Los científicos planetarios empiezan a agitarse por el potencial de Starship

Jennifer Heldmann miraba fijamente las pantallas del ordenador en su escritorio, viendo cómo la etapa superior de un cohete se estrellaba en un cráter cerca del Polo Sur de la Luna. En nombre de la ciencia, un trozo de acero de 2,3 toneladas golpeó la Luna con la fuerza de 2 toneladas de TNT.

Era octubre de 2009, y Heldmann siguió el impacto desde el interior del Centro de Operaciones Científicas de la NASA Ames, en California. Como científica planetaria de 33 años, estaba trabajando en su primera misión importante para la NASA coordinando las observaciones del impacto con telescopios terrestres.

La NASA trató de “tocar el hielo” con la misión LCROSS. Aunque los aterrizajes del Apolo en los años 60 y principios de los 70 habían encontrado un mundo gris y estéril, los científicos habían llegado a creer que había bolsas de hielo atrapadas bajo los bordes de los cráteres en una oscuridad permanente en los polos, los restos de miles de millones de años de impactos cometarios. La misión de Centauro era explotar uno de estos cráteres y comprobar si los científicos tenían razón.

Después de analizar los datos, la NASA declaró que efectivamente había encontrado agua en el penacho de vapor levantado por el impacto del Centauro, así como material expulsado por la explosión.

Para Heldmann, este fue un momento crucial en su carrera. La experiencia cimentó su interés como científica planetaria en el seguimiento del agua. “Es realmente sorprendente cómo los resultados de esa misión han sido tan profundos”, dijo.

El descubrimiento de hielo en la Luna puso de relieve una época en la que los científicos planetarios estaban encontrando hielo y agua por todo el Sistema Solar: en las lunas con incrustaciones de hielo de Europa y Encélado, en la superficie de Marte y bajo ella, y potencialmente en lugares aún más lejanos, como el interior de Plutón o la mayor luna de Neptuno, Tritón. Al mirar más allá de la Tierra, los científicos descubrieron que el agua estaba casi en todas partes.

Estos descubrimientos plantearon todo tipo de perspectivas tentadoras. Donde hay agua -o la hubo- puede desarrollarse la vida. Por tanto, los científicos ya no se limitaron a buscar fósiles en los lechos de los lagos secos de Marte, sino que empezaron a buscar organismos vivos en los grandes océanos de Europa, Encélado y otros lugares. También para la exploración humana, la proliferación de agua ofrecía una gran oportunidad. Donde hay agua, están los componentes del combustible para cohetes: hidrógeno líquido y oxígeno líquido.

No en vano, estos descubrimientos han influido en el enfoque de los programas científicos y de vuelos espaciales tripulados de la NASA. La NASA ha aprovechado cada vez más su presupuesto anual para la ciencia planetaria, de unos 3.000 millones de dólares al año, para apoyar misiones que puedan encontrar vida pasada o incluso presente en otros mundos. Y durante los últimos cuatro años, la agencia espacial ha estado formulando un plan para enviar astronautas a la Luna, posiblemente para extraer agua allí, como precursor del envío de humanos a Marte.

Para los científicos, siempre hay más preguntas que respuestas. Y siempre hay muchas más misiones que quieren volar que fondos disponibles para hacerlo. La ubicuidad del agua no ha hecho más que aumentar el deseo de los científicos de llevar robots al Sistema Solar para encontrar definitivamente depósitos de hielo y océanos subterráneos y caracterizarlos. De igual manera que estamos aprendiendo que el Sistema Solar guarda muchos más secretos de los que podíamos imaginar, lo que hace que nuestra incapacidad para volar hasta allí y desvelarlos sea especialmente frustrante.

Pero, ¿y si pudiéramos?

Algunos científicos planetarios han empezado a considerar la idea de que el nuevo cohete Starship de SpaceX, con su capacidad de elevación sin precedentes y su bajo coste, que podría romper el paradigma, podría abrir el Sistema Solar a una nueva era de exploración. Imagínese el envío de un módulo de aterrizaje a Europa, que alberga un vasto y cálido océano subterráneo. Durante las recientes reuniones de planificación de la NASA, los científicos contemplaron la posibilidad de enviar una compleja nave espacial, con un coste de miles de millones de dólares, para realizar actividades científicas en Europa. En el mejor de los casos, esperaban aterrizar allí una carga útil de instrumentos científicos del tamaño y la masa de un mini refrigerador.

En cambio, con la Starship, la NASA podría aterrizar una carga útil científica del volumen de una casa de un solo piso sin amueblar.

“Se puede aprovechar la arquitectura de la nave estelar y llegar al Sistema Solar exterior de formas que no habíamos pensado antes”, dijo Heldmann. “Podría proporcionar una nueva y revolucionaria forma de explorar estos mundos”.

