir como enlace de comunicaciones de este con la tierra, y posteriormente se trasladara a una órbita polar, se le estima una vida útil de operación de 1 año terrestre, Un modulo de descenso y Un rover de seis ruedas, 2m de ancho y 240kg con 4 paneles solares, dos cámaras y con seis instrumentos científicos: cámara multiespectral, radar de penetración, medidor meteorológico, Espectroscopio de ruptura inducida por laser (LIBS) desarrollado en colaboración con Francia…, tiene el amartizaje previsto en Utopia Planita (misma área de amartizaje de la misión Viking 2 de la NASA en 1976) unos dos o tres meses después de arribo a la órbita y con una operación estimada de 90 días terrestres, buscara hielo y estudiara la composición de las rocas. China plantea para el 2028 una misión para retornar muestras a la tierra.

La puesta en órbita fue con el lanzador LM-5-Y4 (yaosi)), (a diferencia misiones LEO con velocidad orbital de 7.9km.s y una sola orbita por opción de lanzamiento), con el cual la sonda alcanzaría en su reparación con el lanzador la velocidad 11.2km/s a 200 km sobre la tierra (La Velocidad de escape de la tierra)

 China cuenta con tres estaciones para espacio profundo: en Kashgar (Provincia de Xinjiang, Region Autonoma Uygur al noroeste de China con 4 antenas de 35m), Jiamusi (provincia nororiental de Heilongjian con antena de 66m) ambas en uso desde 2012, y en Las Lajas- (Neuquén-Argentina (iniciada en 2014 y en uso desde 2017 con antena de 35m), por otra parte también cuenta en Swapodmund, Namibia con una estación y plato de 18m en la búsqueda del desarrollo de su red. China utilizara además la red de comunicación de la ESA “ESTRACK”, donde cual la estación de Kourou (sur America) se destina a seguir la misión poco después del lanzamiento desde China y mediante las de España (Cebreros) y Australia  (New Norcia) establecerán 8 enlaces de comunicación que permitirán determinar con precisión la navegación y trayectoria de la misión hasta el arribo a Marte mediante la técnica Delta-DOR (Rango Diferencial Unidireccional Delta, Asimismo el Orbitador Mars Express proporcionara como respaldo al orbitador de China, el soporte en la retransmisión de datos. En la misión de retorno, fase de entrada de muestras lunares de Chan-ge en 2020 la ESA apoya con la estación Maspalomas en las Islas Canarias.

La misión a Marte es parte de la ruta de exploración trazada por china que incluye además la misión de retorno de muestras de Marte, misión combinada de retorno de muestras de objetos cercanos a la tierra y una misión a Júpiter alrededor de 2030, para lo cual se mejorara las capacidades de telemetría, telecomando y seguimiento.

EEUU: NASA: Misión Mars 2020. Para colocar el rover en la superficie marciana.

Lanzado el 30 de Julio 1150GTM. Contaba con el periodo de lanzamiento del jueves 30 de Julio al 15 de agosto y con ventana de inicio de lanzamiento diaria 30min a 2 hrs c/u, con oportunidad de lanzamiento cada 5 min.

