¿Cuáles son y podrían ser todas las ventajas y desventajas de tener una estación tripulada en Fobos antes de aterrizar misiones tripuladas en Marte?

Cráter Stickney en Fobos
Cráter Stickney en Phobos Para ambas imágenes, créditos: NASA/JPLMonolito de Fobos

La imagen de arriba muestra el monolito de Fobos cerca del cráter Stickney, ¿una señal o mensaje para ir allí primero?

Un ejemplo de una ventaja es la posibilidad de aplicar la técnica de frenado de arena para aterrizar grandes cargas útiles en Marte .
Otra ventaja de estar en Fobos podría ser la posible presencia de hielo de agua debajo del regolito. para producir combustible para cohetes allí.

Y, finalmente, ¿podrían sopesarse todos los pros y los contras para llegar a una conclusión general?

Fobos es mucho más difícil de alcanzar que la superficie de Marte. Tiene muy poca gravedad para ser útil para la salud o para ayudar en la construcción. Me esfuerzo mucho, pero no puedo pensar en ningún beneficio de estar en una órbita específica de 6000 km alrededor de Marte encadenado a una bola de polvo, en lugar de estar en la superficie. o en su propia órbita elegida.
Kim Stanley Robinson exploró muchas de las muchas posibilidades que ofrece la utilización de lunas marcianas en una misión a Marte. Es bastante interesante y se pensó mucho en ello. Red Mars y Green Mars tienen la mayor cantidad de acción lunar en ellos. ¿Podría dejar volar su imaginación en lugar de buscar respuestas científicas?
El monolito de Fobos no es una señal para ir allí primero.
Presumiblemente, las desventajas incluyen el riesgo de abrir accidentalmente un portal al infierno...

Respuestas (2)

Este artículo de la NASA explora algunas de las razones e implicaciones del uso de Fobos como punto de partida para las misiones humanas a la superficie de Marte. La conclusión se expresa en el resumen:

Los resultados de este análisis indican que, si el objetivo es llevar a cabo misiones en la superficie de Marte, utilizar Fobos como destino de exploración agrega pocos beneficios hacia el objetivo de la exploración de Marte.

El documento incluye una discusión de algunas de las cifras clave de mérito asociadas con la puesta en escena de misiones humanas a Marte en Phobos en comparación con la puesta en escena en High Mars Orbit (como se ha propuesto en varios otros conceptos de arquitectura de misión). Estos se resumen en la siguiente tabla:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El documento también describe algunos desafíos únicos asociados con el aterrizaje en la superficie de Fobos, que no estarían presentes en las misiones de superficie de Marte (estos también se han abordado en otras respuestas):

  • Aumento del tiempo que pasa la tripulación en el entorno peligroso del "espacio libre", es decir, aumento de la exposición a la microgravedad y la radiación.
  • Aumento de los costos delta-v para el acceso a la superficie de Phobos.
  • Se necesitan sistemas y tecnologías de exploración adicionales para transitar a Fobos, maniobrar y vivir la baja gravedad de la superficie y realizar operaciones de misión con una perturbación mínima del polvo de la superficie; estos sistemas presentan pocas sinergias con los sistemas de exploración necesarios para las misiones de superficie de Marte.
¡Respuesta bien referenciada!
¡Sí, de hecho, bien referenciado! ¿También se considera y evalúa la técnica de rompimiento de arena en este documento?
frenado _ Romperse sería indeseable. No tengo conocimiento de que nadie haya estudiado seriamente el sandbraking y, sinceramente, no parece tan prometedor. Necesitas más propulsor para llegar a Fobos y recoger la arena en primer lugar, y luego es más masa lo que tienes que arrastrar de regreso a Marte y a través de la parte difícil de la reentrada, sin mencionar la placa de empuje a prueba de chorro de arena. Y parece ser un intento de resolver el "problema" tradicional del aterrizaje en Marte de hacer que el vehículo sea subsónico, cuando SpaceX ha estado demostrando rutinariamente la retropropulsión supersónica durante años.
@Cornelis: el sandbraking no está cubierto en el documento. Mi opinión sobre esta técnica es que, si bien novedosa e interesante, no es una solución práctica. La razón principal para emplear esta técnica puede ser reducir la masa de lanzamiento. Sin embargo, la técnica en sí requeriría propulsor adicional para acceder a Phobos y hardware de sistema adicional (es decir, masa seca) para recolectar y liberar el regolito de Phobos. En cambio, esta masa adicional podría gastarse en hardware EDL adicional + propulsor para la entrada directa convencional de grandes cargas útiles sin una complejidad operativa adicional y el riesgo de un encuentro con Phobos.
@Armadillo Gracias por su comentario, no tengo acceso al documento, así que otra pregunta más, ¿se consideró la posible presencia de hielo de agua?
@Cornelis: disculpas, no me di cuenta de que era una versión bloqueada: actualicé el hipervínculo ahora. Por si acaso, puede acceder al documento aquí: ntrs.nasa.gov/api/citations/20200001602/downloads/…
@Cornelis: el documento no analiza directamente la utilización del hielo de agua de Phobos, sin embargo, los mismos argumentos utilizados contra la técnica de frenado de arena también se aplicarían aquí, es decir, el delta-v y el hardware del sistema adicional necesario para acceder a los recursos de Phobos hacen que sea una venta difícil si el objetivo es eventualmente explorar Marte.
@ChristopherJamesHuff ¡Gracias por la corrección! Si ha leído el enlace en mi pregunta, podría saber que la técnica de frenado en arena se estudió seriamente. Para mí, fue un final cerrado y difícil de elegir y la referencia en la otra respuesta fue el factor decisivo.
@Cornelis He leído el enlace. Es un trabajo de Francisco Arias, quien propone la idea. A partir de ese y otro material en otros lugares del mismo autor, han hecho algunos cálculos básicos sobre el empuje generado, no un estudio en profundidad del concepto. El problema no es si producirá un frenado, sino si puede proporcionar una ventaja sobre el EDL directo.
  • Establecer una presencia humana en Phobos requeriría el desarrollo de un vehículo específicamente para ese propósito. Tal vehículo tendría una fracción mucho mayor de su masa de llegada dedicada al propulsor de lo que necesitaría un módulo de aterrizaje en Marte. Esto probablemente signifique un tránsito de energía más bajo y un tiempo de tránsito más prolongado, con los riesgos adicionales que ello conlleva.
  • Los hábitats y otra infraestructura terrestre también serían completamente diferentes. Estás sugiriendo agregar un programa de exploración completamente nuevo que no tendría prácticamente nada en común con una misión a Marte.
  • No tenemos experiencia operando en cuerpos similares a asteroides, por lo que prácticamente todo lo que involucre a Fobos implicaría mayores riesgos e incertidumbres.
  • La densidad de Fobos sugiere que puede contener hielo de agua o ser muy poroso, pero su superficie parece estar seca, lo que hace que la porosidad sea la explicación más probable. Se sabe que Marte contiene vastas reservas de hielo de agua en depósitos cercanos a la superficie.
  • Phobos no tiene una atmósfera de CO2, por lo que si tiene hielo de agua, ISRU solo podría suministrar propulsor de retorno completo para los sistemas hidrolox, que tienen varios inconvenientes de costo y complejidad.
  • La falta de atmósfera también significa que Fobos tiene entornos de radiación, térmicos, polvo y micrometeoritos mucho más duros.

