Dentro del loco plan para recoger y llevar a casa un poco de la atmósfera de Venus
Si ha estado siguiendo las noticias espaciales recientemente, probablemente haya oído hablar de Mars Sample Return: el ambicioso plan de la NASA para recolectar muestras de rocas marcianas y traerlas de vuelta a la Tierra para su estudio. Esa misión está programada para lanzarse más adelante en esta década, pero será un proceso extremadamente costoso y de muchos años de duración para recolectar y recuperar esas muestras.
Pero Marte no es el único planeta a distancia de visita. ¿Por qué no saltamos a nuestro otro vecino planetario, Venus, y recolectamos una muestra de allí también?
Eso es justo lo que está proponiendo un grupo de investigadores de Venus. Hablamos con el líder del grupo de propuestas para obtener más información.
Una vieja idea cuyo momento ha llegado
Los científicos han estado discutiendo los méritos de tratar de obtener una muestra de Venus durante décadas, con conceptos de misión estudiados desde la década de 1980. Aunque Marte ha sido el planeta que ha recibido más atención en los últimos años, existe un gran interés en la comunidad científica planetaria por aprender más sobre Venus, particularmente porque podría ayudarnos a comprender más sobre otros planetas fuera de nuestro sistema solar.
Ahora eso podría estar cambiando, ya que la NASA inicia la década de Venus con un par de misiones programadas para visitar allí, junto con una misión de la Agencia Espacial Europea, todas programadas para la próxima década.
Las misiones de muestra anteriores de Venus nunca despegaron por varias razones: el enfoque en Marte sobre Venus, la falta de tecnología para permitir una operación tan compleja y la falta de hospitalidad esencial de Venus. Venus es caliente, con una atmósfera extremadamente densa, creando un entorno muy duro para que funcione la electrónica.
Intentar volar a Venus, enviar una sonda a la superficie, recolectar una muestra, volver a poner esa muestra en órbita y luego devolverla a la Tierra sería prohibitivamente costoso y requeriría importantes desarrollos tecnológicos.
Es por eso que un grupo de investigadores franceses tiene un enfoque diferente. En lugar de tratar de recolectar un pedazo de la superficie de Venus, deberíamos tratar de tomar algo de su atmósfera. La misión Venus Atmospheric Sample Return o VATMOS-SR es un concepto de misión de un grupo del Instituto de Física Planetaria de París, que está tratando de obtener apoyo para su idea.
La gran ventaja de este enfoque es su relativa simplicidad. No hay necesidad de aterrizar nada en la superficie o volver a la órbita. En cambio, podría enviar una nave espacial en un camino que se aleje de la Tierra y se dirija hacia Venus, donde entraría en la atmósfera y llenaría botellas con alrededor de cuatro litros de gas. Luego seguiría viajando de regreso a la Tierra.
La nave espacial no tendría instrumentos y no tomaría lecturas. Sería simplemente un vehículo de recogida. Eso lo hace más seguro, fácil y económico, explicó el investigador principal Guillaume Avice a Digital Trends.
“Simplemente pasas por la atmósfera en una trayectoria balística”, dijo Avice. “Entonces, solo se necesita un año para ir allí, tomar su muestra y regresar a la Tierra”.
Planificación a largo plazo
En estos días, las misiones científicas planetarias suelen implicar el envío de instrumentos (como los de los rovers de Marte) a un lugar y hacer que tomen medidas. Este enfoque aboga por recolectar material y traerlo de regreso a la Tierra, donde tenemos instrumentos mucho más capaces y variados para investigar.
Y con una preciosa muestra de otro planeta, un poco hace mucho. Una muestra de varios litros de gas podría mantener ocupados a los científicos durante años.
“Lo que es realmente genial es que obtienes una gran cantidad de gas y puedes medirlo, no para siempre, sino durante mucho tiempo en la Tierra”, explicó Avice. “Si lo piensas bien, puedes conservar un poco de esa muestra. Tal vez en una década, tendremos un nuevo espectrómetro en la Tierra que será útil para esta muestra”.
