Un par de naves espaciales fabricadas por Rocket Lab están a punto de emprender un viaje en dos etapas. El primer paso es el trayecto de 55 horas y 4.000 kilómetros desde California hasta el lugar de lanzamiento en Cabo Cañaveral. ¿El segundo paso? Solo 11 meses y 230 millones de kilómetros hasta Marte.
El objetivo de la misión Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (ESCAPADE) es estudiar la interacción entre los vientos solares y la atmósfera marciana. El Laboratorio de Ciencias Espaciales (SSL) de la Universidad de California en Berkeley ha desarrollado las cargas útiles científicas para la misión, pero el autobús del satélite, la plataforma real que viajará por el espacio y albergará esas cargas útiles en una órbita alrededor de Marte, es todo del Rocket Lab. La misión está programada actualmente para lanzarse no antes de octubre en el primer lanzamiento del cohete New Glenn de Blue Origin, según la NASA.
Aunque la empresa es más conocida por su cohete Electron, que solo es superado por el Falcon 9 de SpaceX en número de lanzamientos, la mayor parte de sus ingresos procede de la construcción y venta de naves espaciales y sus componentes. Con ESCAPADE, Rocket Lab pretende demostrar tanto a la agencia espacial como al mundo que puede producir naves espaciales de altísimo rendimiento capaces de viajar por todo el sistema solar.
La empresa ya demostró su valía cuando construyó el autobús satélite para la misión CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) de la NASA a la Luna en 2022. Esa nave espacial realizó una estancia de casi cinco meses en el espacio profundo antes de entrar en órbita lunar. Pero llegar a Marte lleva mucho más tiempo y, además, históricamente ha sido muy muy caro. Dos misiones recientes que enviaron orbitadores alrededor del Planeta Rojo, la Mars Reconnaissance Orbiter en 2005 y MAVEN en 2013, costaron a la NASA más de 500 millones de dólares cada una.
Así que en 2019, la agencia espacial estableció el programa Small Innovative Missions for Planetary Exploration (SIMPLEx) para financiar pequeñas misiones de naves espaciales al espacio profundo. Al igual que otros programas de la NASA establecidos en los últimos años, también es un esfuerzo por parte de la agencia para abrazar el riesgo. En lugar de gastar 550 millones de dólares en una misión al espacio profundo, la NASA se fijó el objetivo de gastar sólo una décima parte de esa cantidad y asignó a cada misión SIMPLEx un precio máximo de 55 millones de dólares, excluido el lanzamiento. ESCAPADE es una de las tres misiones seleccionadas por la agencia en el marco del programa SIMPLEx y, con toda probabilidad, la primera que se lanzará realmente.
Estos fondos fueron a parar al investigador principal de la misión, SSL, que contrató a Rocket Lab para los dos autobuses de los satélites. Rocket Lab no dice cuánto de esos 55 millones de dólares fue a parar a ellos, pero el ingeniero jefe de sistemas de ESCAPADE, Christophe Mandy, dijo que la empresa era «dos órdenes de magnitud más barata que cualquier otra cosa.»
Las naves, llamadas Blue y Gold, se basan en la plataforma Explorer de Rocket Lab (que adquirió experiencia de vuelo durante CAPSTONE), conocida por su gran capacidad delta-v para apoyar misiones de este tipo. Uno de los mayores retos para los ingenieros de Rocket Lab era diseñar una nave espacial que pudiera llegar desde la órbita terrestre hasta Marte; por esa razón, las naves ESCAPADE tienen aproximadamente un 70% de combustible en masa. Ese combustible hará que la nave sea capaz de alcanzar unos 3 kilómetros por segundo de delta-v, o cambio de velocidad, lo que es muy alto para un satélite de este tamaño.
El otro gran reto es que Rocket Lab no conoció el proveedor de lanzamiento hasta relativamente tarde en el proceso de diseño, cuando la NASA seleccionó el New Glenn en febrero de 2023. Esta incógnita afectó a lo que se denominan las «restricciones motrices» de la nave espacial, o los factores que condicionan las decisiones de diseño del ingeniero.
«Casi todas las naves espaciales que he visto han tenido el vehículo de lanzamiento como una limitación, pero como no sabíamos cuál iba a ser el vehículo de lanzamiento, lo hicimos de forma diferente», dijo Mandy. «Hicimos un gran esfuerzo para que el vehículo de lanzamiento no fuera una limitación motriz, lo cual es muy poco habitual».
En su lugar, los ingenieros de Rocket Lab acabaron basando gran parte del diseño de la nave en otra variable: la cantidad máxima de masa que la nave puede llevar a través de una maniobra crítica llamada inserción orbital en Marte (MOI), que es la maniobra que la nave realizará en el espacio profundo para entrar en la órbita marciana.
«Así que la cantidad de masa que tenemos en el sistema viene determinada por la física, más que por algo creado por el hombre, como el vehículo de lanzamiento», explicó Mandy. Pero una vez seleccionado el vehículo de lanzamiento, «no tuvimos que rediseñarlo, porque nuestro diseño se guiaba por otros requisitos».
Estas limitaciones ayudaron a los ingenieros a innovar. En lugar de una caja, las dos naves espaciales son básicamente «sándwiches de tanques», como los llamó Mandy, con dos cubiertas conectadas por puntales, con los tanques de combustible en el centro. Normalmente, la estructura primaria de un satélite representa entre el 20 y el 22% de su masa total; en ESCAPADE, gracias al diseño en sándwich, esa cifra es solo del 12%.
Según Mandy, estos cambios tienen efectos multiplicadores: Menos masa en la estructura primaria significa menos combustible para ésta, lo que implica un tamaño diferente del depósito, y así sucesivamente. Los ingenieros también han diseñado la nave de modo que todos los componentes que tienden a calentarse, como el ordenador de vuelo y la radio, estén cerca de una cubierta de la nave, mientras que todos los componentes que tienen tendencia a enfriarse, como el sistema de propulsión, estén cerca de la otra. Estos cambios significan que la nave espacial necesitará menos energía, paneles solares más pequeños, menos calentadores y muchos otros efectos.
Tras el lanzamiento, las naves espaciales pasarán 11 meses viajando a Marte antes de realizar esa quema MOI crítica. Pero el Sol se interpondrá entre la Tierra y Marte cuando las naves deban realizar el encendido, lo que imposibilitará la comunicación oportuna con ellas. Los ingenieros de Rocket Lab tendrán que esperar unos tres meses más antes de enviar una orden a la nave para que empiece a circular por su órbita. A continuación, la nave recogerá y transmitirá datos científicos a la Tierra durante unos 11 meses.
Mandy se negó a decir la ventana de lanzamiento exacta para la misión, diciendo que le corresponde a Blue Origin determinarlo, pero sí dijo que ahora es el pico de eficiencia para el viaje de la nave espacial, y que esa ventana se extiende «a través de varios meses después del pico». Si Blue Origin se salta la ventana, las dos empresas y la NASA tendrán que esperar otros 26 meses hasta que la nave ESCAPADE pueda empezar a desvelar los secretos de Marte.
