SpaceX está desarrollando los componentes básicos para hacer que la humanidad se vuelva multiplanetaria. Desde su fundación, SpaceX se ha propuesto llevar humanos a Marte, y sus muchos proyectos y éxitos actuales demuestran que se está acercando a este objetivo. Pero primero, ¿Por qué Marte? El socio fundador de SpaceX, Elon Musk, habló en 2017 en el 68º Congreso Astronáutico Internacional en Adelaide, Australia, sobre las opciones que tenemos para volvernos multiplanetarios, los elementos clave para tal proyecto y el trabajo en curso para alcanzar este objetivo.
From IAC - 2017 [1]
En comparación con otros planetas de nuestro sistema solar, Marte parece ser la mejor opción para establecer una colonia en donde aprendamos a ser una civilización multiplanetaria y en donde tengamos una base desde donde podamos explorar otros planetas y lunas de nuestro sistema solar. Para empezar, Marte tiene un tamaño cercano al de la Tierra, una atmósfera delgada y los recursos necesarios para que todo esto funcione. Su atmósfera de dióxido de carbono no solo se puede convertir en combustible, sino que también será absorbida por las plantas que proporcionarán alimento y oxígeno. Marte también tiene hielo de agua en sus polos y, según estudios científicos, existe evidencia geológica de un amplio sistema de aguas subterráneas en el planeta.
Más allá de seleccionar el planeta correcto, hay otras dos consideraciones importantes para hacer posible un proyecto como este, estos son el costo y las personas. ¿Por qué costo? Bueno, hasta ahora la exploración espacial se ha llevado a cabo solo a nivel gubernamental o institucional. Los gobiernos han gastado miles de millones en enviar sondas a Marte para realizar estudios científicos. Si utilizando los programas realizados en el 2017 como vara de medir, un viaje a Marte costaría unos 10,000 millones por persona. A este costo solo se puede pensar en enviar unas pocas personas al planeta rojo. En su presentación, Musk describió un plan que reduciría este costo por 4.5 órdenes de magnitud, haciéndolo alcanzable para todos los que quieran ir y ser parte de esta era de exploración espacial. Hasta ahora, SpaceX ha logrado pasos críticos hacia este objetivo, y cada día parece estar más cerca.
Musk no solo habla de sus planes, sino que afirma que la reducción de costos para la exploración de nuestro sistema solar y una colonia en Marte, se puede lograr mediante cualquier diseño que se desarrolle siguiendo con cuatro elementos fundamentales:
1) Reutilización total
2) Recarga en órbita
3) Producción de propulsor en Marte
4) Propulsor correcto
Si has seguido los recientes lanzamientos de SpaceX, la reutilización total de sus cohetes no necesita ninguna explicación. El éxito de SpaceX con la reutilización tiene el potencial de reducir los costos en un factor de 2 a 2.5, y el resto de los elementos fundamentales ascienden a otros 2.
La recarga en órbita se puede lograr con 3 a 5 viajes de recarga que se acoplan de forma autónoma con el transportador principal para transferir el combustible necesario. Recargar en órbita tiene dos ventajas, evita el aumento del costo y la complejidad de construir y lanzar vehículos más grandes. Recargar en órbita también reduce la susceptibilidad del sistema a un déficit en el rendimiento de cualquiera de los cohetes o del transportador de combustible. Si estos no funcionaron como se esperaba, es posible compensarlo con dos o más viajes de recarga adicionales.
El tercer elemento, producir el propulsor en Marte, permitirá la reutilización del transportador espacial y evitará la posibilidad de crear un cementerio masivo de estos vehículos en Marte. Para optimizar el costo de producir combustible en Marte, SpaceX pensó seriamente en el propulsor adecuado que usaría. El queroseno, utilizado por algunos cohetes, sería difícil de producir en Marte. El hidrógeno, utilizado por el transbordador espacial de la NASA, tiene un alto impulso específico (es decir, produce el mayor impulso por la cantidad de combustible utilizado), pero tiene un alto costo de energía para producir y almacenar. También es difícil evitar que hierva cuando se expone a una fuente de calor, lo que requiere un gran aislamiento. SpaceX se centró en el metano, que tiene muchas ventajas para una misión a Marte.