Un vehículo como Starship está diseñado para aterrizar en Marte y, como mínimo, requeriría cambios importantes para llegar a Phobos directamente desde la Tierra. El mismo vehículo tendría pocas dificultades para realizar una misión Fobos si se cargara con combustible después de aterrizar en una base de Marte. Poner una base tripulada en Fobos primero retrasaría la exploración de Marte por décadas, y en realidad puede retrasar la exploración de Fobos, lo que se beneficiaría mucho más de una base en Marte que viceversa.

¿No hay ventajas por estar primero en Phobos?
pro: phobos ya puede proporcionar una gran cantidad de masa en órbita, para proporcionar un refugio de radiación primitivo para las naves que (por cualquier motivo) necesitan holgazanear cerca de Marte durante muchos meses o años. Puede proporcionar un ancla de inercia casi infinita para actividades de tipo tirachinas. Pero ambas son cosas a largo plazo, no para primeras misiones a la región.
@Cornelis Si su objetivo es aterrizar en Marte, Phobos es un desvío sustancial y agregaría una gran cantidad de costos y complejidad a su misión. Incluso si tiene una nave espacial que ingresa propulsivamente a la órbita de Marte, sería más razonable reunirse con una o más estaciones en órbita que podrían ajustar la órbita con anticipación para que coincida con la nave espacial entrante. Hay cosas para las que Phobos podría ser útil, pero esta no es una de ellas.
"Tal vehículo tendría una fracción mucho mayor de su masa de llegada dedicada al propulsor de lo que necesitaría un módulo de aterrizaje de Marte" - no, solo un poco más grande (solo una pequeña cantidad adicional para elevar el periapsis de la atmósfera después de la aerocaptura y transferir a Fobos - La gravedad de Phobos y, por lo tanto, la velocidad de escape, es tan baja que el vehículo podría realizar una litocaptura segura sin necesidad de ningún propulsor para el aterrizaje de Phobos).
@Vikki si los planos orbitales están perfectamente alineados y su maniobra de aerocaptura da como resultado un apoapsis que coincide perfectamente con la altitud de Fobos, ninguno de los cuales será el caso. Aerocapture será aún más sensible a las condiciones atmosféricas que la EDL directa (y necesitará propulsor para acomodar el peor de los casos, especialmente cuando lleve tripulación), y los cambios de avión son costosos. Y luego está el pequeño detalle de que esto requiere una maniobra que nunca se ha intentado, incluso por parte de una nave espacial que solo tuvo que gestionar la captura en lugar de apuntar a una órbita precisa después.
¿Cuáles son y podrían ser todas las ventajas y desventajas de tener una estación tripulada en Fobos antes de aterrizar misiones tripuladas en Marte?
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