Explorador-Cacher de Astrobiología de Marte

El Mars Astrobiology Explorer-Cacher ( MAX-C ), también conocido como misión Mars 2018 , fue un concepto de la NASA para una misión de rover a Marte , cuyo lanzamiento se propuso para 2018 junto con el rover europeo ExoMars . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} El concepto del rover MAX-C fue cancelado en abril de 2011 debido a recortes presupuestarios. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El rover habría funcionado con energía solar , con una masa máxima de 300  kg y basado en gran medida en los componentes del rover Curiosity , pero habría contado con un sistema adaptado a la carga útil específica. El rover MAX-C habría realizado una exploración astrobiológica in situ , evaluado el potencial de habitabilidad de diversos entornos marcianos y habría recolectado, documentado y almacenado muestras para su posible regreso a la Tierra en una futura misión. ^{[ 6 ]}

La misión Mars 2020, con su rover Perseverance , tenía objetivos científicos similares a los de Mars 2018 y MAX-C.

Actualmente, existen los requerimientos esenciales de energía, agua y nutrientes para sustentar la vida en Marte , y el registro geológico marciano ofrece indicios fascinantes de muchos entornos habitables antiguos. ^{[ 7 ]} Si la vida surgió y evolucionó en el Marte primitivo, es posible, e incluso probable, que se conserven biofirmas físicas o químicas en el registro rocoso expuesto. Estos descubrimientos e inferencias constituyen un argumento convincente para una misión de exploración con un rover que busque evidencia de vida pasada en Marte . ^{[ 7 ]}

Durante más de una década, el Programa de Exploración de Marte ha seguido una estrategia de "seguir el agua". Si bien esta estrategia ha tenido mucho éxito en las misiones a Marte de 1996-2007, cada vez se reconoce más que evaluar el potencial astrobiológico completo de los entornos marcianos requiere ir más allá de la identificación de lugares donde había agua líquida. Por lo tanto, para buscar indicios de vida pasada o presente en Marte, es necesario caracterizar de forma más exhaustiva la estructura macroscópica y microscópica de los materiales sedimentarios . Este tipo de información sería fundamental para seleccionar y almacenar muestras relevantes para abordar la cuestión de la vida en muestras destinadas al estudio en laboratorios sofisticados en la Tierra. ^{[ 7 ]}

La posible estrategia de utilizar rovers para recolectar y almacenar muestras geológicas para su posible posterior retorno a la Tierra se ha discutido al menos desde mediados de la década de 1990. En 2007 se recomendó el almacenamiento de muestras en todas las misiones de superficie posteriores al rover Curiosity del Laboratorio Científico de Marte , de manera que se preparara un retorno relativamente temprano de las muestras a la Tierra. A mediados de 2007, la NASA ordenó que se añadiera un sistema de almacenamiento muy simple al rover Curiosity y, aunque respaldaron el valor potencial del almacenamiento de muestras, los expertos plantearon serias preocupaciones con respecto a la calidad de las muestras para esta implementación específica. En noviembre de 2008, se eliminó el almacenamiento para dejar espacio para herramientas de limpieza del equipo de adquisición de muestras del rover, que se añadieron debido a problemas de manipulación de muestras encontrados por el módulo de aterrizaje Phoenix . ^{[ 7 ]}

El concepto de rover de alcance medio se incluyó originalmente en el trabajo de planificación del Mars Architecture Tiger Team (MATT). Para cuando se publicó el informe MATT-3 en 2009, la misión potencial se conocía con varios nombres de trabajo diferentes, incluidos «Mid-Range Rover» y «Mars Prospector Rover», y el concepto de misión se concibió genéricamente como la inclusión de un único rover de la clase Mars Exploration Rover o Mars Science Laboratory con capacidad de aterrizaje de precisión y muestreo/almacenamiento. Para proporcionar un nombre que se ajustara mejor al concepto de misión, en agosto de 2009 se cambió del genérico Mid-Range Rover (MRR) a Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C). ^{[ 7 ]}

En abril de 2011, debido a una crisis presupuestaria, se anunció una propuesta para lanzar un solo rover en 2018 que sería más grande que cualquiera de los vehículos del concepto combinado, ExoMars (ESA) y MAX-C (NASA). ^{[ 8 ]} Una sugerencia fue que el nuevo vehículo se construyera en Europa y utilizara una combinación de instrumentos europeos y estadounidenses. La NASA propuso proporcionar un cohete de lanzamiento y el sistema de aterrizaje "Sky Crane". ^{[ 8 ]} En febrero de 2012, la NASA puso fin a su participación en ExoMars debido a recortes presupuestarios, ^{[ 9 ] [ 10 ]} y cuando el Congreso restableció la financiación para la exploración de Marte después de una fuerte protesta de científicos planetarios y entusiastas, la NASA anunció en diciembre de 2012 el rover Mars 2020 y, posteriormente, que efectivamente prepararía un depósito de muestras. ^{[ 11 ]}

