Cómo moriremos en Marte: Resolviendo problemas para futuros viajes a Marte

Establecer una presencia humana permanente en el Planeta Rojo será arriesgado, pero los investigadores están encontrando soluciones que mantendrán vivos a los futuros residentes el tiempo suficiente para morir en paz. Así es como podría suceder.

Reunidos en una sala común, los dolientes se despiden del cuerpo de su geólogo pionero, muerto por un aneurisma cerebral. El servicio conmemorativo de la base de Marte recuerda a una compañera colona, ​​pero también celebra un hito para la humanidad: el 23 de junio de 2034, se convirtió en la primera persona en morir por causas naturales en Marte.

Después del servicio, mientras los dolientes se dirigen a la arboleda pública que sirve como cementerio sin tumbas, un par de técnicos desnudan el cuerpo y lo trasladan a una habitación rodeada de vainas de acero inoxidable. Estos son digestores de tejidos. Los técnicos transfieren el cuerpo a una cápsula vacía y sellan la tapa. Pronto se llena de agua enriquecida con hidróxido de potasio, una base cáustica. Luego, la cápsula se calienta a 300 ° Fahrenheit y se presuriza a 70 psi.

Después de aproximadamente 12 horas de hidrólisis alcalina de cocción a presión, la vaina se drena con un silbido automático, dejando solo los huesos. El caldo se canaliza al digestor anaeróbico de la colonia, donde los microorganismos descomponen los desechos biodegradables para producir gas metano que alimentará naves espaciales y otros vehículos. El líquido restante se convierte en fertilizante junto con los huesos, que se secan con calor y se trituran hasta obtener un polvo rico en nitrógeno y minerales. El nitrógeno es un componente clave de la clorofila, lo que lo convierte en una valiosa adición al fertilizante utilizado para cultivar cultivos marcianos. Todos los sólidos restantes se transfieren a contenedores de compost para eventualmente formar materiales de construcción como paredes, tablones de cubierta y tableros de partículas. Cada molécula se reutiliza. No hay vertederos en Marte. Morir en Marte significa vivir en Marte, y que nuestra especie ha dominado los peligros que plantea el Planeta Rojo. Los peligros, el viaje por el espacio, el aterrizaje traicionero y las realidades brutales de la vida en un planeta alienígena, son formidables. Y cuanto más tiempo permanezcan las personas en Marte, mayores serán los desafíos.

Sin desanimarse, los ingenieros de hoy están desarrollando soluciones que podrían llevar a los funerales marcianos mañana. Y los primeros humanos podrían aterrizar tan pronto como en 2029, si SpaceX puede mantener su ambicioso cronograma para asentarse en Marte. "Esto es algo muy duro, peligroso y difícil, no para los débiles de corazón. Hay una buena posibilidad de que mueras", dijo el fundador de SpaceX, Elon Musk, en una conferencia en septiembre de 2020. "Va a ser difícil, pero será bastante glorioso si funciona".

Lograr que las cosas "funcionen" en Marte significará diseñar una generación de nuevos equipos, naves espaciales, módulos de aterrizaje e infraestructura para entregar y apoyar a los residentes permanentes en un mundo extraño. Desde el momento en que la nave espacial abandone la Tierra, cada paso de la colonización estará definido por la ingeniería que está destinada a permitir que los colonos vivan una vida plena en Marte.

Cada ojo de buey es un símbolo de obstinación, desafío humano y biocentrismo. ¿Por qué llevar a la especie tan lejos sin otorgarles la capacidad de ver, con sus propios ojos, hacia dónde se dirigen? También es un signo de la fragilidad psicológica de los humanos. Mirar algo, cualquier cosa, más allá de los confines de los mamparos de la nave espacial es un alivio bienvenido tanto para la mente como para los ojos. El Programa de Investigación Humana de la NASA califica el "aislamiento y confinamiento" como una de las principales amenazas para la salud humana durante los vuelos espaciales de larga duración. Llegar a Marte requiere un viaje de alrededor de 35 millones de millas, lo que representa al menos seis meses en un barco probablemente estrecho y reglamentado.