Marte tiene una atmósfera de CO2 y capas de hielo de agua congelada en sus polos. Usando la reacción de Sabatier, estos dos elementos se pueden combinar fácilmente para producir el CH4 (metano) necesario. Sin embargo, el propulsor no es solo metano, sino Deep-Cryo Methalox, que requiere oxígeno. En Marte, se puede usar un proceso eléctrico bastante simple conocido como electrólisis para producir el oxígeno líquido necesario usando el CO2 en la atmósfera. La fuente de energía para realizar todo esto será vía un gran campo de paneles solares.
Fabricar el combustible para recargar las naves espaciales y almacenarlo en un almacén de combustible en Marte, requiere solo del 50 al 60% de la energía para producirlo. Este lugar almacenará el Oxígeno líquido y el Metano en tanques gigantes con un volumen de mil metros cúbicos cada uno. En el 2017, SpaceX reveló sus nuevos tanques desarrollados con una matriz de fibra de carbono que es mucho más fuerte y más capaz de aguantar temperaturas criogénicas que cualquier otro tanque construido anteriormente. En 2018, SpaceX completó una prueba crítica de este tanque; sin embargo, el costo considerable de su material y su construcción podría mover a SpaceX en una dirección diferente. En el 2019, SpaceX comenzó a usar acero inoxidable para sus naves espaciales y los tanques de sus cohetes. Sin embargo, es posible que este cambio no afecte el futuro de la fibra de carbono para los tanques de almacenamiento en Marte.
SpaceX también desarrolló el motor para la nave espacial que irá a Marte. Los motores Raptor son extremadamente eficientes y probablemente serán los motores de mayor empuje por peso jamás producidos. Estos también permitirán realizar los 40 segundos de disparo necesarios para que la nave espacial aterrice en Marte. Los motores Raptor ya han sido probados y pronto realizarán su primera prueba real al llevar el cohete Starship al espacio durante su primera prueba orbital.
Entonces, ¿cuánto tiempo llevará tener una base autosuficiente en Marte? SpaceX tiene una estrategia ambiciosa pero bien pensada para lograr esto. El paso inicial requerirá enviar, tan pronto como sea posible, una gran flota colonial de más de 1000 Starships que partirán en masa hacia el planeta rojo. El viaje real tomará solo alrededor de 80 a 115 días, pero preparar una flota tan grande requerirá mucho tiempo, con decenas de miles de operaciones de recarga de combustible, alrededor de 3-5 por nave espacial. Dependiendo de cuándo SpaceX comience a reunir todo, eso requeriría muchos lanzamientos por día. La reutilización de los propulsores simplifica el proceso, lo que permite que los cohetes cargados con combustible regresen y vuelvan a ser lanzados constantemente. Una vez en órbita, estos se reunirán y acoplarán con el transportador principal y transferirán el propulsor.
SpaceX sabe que para hacer esto posible, también requiere construir una gran flota de naves espaciales. Dado que los viajes hacia y desde Marte serían posibles solo cada 26 meses, cuando la alineación de los planetas permita el viaje más rápido, no podrá reutilizar las naves transportadoras tanto como sus propulsores. Tener una civilización autosuficiente en Marte requerirá alrededor de 1 millón de personas. Enviando como 100 personas por nave y una flota de 100 a 500 naves espaciales cada 2.2 años, esto tomará entre 40 y 100 años. Durante ese período de tiempo, cada transportador solo puede usarse unas pocas veces.
Independientemente, la reutilización es crítica y algo que ya sabemos es posible. SpaceX demostró esta capacidad por primera vez en 2014, y ahora ya con 154 re-vuelos totales, entre sus primeras etapas y propulsores, ha demostrado que puede hacerlo con bastante éxito. El encuentro y el acoplamiento sin piloto se probaron durante los viajes de la cápsula Dragon a la Estación Espacial Internacional, una habilidad crítica para el reabastecimiento de combustible orbital. SpaceX sigue trabajando arduamente para su próximo desafío, que es realizar el primer vuelo de prueba orbital de Starship, su transportador espacial. Algo que hemos estado esperando ansiosamente y que debería suceder pronto.