El objetivo principal era estudiar un sitio con alto potencial de preservación de biofirmas físicas y químicas , evaluar las condiciones paleoambientales, caracterizar el potencial de preservación de biofirmas y acceder a múltiples secuencias de unidades geológicas en busca de evidencia de vida pasada y/o química prebiótica. Las muestras necesarias para alcanzar los objetivos científicos de la futura misión de retorno de muestras propuesta se recolectarían, documentarían y empaquetarían de manera adecuada para su posible regreso a la Tierra . ^{[ 3 ]}

El principal objetivo científico era aterrizar en un lugar que se interpretara como de alto potencial de habitabilidad y con alto potencial de preservación de biofirmas físicas y químicas:

• Astrobiología del Noeico primitivo: contexto ambiental prebiótico en el que potencialmente surgió la vida.
• Estratigrafía del Noeico-Hesperiano: si las condiciones de la superficie antes y después de la disminución de la erosión, la meteorización acuosa, la actividad fluvial y el campo magnético eran habitables.
• Astrobiología : Poner a prueba hipótesis relacionadas con la vida en el contexto de otro tipo específico de terreno geológico. Recolectar muestras que podrían haber conservado evidencia de química prebiótica o vida en Marte ; caracterizar el potencial de preservación de biofirmas.
• Emisión de metano desde el subsuelo.
• Datación radiométrica
• Perforación de testigo profundo : muestras de testigos de una profundidad de ~ 2 m.
• Depósitos polares estratificados: investigar el posible registro de los recientes cambios climáticos globales.
• Hielo superficial de latitudes medias: Investigar la habitabilidad del hielo de latitudes medias y cómo afecta el perclorato a la habitabilidad actual de Marte. ¿Podría el hielo de latitudes medias proporcionar un recurso para la utilización de recursos in situ (ISRU)?

Un objetivo científico secundario habría sido abordar la necesidad de obtener datos de presión atmosférica a largo plazo de la superficie marciana. Se realizaron estudios para evaluar las posibilidades de cooperación científica entre el rover MAX-C y el rover ExoMars si aterrizaban juntos en el mismo lugar. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

La misión MAX-C propuesta habría llegado a Marte en enero de 2019 en el hemisferio norte durante el invierno, dada la presión atmosférica favorable en esta estación y el rendimiento del sistema de entrega de "grúa espacial". ^{[ 7 ]} Debido a la excentricidad de la órbita marciana, el acceso latitudinal para un rover alimentado por energía solar, las latitudes del norte son menos severas en el diseño de energía/térmico que las latitudes del sur, lo que permite una operación efectiva en sitios tan al norte como 25°N y tan al sur como 15°S.

Dado que las características científicamente interesantes suelen representar terrenos demasiado peligrosos para aterrizar, la elipse de aterrizaje se suele diseñar para que se sitúe justo al lado, pero no encima, de las características de interés. El resultado es que el acceso suele depender tanto del tamaño de la elipse como de la capacidad de desplazamiento del rover, suficiente para salir de ella en un tiempo razonable en relación con la duración de la misión. El sistema de entrada, descenso y aterrizaje habría sido de alta precisión, con una exactitud de puntería de 7 km (4,3 mi) . ^{[ 7 ]} El rover alimentado por energía solar habría necesitado un alcance de al menos 10 km (6,2 mi) y una vida útil de al menos un año terrestre.    

El rover MAX-C habría dependido de una herencia significativa del diseño del rover Curiosity de MSL , el diseño de vuelo, el diseño de pruebas, el hardware de prueba y manejo para minimizar el costo y el riesgo. Este rover alimentado por energía solar requería un alcance de no menos de 20 km (12 millas) y una vida útil de al menos 500 días marcianos (soles). ^{[ 13 ]} Dado que muchos de los terrenos geológicamente interesantes en Marte exponen capas estratificadas en pendientes en cráteres, canales y laderas, sería extremadamente útil para la misión MAX-C propuesta ser capaz de navegar en pendientes de hasta 30 grados, como lo han hecho los MER Spirit y Opportunity .  

Su masa habría sido de unos 300  kg, mayor que la de los MER , comparable en masa a la del rover ExoMars , pero más ligera que la del rover Curiosity .