Los días de náuseas de gravedad cero pueden fusionarse, separados solo por luces interiores que se aproximan al ciclo solar de la Tierra. Los pasajeros se mantienen ocupados con una rutina diaria de ejercicio, tareas y controles médicos, todo lo cual está destinado a mantenerse a sí mismos y a sus acompañantes en forma física y mental. El cuerpo humano está diseñado alrededor de la gravedad. Es, esencialmente, un recipiente presurizado de fluido, y la gravedad atrae esos fluidos hasta nuestros pies. Pero en el espacio, ese fluido fluye libremente hacia la parte superior del cuerpo, elevando la presión arterial en el cráneo lo suficiente como para hacer que la cabeza se hinche, dañe la visión y reduzca la capacidad cognitiva.

Los médicos terrestres combaten los desequilibrios de presión con cámaras de presión negativa en la parte inferior del cuerpo (LBNP) que atraen fluidos corporales hacia las piernas. Los cosmonautas se ataron a máquinas similares a fines de la década de 1970 para prepararse para aterrizajes de alta G, temiendo apagones cuando los fluidos del cuerpo se recalibraran bajo la intensa gravedad, pero eran incómodos y tomaban demasiado tiempo para configurarlos.

Una versión actualizada de LBNP pronto podría regresar al espacio. En diciembre de 2019, Alan Hargens, PhD, fisiólogo espacial de la Universidad de California en San Diego, publicó un artículo en la revista Aerospace Medicine and Human Performance describiendo su diseño de un traje móvil LBNP. "Funciona como una aspiradora que succiona un objeto del piso", dice Hargens. "Pero en este caso, succionas el cuerpo de una persona hasta la cintura, y están sellados en la cámara con una especie de faldón de kayak".

El viaje a Marte expondría a los viajeros (y sus equipos electrónicos) a entre seis y nueve meses de radiación cósmica si no están protegidos. La dosis anual promedio de radiación cósmica en la Tierra asciende a 0,33 milisieverts (mSv), y una máquina médica de tomografía computarizada emite entre 2 y 10 mSv de radiación por exploración. El rover Curiosity encendió su detector de radiación durante el viaje a Marte y midió un promedio de 1,8 mSv por día. Utilizando estos datos, el Southwest Research Institute calculó que un viaje a Marte expondría a los viajeros a la friolera de 330 mSv. Mil mSv aumentan el riesgo de cáncer fatal en un 5 por ciento; El límite de la NASA para los astronautas hoy es del 3 por ciento. Cualquier nave espacial que se dirija al Planeta Rojo debe tener escudos de radiación robustos, y los investigadores están ideando enfoques novedosos.

Armadura ligera → El principal obstáculo para proteger a las naves espaciales de la radiación es el peso, pero los avances en la ciencia de los materiales han hecho que un escudo físico sea más atractivo. Por ejemplo, un estudio de 2020 encontró que el perhidropolisilaxano de polímero de silicio rara vez utilizado es un buen absorbente de rayos X, radiación gamma y neutrones. Otro estudio de la NASA de 2020 descubrió que mezclar polvo de metal oxidado (óxido) en un polímero y luego incorporarlo en los recubrimientos de uso común ayuda a repeler las partículas cargadas y agrega un peso mínimo.

Telaraña cargada → Una solución elegante a la radiación podría venir desplegando una estructura de telaraña grande y liviana que se carga a un alto voltaje negativo para repeler todos los iones entrantes cargados positivamente. Este escudo electrostático protege contra las tormentas de protones causadas por explosiones del sol llamadas eyecciones de masa coronal, y podría desplegarse solo durante esos eventos mientras la nave depende de otro sistema para su protección diaria.