Los orígenes de la nave estelar

Los ingenieros de SpaceX llevan trabajando seriamente en el desarrollo de la Starship desde hace unos cinco años, y en los últimos doce meses, aproximadamente, han completado varios vuelos de prueba iniciales. Queda mucho trabajo técnico por hacer, pero la empresa parece estar en camino de entregar un cohete superpesado totalmente reutilizable, de bajo coste y potencialmente capaz de llevar hasta 100 toneladas a la superficie de la mayoría de los cuerpos del Sistema Solar.

SpaceX y su fundador, Elon Musk, consideran que la nave estelar es el cohete clave para llevar a los seres humanos a Marte y, eventualmente, construir allí un asentamiento autosuficiente. Pero un vehículo de este tipo tendría otros muchos usos para la ciencia, la exploración y la defensa.

Es probable que aún falten varios años para lograr una versión altamente fiable de la Starship, pero el vehículo podría comenzar una serie de vuelos de prueba orbitales a principios de 2022. El programa de exploración humana de la NASA confía tanto en Starship que la agencia espacial ha seleccionado el vehículo para que sirva como sistema de aterrizaje de su programa lunar Artemis. Ahora bien, si Starship fracasa, la NASA no volverá a la Luna.

“Starship puede llevar cantidades de carga útil sin precedentes a Marte y a otros lugares”, dijo Heldmann. “Los científicos planetarios tienen que pensar en cómo podemos aprovechar esta capacidad porque es extraordinaria. Y si queremos aprovechar estas oportunidades, para tener cargas útiles en los vuelos de prueba sin tripulación, tenemos que ponernos en marcha.”

SpaceX se acercó por primera vez a la comunidad científica planetaria en 2018 con una serie de “talleres de Marte” que abordaron cuestiones básicas como los posibles lugares de aterrizaje en el planeta y las lagunas de conocimiento que deben ser llenadas antes de que las personas puedan vivir y trabajar con seguridad en la superficie.

La empresa invitó a nombres destacados de la comunidad de investigadores de Marte, y participaron varias docenas. Algunos ya habían aceptado la visión de SpaceX, pero otros eran escépticos. Con el tiempo, a medida que SpaceX construía y probaba los prototipos, incluso algunos de los escépticos empezaron a creer que la Starship iba a ser una realidad.

“A medida que la Nave Estelar ha empezado a parecer más real, ha cambiado la opinión de la gente”, dijo Tanya Harrison, una científica planetaria y experta en Marte que participó en las reuniones. “Que la Starship haya sido seleccionada para las misiones lunares ha sido un gran impulso de credibilidad”.

Nuevo libro blanco

A principios de este año, muchos de los participantes en el taller empezaron a reconocer la urgencia de conseguir que la NASA se embarcara en el uso de Starship para misiones científicas. Así que escribieron un libro blanco (ver PDF), con Heldmann como autor principal, titulado “Acelerando la ciencia marciana y lunar a través de las misiones de la Starship de SpaceX”.

Otras dos docenas de investigadores de Marte del mundo académico, de la industria y de SpaceX -Harrison incluido- firmaron el documento. En él se hace un llamamiento a la dirección de la NASA para que empiece a financiar cargas útiles científicas que puedan volar en la nave espacial.

“La NASA debe desarrollar un programa financiado alineado con el enfoque de desarrollo para Starship, incluyendo un calendario de desarrollo rápido, una tolerancia al riesgo relativamente alta en comparación con las misiones tradicionales de ciencia planetaria y, en última instancia, una alta proporción de valor científico potencial para los dólares gastados si tiene éxito”, escribieron los científicos e ingenieros.

El diferenciador clave de Starship es la masa. Hoy en día, cuando un científico planea una misión para explorar otro mundo, hay dos grandes limitaciones: el coste y la masa. Starship puede tener algún efecto sobre el coste al ofrecer más cohetes por menos dinero. Pero el mayor cambio es que los científicos ya no tendrán que estar hipercentrados en la masa. Podrán llevar más instrumentos, más blindaje, más lo que sea. “Esto cambia completamente el juego”, dijo Harrison.

Dado que la Starship puede despegar de otros mundos además de aterrizar en ellos, podría transformar por completo una misión de retorno de muestras a Marte. En lugar de ser capaz de manejar 2 kilogramos de rocas, Starship podría ser capaz de devolver 2 toneladas métricas.

Este tipo de potencial realmente entusiasma a los científicos planetarios, y no sólo a la generación más joven. James Head, de la Universidad de Brown, ayudó a la NASA a seleccionar los lugares de aterrizaje del Apolo en la década de 1960 y entrenó a los astronautas que aterrizaron allí. Desde entonces, ha desarrollado una distinguida carrera en el campo de la ciencia planetaria.

