¿Por qué la NASA aún no ha plantado un laboratorio estacionario en Marte?

Para responder primero a la pregunta ad litteram , la NASA hasta ahora ha aterrizado con éxito cuatro laboratorios estacionarios en Marte (fechas de aterrizaje en Marte entre paréntesis):

• Viking Lander 1 (20 de julio de 1976),
• Viking Lander 2 (3 de septiembre de 1976),
• Mars Pathfinder (4 de julio de 1997) y
• Phoenix Mars Lander (25 de mayo de 2008).

Aquí están sus sitios de aterrizaje en un mapa de Marte generado con Mars Orbital Data Explorer :

Y en 2016, se planea que el módulo de aterrizaje InSight (Exploración interior usando investigaciones sísmicas, geodesia y transporte de calor) de la NASA aterrice en Marte el 20 de septiembre de 2016. Todos estos son laboratorios robóticos in situ estacionarios y no móviles .

¿Por qué utilizar módulos de aterrizaje inmóviles? Toco un punto importante más adelante en mi respuesta con problemas con las ruedas del rover, pero no toda la ciencia que queremos hacer en Marte (o en cualquier otro lugar) en realidad requiere un laboratorio científico móvil. Entonces, si puede evitar la dependencia del actuador y tener que usar otras partes móviles, obviamente podría construir un módulo de aterrizaje más robusto que sería más barato y liviano, y también requeriría una IA simplificada y restricciones de energía para ejecutarlo. Algunos usos a largo plazo podrían ser medir las condiciones y los cambios ambientales, es decir, una estación meteorológica, una estación de retransmisión de comunicaciones, experimentos de sismología, radiación e insolación, perforación y muestreo de hielo profundo/regolito, laboratorio de experimentos de invernadero/biodomo prefabricado, astronomía, incluso para servir como como laboratorio base para otras unidades móviles, misiones tripuladas o como unidad componente paraprocesos, producción y fabricación de utilización de recursos in situ (ISRU).

Ahora por qué no hay más de ellos. Quizás esta infografía pueda pintar la imagen más clara (haga clic en la imagen para ver la descripción y los enlaces a las versiones de tamaño póster):

Sí, aterrizar en Marte es difícil, todas esas líneas que cortan el anillo exterior alrededor de Marte en la infografía representan misiones fallidas al planeta rojo. Entre muchas fallas también se encuentra uno de los módulos de aterrizaje de la NASA: Mars Polar Lander . Por lo tanto, no es de extrañar que podamos ver a hombres adultos derramar lágrimas de alegría en los videos del aterrizaje del MSL Curiosity cuando aterrizó con éxito el 6 de agosto de 2012. El aterrizaje de Sky Crane del MSL fue apodado por la NASA como los Siete minutos de terror del Curiosity , y por una buena razón;

Nadie había intentado nunca nada parecido antes. El MSL era demasiado pesado para transportarlo de forma segura a la superficie marciana como lo hacían sus predecesores más ligeros, se desaceleró a una velocidad de descenso aceptable mediante un conjunto de tolvas principales y de caída y se encerró en una serie de bolsas de aire que servían como atenuadores de impacto y amortiguaban su aterrizaje final al rebotar. en la superficie hasta detenerse por completo. Para paquetes más pesados ​​que, digamos, una tonelada métrica, aterrizar en Marte implica depender de sistemas de Entrada, Descenso y Aterrizaje (EDL) mucho más complicados. Un diseño ingenioso que está siendo desarrollado actualmente por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA es el Desacelerador Supersónico de Baja Densidad (LDSD). si las peculiaridadesde este nuevo enfoque para las partes de entrada y descenso de EDL se puede manejar con éxito y la tecnología resulta confiable, permitiría la entrega de cargas útiles más pesadas a la fase de aterrizaje de EDL en Marte, pero no aborda el aterrizaje en sí.

Pero las dificultades no terminan con un aterrizaje exitoso. Para las misiones robóticas (y no ha habido otras hasta ahora), el entorno marciano es duro. Grano extremadamente fino y polvo afilado debido a la falta de humedad atmosférica que puede abrirse paso en las aberturas más estrechas, sales de perclorato corrosivas en su regolito superior , tormentas de polvo y remolinos de polvo que pueden cubrir o limpiar al azarpaneles solares, presión atmosférica baja (~ medio por ciento de la presión media al nivel del mar de la Tierra) que limita la transferencia de calor por convección y complica el frenado aéreo y el descenso en paracaídas, temperaturas promedio bajas y ciclos de temperatura diurnos extremos, con diferencias de temperatura debido a la presión atmosférica dentro de decenas de grados de pies a cabeza, áspero y sin clima, terreno no transitado que esconde todo tipo de sorpresas desagradables como abanicos de hielo seco que se evapora debajo del regolito durante los manantiales marcianos, bolsas profundas de arena, chimeneas de lava llenas de arena, y la lista podría continuar. y así, de verdad.