Burbuja Invisible → Si un campo magnético protege a la Tierra de la radiación espacial, ¿por qué no traer uno para el viaje a Marte? La NASA ha patrocinado años de investigación sobre esta tecnología. El más prometedor, un diseño llamado toro dipolar magnetosférico (MDT), presenta un enorme anillo magnético superconductor que produce un campo magnético para repeler la mayoría de las formas de radiación cósmica. Una bobina de compensación con una corriente de movimiento opuesto desvía el campo del propio barco. La investigación en curso de la NASA se dirige hacia un prototipo MDT a pequeña escala para la prueba.

Aterrizar en Marte es notoriamente difícil. La atmósfera es 100 veces menos densa que la de la Tierra, el suelo a menudo está oscurecido por el polvo y el terreno está lleno de rocas, cráteres y pendientes. Y "[Marte] tiene suficiente atmósfera para ser realmente molesto y no lo suficiente para ser tan útil como nos gustaría", dice Matt Kuhns, quien era ingeniero jefe de Masten Space Systems en el momento de esta entrevista.

A lo largo de los años, las agencias espaciales han utilizado una combinación de armaduras protectoras, paracaídas veloces, grúas aéreas de última hora y capullos de aterrizaje que rebotan para llevar rovers y módulos de aterrizaje a la superficie del planeta. El aterrizaje directo y propulsor descrito anteriormente, utilizado principalmente por Starship de SpaceX, que actualmente se está construyendo y probando en el sur de Texas, podría proporcionar una alternativa relativamente segura. Aterrizar con precisión será vital para construir una presencia permanente en Marte, ya que una cadencia constante de cohetes de entrega deberá aterrizar cerca y no en la infraestructura de la colonia.

Afortunadamente, los humanos ya han logrado impresionantes objetivos interplanetarios. El 18 de febrero de 2021, el rover Perseverance de la NASA en Marte tomó fotografías del suelo mientras se lanzaba en paracaídas a través de la atmósfera y comparó lo que vio con un mapa a bordo hecho por el Orbitador de Reconocimiento de Marte. Este sistema permitió que el rover aterrizara en un área de 82 000 pies cuadrados de ancho, un poco más grande que un campo de fútbol, ​​lo que lo convirtió en el aterrizaje en Marte más preciso de la historia.

La nave espacial también debe asegurarse de que el lugar de aterrizaje esté libre de peligros. En octubre de 2020, Blue Origin lanzó una cápsula que transportaba el dispositivo de aterrizaje alienígena de próxima generación de la NASA, el aterrizaje seguro y preciso: evolución de capacidades integradas (SPLICE). Cuatro millas sobre los matorrales del oeste de Texas, SPLICE disparó y comparó imágenes en 3D con un mapa, luego ajustó automáticamente el módulo de aterrizaje para permanecer en el objetivo y confirmar que el terreno estaba libre de obstáculos.

Para deleite de los fanáticos de la ciencia ficción pulp de la década de 1950, los retrocohetes se han convertido en el método preferido para aterrizar naves espaciales. Pero en Marte, esos penachos abrirán profundos surcos en el terreno de abajo, exactamente donde el módulo de aterrizaje pretende aterrizar, dice Matt Kuhns, quien era ingeniero jefe de Masten Space Systems en el momento de la entrevista. En asociación con la oficina de Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA, Masten (ahora parte de Astrobotic) desarrolló una posible solución llamada Instant Landing Pad que agrega una superficie plana a un cráter a pedido.

CÓMO FUNCIONA

1→ A unos cientos de metros sobre la superficie de Marte, el módulo de aterrizaje flota.

2 → Los gránulos de aluminio se introducen en la tobera de escape del motor, donde se derriten parcialmente y se lanzan a la superficie.

3 → Los gránulos forman una capa en la superficie del lugar de aterrizaje, que casi inmediatamente se endurece en una capa de menos de una pulgada de espesor. "Una vez que baje la primera capa, el resto debería poder acumularse con bastante facilidad", dice Kuhns.