Head firmó con entusiasmo el libro blanco y dijo que aprecia que SpaceX tenga una visión convincente y trabaje con diligencia hacia ese objetivo. En la sede de SpaceX en Hawthorne, California, Head dijo que vio el tipo de juventud, energía y determinación que impulsó el programa Apolo.

“Estar en el piso de la fábrica de SpaceX es lo más parecido a haber estado en el programa Apolo”, dijo Head.

¿Podría la NASA?

La creación de un programa para financiar específicamente las cargas útiles científicas de la NASA en la Starship parece una exageración en este momento. La NASA generalmente prefiere adjudicar programas de forma competitiva a múltiples licitadores, no crear un programa específico para un vehículo concreto.

E incluso si la dirección de la NASA decidiera crear un programa específico para cargas útiles científicas, es dudoso que el Congreso (o tal vez incluso la Casa Blanca) estuviera de acuerdo. A los congresistas les gustan los puestos de trabajo en sus distritos y estados, y los contratistas tradicionales de la NASA se encargan de ello. SpaceX, en cambio, se centra mucho en la reducción de costes y la eficiencia. Trabaja en relativamente pocos estados y emplea a menos subcontratistas.

Cuando la NASA convocó un concurso para el Sistema de Aterrizaje Humano y finalmente seleccionó la Starship de SpaceX como única opción, el Congreso protestó acaloradamente. Pero esa reacción probablemente sería insulsa comparada con la furia del Congreso al seleccionar un programa de carga útil científica de SpaceX para la Luna, Marte y más allá.

Consideremos la misión de retorno de muestras a Marte. La NASA planea asociarse con un importante aliado en el espacio, la Agencia Espacial Europea, para lanzar un rover de recuperación de muestras (desarrollado en Europa) y un vehículo de ascenso, construido para la NASA por Northrop Grumman. Esta misión, lanzada no antes de 2026, podría volar en el cohete Vulcan de United Launch Alliance. A continuación, un orbitador de retorno construido en Europa se lanzaría en un cohete europeo Ariane 6 para traer el pequeño alijo de muestras de vuelta a la Tierra.

Una misión de este tipo contaría probablemente con un amplio apoyo político porque financiaría a múltiples contratistas estadounidenses y reforzaría los lazos con Europa. Por el contrario, una misión sólo de SpaceX en la nave estelar molestaría a los otros contratistas de la NASA, a la Agencia Espacial Europea y a los políticos que respaldan sus intereses.

Aun así, los autores del libro blanco consideraron importante subrayar el valor potencial de Starship, a pesar de los vientos en contra políticos.

“Esa es la realidad política, tiene razón”, dijo Head. “Por otro lado, si no lo señalamos, nunca ocurrirá”. El desarrollo de la Starship es una oportunidad de oro para que la NASA se replantee cómo ha hecho la exploración durante más de medio siglo, dijo. Perderla sería una pena.

Hay otras opciones disponibles. Varias personas entrevistadas para este artículo sugirieron que la NASA creara un programa de “Servicios comerciales de carga útil para Marte”, mediante el cual adjudicara contratos para el desarrollo y la entrega de cargas útiles científicas a Marte.

Tomar prestado de CLPS

Este proyecto se basaría en el programa CLPS (Commercial Lunar Payload Services) de la agencia, que concede dinero a empresas privadas para que construyan naves espaciales que puedan llevar cargas útiles de la NASA a la superficie de la Luna. La NASA ha adjudicado hasta el momento media docena de contratos a diversos licitadores y cuenta con un presupuesto total de 2.600 millones de dólares hasta 2028.

Esta idea ya fue propuesta por los científicos del influyente Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte, que sugirió que  “un programa similar al CLPS centrado en Marte podría permitir el desarrollo de tecnología para futuras exploraciones, así como la entrega de cargas útiles científicas”.

Con un programa comercial de Marte, la NASA podría ofrecer dinero a sus centros de campo y a la comunidad académica para el desarrollo de la carga útil y luego poner la responsabilidad en los científicos para comprar el transporte a Marte. Esto podría aliviar parte de la tensión política de la NASA.

El líder general de la NASA para las misiones científicas, Thomas Zurbuchen, también ha defendido el programa CLPS y su disposición a aceptar cierto riesgo de fracaso. Dijo que la agencia debería tener en cuenta todos los grandes cohetes que entrarán en funcionamiento en los próximos años y aprovechar sus capacidades.

“En una escala de tiempo de 10 años, la disponibilidad de lanzamientos pesados, ya sea Starship, el Sistema de Lanzamiento Espacial u otros cohetes grandes, es un ingrediente realmente importante que debe ser considerado”, dijo Zurbuchen en una entrevista.