 Con la nave espacial de 4 Toneladas métricas y un Costo del programa de 2.7mil MMUSD (costara 2.4 mil MMUSD solo hasta antes del amartizaje y de haber existido un retraso del lanzamiento hasta el 2022, hubiera incrementado en 500MMUSD adicionales). Contempla: La Etapa de crucero para realizar el viaje interplanetario y el arribo al planeta el cual inicialmente orbitara a 20.000 km/h para luego ubicarse a la fecha y al sitio de amartizaje, donde separara 10 min despues del ingreso a la atmosfera superior marciana previa al descenso, La Carcasa y escudo térmico para soportar los 1300°C en el descenso a través de atmosfera y luego un paracaídas supersónico (21.5m de diámetro) que se desplegara a 11 km del suelo y diseñado para la operación para esa atmosfera (la atmosfera marciana está compuesta básicamente de dióxido de carbono a diferencia de la composición nitrógeno-oxigeno de la tierra) de acuerdo a la posición del modulo hasta que 20s antes de alcanzar en la superficie sea liberado (así como el escudo térmico), Un modulo de descenso que se activara ocho propulsores regulables para reducir la velocidad que se alcanzara en esa etapa de 3.6 km/h (o un metro por segundo) hasta casi cero a una altura de 20m. Este modulo cuenta además con una computadora de vuelo y en parte inferior con un radar de orientación y cámaras que tomara imágenes y la comparara con las tomadas previamente por los orbitadores para así seleccionar automáticamente el mejor lugar de amartizaje,  Un Rover (Perseverancia) de 1.025 Ton y 3mx2.7mx2.2m que descenderá a través de una cuerda desde el modulo de descenso consta de 7 cargas científicas (SuperCAM, que incluye un Espectroscopio de ruptura inducida por laser (LIBS), MASTCAM-Z cámara panorámica, MEDA estación meteorológica, RIMFAX radar de superficie, MOXIE convertidor de CO2 a O2 ), el brazo robótico de 2m (con las cargas científicas SHERLOC espectrómetro ultravioleta, PIXL espectrómetro de rayos X) y un perforador, un UAV (Helicóptero: Ingenuidad), que fue añadido en una etapa avanzada del proyecto, de 0.49 m de altura, palas de 1.2m de diámetro, con 1.8 kg de peso, fabricado con fibra de carbono y desarrollado en el JPL con asistencia de AeroVironment.Inc., con un costo de 80MMUSD y 5MM adicionales para su operación, será prueba de tecnología (la densidad de la atmosfera mariana es el 1% de la terrestre) que durara 30 días, con rango de vuelo de 300m contiene este dos cámaras, cuatro paneles solares, sistema de telemetría, y sus rotores rotaran entre 2400 y 2900RPM (10 veces más rápido que en la tierra) . Estimado el amartizaje, el 18 de Febrero de 2021 8 PM UTC en el cráter Jerezo de 45 km de diámetro. Con la misión de búsqueda de anterior vida microbiana, pruebas de condiciones habitables anteriores, pruebas para próximas misiones tripuladas (conversión de CO2 a oxigeno) y preparación a la espera que posiblemente en el 2031 se envíe una misión a colectar muestras recogidas por el rover, llevando para ello 43 delgados tubos de ensayo de 13×60 mm que se sellaran hermeticamente

El Lanzador: Atlas 5 (del consorcio 50%-50% Boeing-Lockheed Martin), con 4 cohetes de combustible sólido y 1 motor RD-180 Ruso para impulso inicial y en la etapa superior un motor RL10 (hidrogeno-oxigeno líquidos para dos impulsos adicionales a fin alcanzar la velocidad de escape, y que luego de una hora iniciada la rotación a 2RPM y libero la carga útil (1315 GTM), Posteriormente al menos dos semanas luego del lanzamiento,  se programo una maniobra de corrección de orbita.

 La nave entro en modo seguro, transmitiendo menor telemetría, en ese periodo, al pasar por la sobra de la tierra y descender la temperatura por debajo de los parámetros, para lo cual en el sistema de control térmico donde pudo ocurrir un diferencial de temperatura mas elevado que el establecido entre los circuitos refrigerantes de freón liquido para la batería nuclear del vehículo (Generador Termoeléctrico de Radioisótopos Multi-misión o RTGMM) y radiadores disipadores de calor.

El rover, cuya mision es gestionada por el JPL (California) utilizara los orbitadores ya existentes en Marte para las comunicaciones con la tierra: Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) que fue lanzado en el 2005, pudiera operar hasta el 2020, el Mars Odyssey 2001 con operacion prevista hasta el 2025. Así mismo el MAVEN Mars Atmosphere and Volatile Evolution (lanzado el 2014-y con combustible para hasta el 2030) se decidio modificar su orbita elipcica y misión científica a una orbita circular y polar para asi operar como enlace de comunicaciones con los rovers. Mientras tanto se plantea ejecutar la mision del Next Mars Orbiter (NeMO).

La red de espacio profundo de la NASA se encuentran en el desierto de Mojave (California, EEUU), Robledo de Chavela (Madrid, Espana), Camberra (Australia)

Europa: ESA/ROSCOSMOS: Misión EXO MARS.

[Misión cancelada para este año por problemas técnicos y logísticos.]

Contempla un Rover (Rosalind Frankiln) con amartizaje  que estaba previsto en Marzo 2021 y un orbitador

La oportunidad de lanzamiento de las misiones en 2020 es desde mediados de Julio a Mediados de Agosto.

Los conceptos para la misión:

Tierra:

Distancia al sol: 1UA, velocidad promedio: 29.78km/s, periodo traslación 365.25 días terrestres, a 0.986°/d ( grados por día terrestre).