Esta planificación para el futuro tiene sentido cuando observa cómo la NASA se ha acercado a las muestras lunares recolectadas durante las misiones Apolo a la luna. Algunas muestras se analizaron tan pronto como fueron devueltas a la Tierra, pero otras se almacenaron sobre la base de que la tecnología futura permitiría analizarlas con mayor profundidad. Y ese enfoque a largo plazo ha valido la pena, con una muestra de 50 años abierta el año pasado y que revela información sobre la geología y la historia de la luna.
Si pudiéramos tomar una muestra similar de la atmósfera de Venus, gran parte de ella también podría almacenarse a largo plazo. Y los investigadores se beneficiarían incluso de un puñado de átomos de una muestra de gas, por lo que una muestra de varios litros sería suficiente para proporcionar materiales de investigación para toda la comunidad de Venus.
Una próxima misión a Venus llamada Davinci planea realizar mediciones similares de la atmósfera, pero en este caso, hay una crisis de tiempo real. La misión implica dejar caer una esfera de muestra a través de la atmósfera, por lo que las muestras deben tomarse y procesarse en solo una hora.
Esto ha causado problemas con misiones anteriores a Venus en décadas anteriores, lo que resultó en hallazgos confusos probablemente debido a calibraciones incorrectas o ventilaciones obstruidas. Los ingenieros hacen todo lo posible para anticipar cualquier posible problema con el muestreo, pero eso es difícil de hacer cuando hay tantas incógnitas sobre el entorno al que ingresa una misión.
Sin embargo, si se trae una muestra a la Tierra, hay mucho tiempo para calibrar los instrumentos y verificar los resultados dos veces, lo que hace que los hallazgos sean más confiables.
Hay algunas complejidades con la toma de una muestra a velocidades muy altas. Se produce un proceso llamado fraccionamiento que puede dividir una muestra en diferentes partes cuando se recolecta tan rápido, pero debería ser posible corregir eso.
Cómo funcionaría la misión de muestreo atmosférico
Sin embargo, hay buenas razones por las que nadie ha intentado una misión de retorno de muestra de Venus antes. Porque no es fácil.
El paralelo obvio a una misión de retorno de muestras de Venus sería la misión de retorno de muestras de Marte, una próxima empresa conjunta entre la NASA y la Agencia Espacial Europea que se lanzará a fines de la década de 2020. Este plan para recolectar una muestra de Marte involucra múltiples rovers, módulos de aterrizaje o helicópteros, lleva décadas en desarrollo y tiene un presupuesto cada vez mayor que preocupa incluso a los entusiastas entusiastas de Marte.
Y Venus es aún más inhóspito que Marte, con su atmósfera espesa, nubes de ácido sulfúrico y una presión comparable a las profundidades del océano. Un intento de devolver una muestra de la superficie de Venus sería una "pesadilla", dijo Avice, y "probablemente incluso más caro que en Marte".
Es por eso que el grupo de Avice propone recoger una muestra de la atmósfera del planeta. “Es súper barato”, dijo, en términos relativos: el grupo estima el costo de una misión de este tipo en 100 millones de euros (110 millones de dólares), en comparación con las estimaciones actuales de 8 a 9 mil millones de dólares para Mars Sample Return.
Sin embargo, incluso con la relativa facilidad de una muestra atmosférica, ninguna parte antigua de la atmósfera servirá. En altitudes muy altas, la atmósfera es extremadamente delgada y algunas moléculas se separan por la gravedad. Entonces, para obtener una muestra representativa, debe ir por debajo de un nivel llamado homopausa, por debajo del cual la atmósfera está lo suficientemente bien mezclada para contener todas las diferentes moléculas presentes.
En Venus, la homopausa está a unos 110 km (70 millas) de la superficie, por lo que la misión debe llegar por debajo de ese nivel. Pero cuanto más profundo vas, más difícil se vuelve la misión. “Entonces, el objetivo es estar justo por debajo de la homopausa, con cierto margen de seguridad”, dijo Avice. “Si profundizamos, se vuelve mucho más desafiante y costoso”.
Los desafios
Sin embargo, incluso atravesar la atmósfera del planeta es difícil. Un gran desafío es la cuestión de mantener la nave espacial a salvo del tremendo calor que se acumula debido a la fricción en la atmósfera.