4 → Después de desplegar el rocío durante 15 segundos hasta cinco veces, el módulo de aterrizaje se asienta sobre la superficie limpia y estable gracias a la potencia de sus motores principales.

Una llamarada solar hace que una radiación de fondo ya mala en la superficie marciana, unas 38 veces la de la Tierra, sea aún más peligrosa.

Por esta razón, es probable que los primeros marcianos vivan en búnkeres subterráneos. "Tendremos que tomar precauciones, como poner uno o dos metros de tierra encima de los asentamientos", dice Bruce Jakosky, PhD, profesor de Ciencias Geológicas en la Universidad de Colorado e investigador principal de Mars Atmosphere and Volatile Evolution ( MAVEN), que estudia el clima del planeta. "El agua también puede brindar protección, por lo que se podrían construir hábitats cubiertos con tanques de agua". De los dos, usar tierra tiene más sentido. Aunque las moléculas de hidrógeno son bloqueadores efectivos de la radiación, en el agua se dispersan. Por esta razón, se necesitan unos 14 pies de agua para reducir la penetración de la radiación gamma a niveles seguros, en lugar de unos pocos centímetros de suelo marciano en una bolsa o cocido en ladrillos.

La detección de tormentas solares entrantes es tan crítica para salvar vidas como un sistema de alerta de tornados en la Tierra. Una gran eyección podría traer una dosis de radiación que puede matar en cuestión de minutos, y la acumulación de radiación de muchas tormentas pequeñas puede causar problemas de salud a largo plazo, incluido el cáncer. Los pronósticos locales del clima espacial marciano requieren que sus propios satélites y estaciones terrestres trabajen juntos, uno midiendo las partículas que golpean el planeta y el otro detectando cuántas alcanzan la superficie y qué tan rápido viajan. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será el daño. Durante una fuerte tormenta, los marcianos podrían retirarse a cámaras subterráneas protegidas por gruesas capas de tierra o agua, dice Jakosky. Aquellos atrapados en la superficie deben refugiarse en su lugar.

La atmósfera es un 95 por ciento de dióxido de carbono irrespirable. Las temperaturas son más frías, entre 70° y –200° Fahrenheit, en comparación con los 116° a –114° Fahrenheit de la Tierra. Afortunadamente, los colonos disfrutarán de duchas calientes ya que el vapor es omnipresente en una base nuclear. A diferencia de la Tierra, aquí no hay debate sobre la política energética: la NASA, SpaceX y la Administración Nacional del Espacio de China reconocen que solo la energía nuclear es lo suficientemente confiable y eficiente para una colonia marciana en ciernes.

La diferencia de temperaturas en todo el planeta (caliente en el ecuador y fría en los polos) provoca enormes sistemas de baja presión y frentes polares, lo que da como resultado tormentas de viento estacionales. La delgada atmósfera de Marte priva al viento de la fuerza real, incluso a la velocidad de un huracán. Pero las finas partículas superficiales que se arremolinan en esas ráfagas crean tormentas de polvo que pueden envolver gran parte del planeta.

Este polvo es peligroso, y no solo porque oscurece la vista y obstruye la maquinaria. Los rovers y los satélites han detectado concentraciones de percloratos tóxicos, una sal tan reactiva que se usa en la Tierra para fabricar cohetes propulsores, en la superficie marciana que sería arrastrada por el viento. "Estos también son un peligro para la salud humana porque bloquean la absorción de yodo por la tiroides si se ingieren", dice Tanya Harrison, PhD, colaboradora del equipo científico en varios rovers de la NASA en Marte y gerente de programas científicos en Planet Federal en Washington, DC " Y no conocemos la distribución global y la concentración de percloratos [en Marte]".

Para cuando la gente llegue a Marte, el clima será menos misterioso. El rover de Marte más nuevo de la NASA, Perseverance, llegó en 2021 con un conjunto de sensores meteorológicos llamado Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) para registrar los cambios en los niveles de polvo, la velocidad del viento, la presión atmosférica, la humedad relativa, la temperatura del aire, la temperatura del suelo y la radiación.