Otro alto funcionario de la NASA habló con Elenbyte y se le concedió el anonimato para poder hablar libremente.

“Creo que la comunidad científica planetaria está prestando atención”, dijo el funcionario. “Están observando. Y creo que se avecinan grandes cambios. En algún momento, el riesgo será lo suficientemente bajo como para que la gente empiece a proponer una misión de clase Discovery como un viaje en una nave estelar. Acabamos de lanzar Lucy, y Psyche está en desarrollo. Ambas misiones fueron seleccionadas al mismo tiempo, y ambas van a asteroides. Tal vez esas dos podrían ir juntas en una Nave Estelar”.

Todo lo que podríamos hacer

A medida que los científicos empiecen a pensar menos en la masa como limitación, se encontrarán con otras barreras para construir más naves espaciales planetarias. Sólo un número relativamente pequeño de personas en el mundo sabe cómo construir este tipo de vehículos, y formar a más personas llevará tiempo. También hay un número limitado de instalaciones en tierra donde las naves espaciales pueden someterse a pruebas de vacío y vibración. Además, hay que tener en cuenta el coste: la parte más cara del lanzamiento de una sonda científica no es el cohete, sino la nave.

“Sólo porque la nave espacial esté volando, no espero que de repente el presupuesto de la Dirección de Misiones Científicas vaya a duplicarse”, dijo el funcionario de la NASA.

Sin embargo, Starship podría llegar a reducir esos costes, especialmente con la capacidad de realizar lanzamientos frecuentes.

Considere que SpaceX podría ofrecer un vuelo regular a Júpiter cada dos años. Una sola nave estelar podría transportar varias sondas grandes y pequeñas, utilizando su energía y propulsión para llegar al sistema de Júpiter. Una vez allí, cada nave espacial podría volar a sus órbitas o destinos y depender de la Starship para un relevo de comunicaciones de vuelta a la Tierra. Esto supondría un gran ahorro de masa y propulsión en cada nave.

SpaceX podría volar su primera nave estelar a Marte en 2024; probablemente será poco más que un vuelo de prueba para demostrar que el enorme vehículo puede ejecutar una inyección transmarciana y luego entrar en órbita alrededor del planeta rojo. El calendario es muy apretado para que la NASA incluya cualquier sonda científica en este primer vuelo, pero la próxima ventana de Marte se abre a finales de 2026. Ese parece un objetivo más razonable tanto para SpaceX como para la NASA.

Existe un impresionante abanico de posibilidades para la NASA si quisiera cargar naves estelares con destino a Marte en ese plazo. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA podría construir un duplicado del roverance con un conjunto totalmente diferente de instrumentos científicos. La agencia espacial podría volar un par de clones del Mars Reconnaissance Observer para reemplazar su envejecida infraestructura de comunicaciones en Marte. Los ingenieros podrían ampliar el Experimento de Utilización de Recursos de Oxígeno en Marte, o MOXIE, para producir oxígeno en cantidades mucho mayores a partir de la atmósfera marciana. La NASA también podría enviar un taladro más grande para profundizar en el subsuelo y ver si el interior es realmente más cálido y húmedo.

“También estaríamos encantados de llenar una nave estelar con ingenios”, dijo la fuente de la NASA, refiriéndose al helicóptero de gran éxito que sigue volando en Marte después de aterrizar a principios de este año.

El propio Musk reconoce la importancia de comprometerse con la comunidad científica y promover la viabilidad de la Starship. Una noche del mes pasado, Musk habló con científicos en la prestigiosa Academia Nacional durante más de una hora, respondiendo a una pregunta tras otra de los científicos sobre la Starship, la ciencia planetaria y otros temas más esotéricos.

“Starship está diseñada para ser un mecanismo de transporte generalizado para el gran Sistema Solar”, dijo Musk a los científicos. “Podrías llevar un objeto de 100 toneladas a la superficie de Europa. Es mucho más de lo que se podría hacer con un cohete más pequeño. Así que creo que es muy emocionante. Obviamente, todavía tenemos mucho que probar. Pero arquitectónicamente, es capaz de transportar casi cualquier masa arbitraria a cualquier superficie sólida del Sistema Solar”.

Fue algo extraño -y algo entrañable- contemplarlo. Aquí estaba Elon Musk, la persona más rica del mundo, tan polémico en Twitter, tan controvertido en el discurso político actual, que parecía ganarse a algunas de las personas más inteligentes del país. Los científicos agradecieron su tiempo y se mostraron ansiosos por saber más sobre cómo la nave espacial podría ayudar a sus investigaciones.

Puede que haya hielo por todo el Sistema Solar, pero esa noche, Musk consiguió derretir parte de él aquí en la Tierra.