Las naves espaciales que van a ingresar a la atmósfera de un planeta, ya sea que visiten otro planeta como Marte o una nave espacial que regrese a la Tierra a través de la atmósfera de nuestro propio planeta, tienen un escudo térmico grueso que protege los delicados componentes internos de las temperaturas muy altas.
Entregar un rover a Marte, por ejemplo, implica envolver el rover en un escudo térmico y luego sellar todo (el rover y el escudo térmico juntos, junto con los propulsores y otras partes de la nave espacial) en la nariz de un cohete para el lanzamiento. Una vez en el espacio, la nave espacial se despliega y viaja a Marte, luego el escudo térmico protege al rover mientras atraviesa la atmósfera para aterrizar.
Sin embargo, para una misión de muestra atmosférica, necesitaría un escudo térmico para trabajar dos veces, tanto durante el muestreo en Venus como nuevamente al devolver la muestra a la Tierra. No está claro si la tecnología actual de escudo térmico estaría a la altura de la tarea de proteger una nave espacial a través de dos exposiciones de este tipo.
Hacer que un escudo térmico funcione dos veces es “algo que realmente no sabemos cómo hacer”, dijo Avice. Y podría requerir años de desarrollo para funcionar, si es que es posible.
Qué hacer con la muestra una vez que esté de vuelta en la Tierra
Otro desafío es sorprendente. Puede pensar que recolectar una muestra es la parte difícil, y analizarla una vez que esté de vuelta en la Tierra sería fácil. Pero resulta que trabajar con muestras de gas es más difícil de lo que imaginas.
La atmósfera de Venus está llena de sustancias que se evaporan fácilmente, llamadas volátiles. Estos incluyen gases nobles y compuestos que incluyen nitrógeno, hidrógeno, carbono y azufre. Estudiarlos es clave para comprender la atmósfera de Venus, pero no son fáciles de transportar o estudiar.
Para atrapar adecuadamente un volátil en una botella de muestra, se necesita una muy buena válvula, tanto para que no se escape ninguna muestra, ni para que ninguno de los gases de otros entornos, como la atmósfera de la Tierra, se filtre. Este fue un problema para la misión Hayabusa2. que logró devolver una muestra de un asteroide pero experimentó una fuga en la atmósfera de la Tierra probablemente causada por el impacto del despliegue del paracaídas durante su regreso a la Tierra.
Incluso si la muestra regresa a la Tierra completamente prístina, sin fugas de ningún tipo, aún debe moverse rápido para transferir la muestra de su botella a un contenedor más seguro. Incluso las válvulas más herméticas perderán un poco durante meses, por lo que necesita un sistema de múltiples contenedores que pueda capturar cualquier fuga de la muestra y preservar la mayor cantidad posible.
Los investigadores están desarrollando sistemas de vacío para extraer y analizar gases , incluidos los utilizados para la muestra Hayabusa2 , pero esta sigue siendo una nueva área de tecnología que debe desarrollarse para que una misión de retorno de muestras atmosféricas sea completamente efectiva.
El futuro de la ciencia planetaria: in situ vs. retorno de muestra
La misión de muestreo atmosférico todavía se encuentra firmemente en la etapa de concepto, y el grupo espera que se retome en la próxima ronda de propuestas para la Agencia Espacial Europea o quizás la NASA.
Es un plan ambicioso, pero no es un concepto tan descabellado como lo habría sido hace unos años. “Hace décadas, el retorno de muestras era solo un sueño y no era realmente serio”, dijo Avice, pero ahora con misiones anteriores como Hayabusa2 y próximas misiones como Mars Sample Return, se está convirtiendo en una posibilidad real.
Y existe el potencial de demostrar que el retorno de la muestra se puede hacer de forma relativamente rápida y económica, debido a las trayectorias que son posibles entre la Tierra y Venus y porque una nave espacial no tendría que reducir la velocidad, llegar a la superficie y volver a la órbita. antes de regresar a la Tierra.
La misión podría ser potencialmente un latigazo rápido de ida y vuelta, devolviendo una muestra dentro de un año.
“Lo que es realmente genial es que obtendríamos una muestra de la atmósfera de Venus antes de obtener muestras de Marte”, dijo Avice. "Así que esa sería la primera muestra de otro planeta".