Marte:

Distancia al sol: 1.523UA, velocidad promedio: 24km/s, periodo traslación 687 días terrestres≈668 días marcianos (soles), a 0.524°/d (grados por día terrestre).

La “Oposición”:

La oposición de Marte en la tierra ( cuando se alinean Sol-Tierra-Marte)sucede con el máximo brillo aparente a la vista, lo que se tendrá el 14 de octubre, aun cuando la distancia más cercana entre ambos planetas ocurrirá pocos días antes, el 6 de octubre de 2020  y será a 62.06 Gm (medido en Gigametros (1E9 m)) o Gm o 0.14192UA. dada la posición del perihelio de Marte.

La “Conjunción”:

Es por su parte es la interposición del sol entre la tierra y el cuerpo celeste. En este caso es la alineación Tierra-Sol-Marte.

Los períodos de ocurrencia de estos eventos marcan el periodo sinódico de Marte (ocurrencias cada 779.92 días terrestres ≈ 780 días (2 años y 50 días), o bien 26 meses aproximadamente, lo que se toma en cuenta como las oportunidades para programar las misiones a Marte.

Debido a la eccentricidad de los planetas la distancia de los planetas en la “oposición” varia, si esta ocurre próxima en pocas semanas a que Marte alcance su periaxis (lo que sería el mejor acercamiento de Marte) se le denomina “oposición perihelica” siendo el caso ideal cuando ambas coincidieran, estos casos en conjunto curren cada 15 a 17 años (16 años en promedio) y es donde las misiones tienen un periodo de transferencia con la menor energía (optimo) entre la tierra y Marte. Luego del 2020 el mejor acercamiento a futuro ocurrirá en 2033 (63.28Gm)  y 2035 (56.91Gm), donde estaría previsto que se pueda enviar misiones tripuladas a Marte.

Luego del lanzamiento de las sondas, se sigue transferencia en órbita de elíptica Hohmann (con la tierra en el perihelio, Marte en al afelio y el sol como foco) durante el tiempo calculado de sus misiones de unos 7 meses en este 2020, hasta la captura por la gravedad de la órbita de Marte para luego iniciar las maniobras para reducir la velocidad en el acercamiento.

Los cálculos básicos:

El momento cuando existe la distancia más cercana de la tierra a Marte (oposición), no es en si la optima para el lanzamiento, sino antes de que esta ocurra.

Normalizando en relación a los parámetro del sol: la constante gravitacional del sol 1/μ=k=1 , la distancia en UA y tiempo en días de la tierra (la rotación del alrededor del sol de 365.25 días).

Con el sol en un foco y haciendo los cálculos para la órbita elíptica de Hohmann, se determina el eje mayor es a=1/2(1+1.523)[UA] = 1.26 [UA], y mediante la tercera ley de Kepler, su periodo que es de T=SQRT(k*(1.26[UA])^3)=SQRT((1.26[UA])^3)=1.4168 años o 517.5 días, así la órbita de transferencia de Hohmann es la mitad con 258.8 días, aproximadamente 8 meses y medio, tiempo en el cual Marte se mueve ≈(0.524°/d x 258.8d)=135.6°, esto implica que el recorrido más corto para que la misión desde la tierra deba despegar con la mejor oportunidad de lanzamiento, ocurre en los siguientes términos:

Como inicio: partiendo en el punto de perihelio de la órbita de Hohmann. En este momento, trazando el eje sol-tierra, Marte estará localizado en su propia orbita a ≈ (180°-135.6°) =44.4 ° por delante de la tierra, antes de que esta, con velocidad angular mayor, avance y alcance el punto de “oposición”. La situación inicial ocurre en julio de 2020 dado que como ya se indico, la “oposición” ocurrirá el 14 octubre de 2020, los 44.4° de la posición de Marte implican (asumiendo orbitas circulares, coplanares y concentricas de la tierra y Marte) 96 días antes para realizar el lanzamiento aproximado el 10 de julio de 2020, pero se podría extender, tomando en cuenta la afinación de los cálculos con las orbitas y posiciones planetarias así como otras consideraciones como la velocidad adicional que le pueda agregarla velocidad real de la tierra en su órbita, la del lanzador y otras maniobras orbitales.

Como fin: Calculando que la sonda alcanzara el planeta Marte al llegar al afelio de la órbita de transferencia de Hohmann.

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