"De hecho, tendremos InSight, Perseverance y Curiosity operando al mismo tiempo en Marte", dice Don Banfield, PhD de la Universidad de Cornell, científico investigador principal de varios sensores MEDA. "Si bien todos están bastante distantes entre sí en Marte, comparar los resultados de todos ellos será similar a cómo se puede aprender observando el clima en Miami, Nueva York y Tokio". (Desde entonces, el módulo de aterrizaje InSight de la NASA se apagó debido a la acumulación de polvo).

A pesar de la flota de intrépidas sondas de la NASA, hay poca información equivalente disponible para juzgar el riesgo de otra peculiaridad alienígena: la gravedad en Marte es aproximadamente el 38 por ciento de la de la Tierra. "No hemos dedicado mucho tiempo a la gravedad fraccionaria", dice Alan Hargens, fisiólogo espacial de la UCSD. "Solo lo hemos hecho en la Luna, que es una sexta parte de nuestra gravedad, y solo durante unos días. Realmente no sabemos qué tan bien nos adaptaremos".

Los estudios han encontrado que la microgravedad puede alterar la forma del cerebro, los músculos, los intestinos y las células cardíacas individuales. Un efecto aún más extraño puede estar al acecho, ya que los investigadores en 2020 encontraron patrones de cambios en los genomas de los gusanos nematodos que habían ido al espacio. Estos cambios genéticos incluyeron una disminución en el grosor de los filamentos musculares gruesos, lo que puede ayudar a explicar por qué los astronautas pierden masa muscular en el espacio. Los diseños del citoesqueleto de los gusanos también evolucionaron para ser más cortos y gordos que los gusanos que no habían viajado al espacio.

A los pocos años de su llegada, las estructuras subterráneas en las que vivieron los marcianos por primera vez han sido reemplazadas por hábitats independientes que parecen haber sido construidos por avispas gigantes.

Los brazos robóticos imprimen en 3D las viviendas marcianas de color marrón rojizo aplicando material de construcción húmedo, una mezcla de fibras de basalto reforzadas y ácido poliláctico procedente de los biorreactores alimentados con desechos, en capas de endurecimiento rápido. Los cilindros tienen una forma ideal para un recipiente a presión porque sus superficies curvas pueden soportar presiones más altas. También ofrecen el mayor espacio interior. Cada uno de los edificios, protegido de los elementos e interconectados por túneles subterráneos, se divide en pisos con habitaciones de tamaño cómodo.

Cada estructura tiene doble casco con material termoplástico. El espacio entre las paredes interior y exterior sirve como pozo de luz, trayendo rayos naturales desde la punta de la estructura a otros pisos a través de las ventanas de la pared interior. Un techo transparente lleno de agua baña un gimnasio con luz solar suave. El objetivo no es construir un submarino utilitario en la superficie de Marte, sino un hogar confortable.

La vanguardia de una fuerza laboral marciana automatizada ya está tomando forma hoy. La NASA ha realizado una competencia anual de minería robótica en el Centro Espacial Kennedy durante una década, lo que ha dado lugar a una gran cantidad de posibles esquemas. En el pasado, el desarrollo se centró en robots mineros autónomos únicos y ultracapaces. El concepto principal actual es una flota de pequeños robots, cada uno diseñado para viajar sobre ruedas con ruedas y recoger pequeñas porciones de hielo. El beneficio de un enjambre es que algunos pueden descomponerse y la minería que da vida continuará.