Y luego está el retraso de la comunicación de un mínimo de alrededor de 4 minutos en una dirección, dependiendo de la proximidad de Marte a la Tierra, pero más comúnmente del orden de más de 20 minutos para el viaje de ida y vuelta de las comunicaciones, lo que complica aún más el diseño de misiones robóticas y sustancialmente reduce lo que podemos esperar de ellos. Si puedo reutilizar la analogía de Douglas Adam con la fascinación humana por los relojes de pulsera digitales, en lo que respecta a la autonomía robótica, ahora estamos más o menos en la etapa de estar fascinados con los limpiadores domésticos automáticos que pueden sortear obstáculos y conectarse a la red. rejilla cuando se están quedando sin jugo. Todavía no estamos lo suficientemente lejos para una estación de laboratorio base con exploradores robóticos que le devuelvan muestras para su análisis en otro planeta.ExoMars rover y las misiones del rover Mars 2020 de la NASA.

MSL también está experimentando problemas con sus ruedas , y el rover Opportunity (MER-B) está conduciendo hacia atrás desde hace años , arrastrando la rueda delantera derecha a medida que comenzó a consumir más corriente eléctrica que el resto desde mediados de 2011. Misma mitigación o conducción en reversa para reducir el estrés, el desgaste y las roturas en las ruedas dañadas se usó con el rover Spirit (MER-A) y ahora también se usa con el rover MSL Curiosity. Todo eso se debe a la distancia que lograron recorrer a través del terreno accidentado desde que comenzaron a funcionar. Si estos rovers tuvieran que regresar para devolver muestras a un laboratorio estacionario, la distancia que tendrían que recorrer podría duplicarse por la misma cantidad de ciencia realizada, y su alcance desde el laboratorio base que podrían explorar sería bastante limitado. Lo cual sería una pena, ya que Marte todavía no deja de sorprendernos a diario .

Marte también es bastante grande, con una gran diversidad de características y muchas barreras intraversibles que los rodean. Por lo tanto, sería una pena invertir tanto en explorar una sola área, cuando puede cubrir por el mismo dinero un área más grande en muchas áreas diferentes, y también tener cierta redundancia, en caso de que algunas de las unidades fallen o algo más salga. mal incluso antes de aterrizar con seguridad en Marte. Si tiene un laboratorio estacionario y una unidad exploradora/trabajadora que dependen una de la otra, acaba de aumentar su probabilidad de falla en un 100 %, ya que una falla en cualquiera de las dos dejaría obsoleta a la otra unidad. Con las estadísticas actuales de la tasa de éxito de la misión a Marte, nadie está dispuesto a reducir sus posibilidades desde la etapa de planificación de la misión en adelante.

En la década de 1970, la NASA envió dos sondas Viking a Marte. ¿Es este el 'laboratorio inamovible' que estás buscando?
El inconveniente de un módulo de aterrizaje estacionario es que solo puede recopilar datos en una ubicación. Cuando haya terminado de analizar esa ubicación, la misión habrá terminado. Un rover, por otro lado, puede recopilar datos en diferentes ubicaciones. Su misión puede durar tanto como el rover pueda moverse.
La construcción remota de un edificio pequeño parece mucho esfuerzo por poco valor.

La respuesta corta es que es más fácil construir un rover con todo el material de laboratorio.

La reutilización de cosas en el espacio es más difícil de lo que uno podría pensar. Si hubiera un laboratorio reutilizable, sería necesario reabastecerlo, repararlo, etc. Los diferentes rovers tendrían que ser "compatibles" con el laboratorio existente, lo que dificultaría el nuevo desarrollo.

No solo eso, sino que los rovers tendrían que viajar de ida y vuelta a la unidad de laboratorio, ¡y los rovers son lentos!

Comentario de Re Quora Fean

Me imagino que OP significa tener un laboratorio fijo en una ubicación conveniente y un rover más pequeño que recolecta muestras y las lleva a este laboratorio.

Eso es similar a cómo funcionó la misión Mars Pathfinder de 1997 . El rover Sojourner no tenía un brazo robótico. Tampoco tenía la capacidad de comunicarse con la Tierra. Ese era el trabajo de la estación base. La estación base Pathfinder también llevó a cabo una serie de experimentos estacionarios.

Hay más misiones de aterrizaje a Marte que misiones de rover. La NASA ha tenido la mayor cantidad de misiones de rover, e incluso han tenido más módulos de aterrizaje que rovers. La NASA ha tenido cuatro misiones de aterrizaje (una de las cuales falló), tres misiones de rover y una misión de lander/rover (Pathfinder/Sojourner).

Los científicos planetarios aún tienen que identificar un solo lugar en Marte donde un laboratorio estacionario u otra estructura tenga sentido. Supongo que si pudiera defender el valor de los datos de muchos años marcianos en el mismo lugar, podría vender una misión, un concepto de estación meteorológica, tal vez.

En lo que respecta a otras estructuras permanentes, los únicos planes que he visto hasta ahora han sido prepararme para misiones tripuladas o ser parte de ellas, las más interesantes para mí son los esquemas de utilización de recursos in situ enviados con anticipación para producir consumibles para apoyar colonización.