Masten Space Systems en un momento propuso un enfoque de mayor volumen, que capturaría la eyección helada de las explosiones de cohetes en una pequeña cúpula. "Podríamos recolectar cientos de toneladas de hielo de agua en muy poco tiempo", dice Kuhns. "La cúpula pequeña básicamente acumula la presión para que pueda obtener la excavación profunda, y luego también captura los volátiles". Teniendo en cuenta el aire y el agua, el siguiente paso es cultivar alimentos en instalaciones hidropónicas similares a las de la Tierra. El agua necesitaría ser desinfectada antes de su uso, y el suelo requiere "remediación de impurezas conocidas, como sales y percloratos", dice Stephen Hoffman, PhD, ingeniero de sistemas que trabaja en el Centro Espacial Johnson con el Equipo de Arquitectura de Marte de la NASA. Los agricultores marcianos también necesitarían agregar nutrientes al suelo.

La investigación realizada por el Centro para la Utilización de Ingeniería Biológica en el Espacio (CUBE), una colaboración de la NASA con varias universidades para crear la tecnología subyacente para crear un asentamiento humano autosuficiente y sin desperdicios en Marte, revela el verdadero alcance del desafío. . Los investigadores de CUBE están estudiando microbios que pueden producir nutrientes a partir de tierra tóxica, utilizando nanotecnología para mejorar la producción de moléculas complejas dentro de las células vivas y diseñando invernaderos optimizados para espacios estrechos y restringidos.

Los técnicos podrían clonar células animales para hacer carne cultivada en laboratorio para complementar una dieta mayoritariamente vegana. Una startup israelí de tecnología alimentaria, Aleph Farms, cultivó carne en el espacio por primera vez durante un experimento de 2020 en la Estación Espacial Internacional (ISS). Comer carne durante las vacaciones podría convertirse en una tradición marciana.

Y si por alguna razón los cohetes retrasan o detienen las entregas, los colonos deberán fabricar sus propias medicinas, ropa, herramientas, vitaminas y combustible para cohetes. La fabricación aditiva, que utiliza materiales comunes para construir una cantidad casi infinita de productos con una sola máquina, podría ayudar. Es común que las fábricas de alta gama y los garajes de aficionados tengan impresoras 3D; hay dos impresoras 3D financiadas por la NASA en la ISS que han estado produciendo piezas desde 2014 y 2016. Un médico espacial podría fabricar medicamentos específicos bajo demanda a partir de un inventario de ingredientes básicos.

La escala de esta producción in situ será asombrosa si la colonia realmente se considera autosuficiente. Elon Musk ha dicho que alcanzar la sostenibilidad total requiere enviar alrededor de 1 millón de personas a vivir en el planeta. Eso es más que una colonia o incluso una ciudad; en ese momento, Marte se convertirá en su propia entidad política.

En esta fase de su desarrollo, el concepto de riesgo tecnológico cambia. La maquinaria que ha mantenido viva a la humanidad se ha perfeccionado, pero podría introducir amenazas sociales. "Un pequeño número de humanos específicos controlará los elementos fundamentales de la vida: aire, agua, luz, sistemas hidropónicos", escribió el Dr. Bleddyn Bowen, profesor de relaciones internacionales en la Universidad de Leicester, en el blog Spacewatch Global en octubre de 2020. "Los ciudadanos de los hábitats espaciales... necesitarán subordinar sus libertades individuales a las necesidades puras de la capacidad de la tecnología para sustentar la vida".

Cuando la geóloga decidió terminar su vida en Marte, aceptó estos sacrificios personales, así como se resignó al digestor de tejidos. Sus restos nunca encontrarían un lugar de descanso permanente aquí, pero su papel como científica pionera nunca será olvidado. Quizás aquellos que se quedaron cómodos en la Tierra no lo entenderían del todo, pero para ella, Marte se convirtió en más que una misión. Era una nueva vida, y no sólo para ella.

Nota del editor: debido a un error de edición, una versión anterior de este artículo enumeraba incorrectamente las credenciales de trabajo de Matthew Kuhns. Hemos actualizado el artículo y lamentamos el error.

Joe Pappalardo es escritor colaborador de Popular Mechanics y autor del nuevo libro, Spaceport Earth: The Reinvention of Spaceflight.

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