El rover habría llevado instrumentación suficiente para seleccionar científicamente muestras para su almacenamiento. Se asumió que esto se traduce en los siguientes instrumentos y capacidades: ^{[ 13 ]}

• Debe poder caracterizar afloramientos de forma remota (es decir, con instrumentos montados en mástil) e identificar características de interés (cámara panorámica, espectrómetro de infrarrojo cercano ).
• Debe ser capaz de obtener imágenes a microescala de afloramientos; instrumento de contacto ( imagen microscópica ).
• Debe ser capaz de exponer superficies rocosas no erosionadas utilizando una herramienta de abrasión superficial (brocas abrasivas).
• Debe ser capaz de medir la mineralogía a microescalas en superficies rocosas erosionadas; instrumento de contacto ( espectroscopia Raman ).
• Debe ser capaz de medir la composición química elemental global en las superficies rocosas erosionadas; instrumento de contacto ( espectrómetro de rayos X de partículas alfa ).
• Debe ser capaz de medir compuestos orgánicos en superficies rocosas erosionadas; instrumento de contacto (espectroscopia Raman).
• Debe ser capaz de correlacionar la composición con las microestructuras y texturas de las rocas (observador microscópico).

El retorno de muestras de Marte es esencial para cumplir los objetivos científicos de máxima prioridad del Programa de Exploración de Marte. ^{[ 3 ]} Sin embargo, una misión de retorno de muestras de Marte implica un alto costo y riesgo, y requiere la selección, adquisición y documentación de muestras científicas para su posible regreso a la Tierra, por lo que también debe ofrecer un valor sin precedentes. Si bien cualquier muestra traída de Marte sería útil para alguna línea de investigación científica, también es cierto que no todas las muestras serían igualmente útiles para una investigación científica detallada. ^{[ 3 ]} Para abordar las preguntas científicas de máxima prioridad, se requeriría la selección de "muestras excepcionales". ^{[ 1 ]} Las muestras necesarias para lograr los objetivos científicos de la futura misión de retorno de muestras propuesta se recolectarían, documentarían y empaquetarían de manera adecuada para su posible regreso a la Tierra. Un futuro encuentro en la superficie recuperaría el cargamento y lo cargaría en el "Vehículo de Ascenso a Marte" para su entrega a la Tierra. ^{[ 1 ] [ 14 ]}

Si en el lugar de aterrizaje del rover Curiosity de MSL (2012), los científicos no reconocen una muestra excepcional, querrán enviar un rover a un sitio alternativo seleccionado a partir de datos orbitales y para el cual se podría argumentar que existe un mejor potencial científico o de acceso; si MSL descubre muestras excepcionales, presumiblemente los científicos querrían enviar un rover de regreso para recolectarlas, ^{[ 3 ]} por lo tanto, tener el MAX-C desarrollado para un lanzamiento en 2018 podría haber ahorrado tiempo y recursos. El requisito de muestreo propuesto sería recolectar 20 muestras en cuatro sitios fuera de la elipse de aterrizaje dentro de un año terrestre. El rover se dirigiría entonces a un lugar seguro para depositar el depósito de 20 muestras para que un rover de recuperación lo recoja potencialmente en algún momento después de 2020. Para tal escenario, se esperaría que el rover MAX-C recorriera 10  km en 150 soles de conducción, es decir, ~67 m/sol en promedio, por lo que se necesitaría una autonomía mejorada del rover para la misión candidata MAX-C. ^{[ 6 ]}

El rover MAX-C habría podido obtener muestras mediante perforación y abrasión. La perforación se realizaría con un taladro que produciría núcleos de aproximadamente 10  mm de diámetro y hasta 50  mm de longitud, los cuales se encapsularían en fundas individuales con tapas a presión. La abrasión del material superficial se realizaría con una broca especializada colocada en la herramienta de perforación. Esta herramienta tendría como objetivo eliminar pequeñas cantidades de material superficial para permitir el acceso de los instrumentos a través de cualquier capa de polvo o erosión. Abrasionaría un área circular de diámetro similar al del núcleo (8-10  mm). El movimiento del brazo se utilizaría para escanear los puntos de abrasión individuales. ^{[ 7 ]} El rover debería poder almacenar al menos 38 muestras de núcleo. ^{[ 13 ]}

Se estimó un costo de $70 millones para financiar las actividades de desarrollo tecnológico; ^{[ 7 ]} el concepto de misión requeriría el desarrollo tecnológico en cuatro áreas clave: ^{[ 3 ] [ 7 ]}

• Extracción de núcleos, encapsulación y almacenamiento en caché: herramientas/mecanismos ligeros para obtener y manipular muestras extraídas de núcleos.
• Instrumentación: Es necesario centrarse en tecnologías adicionales para desarrollar instrumentos que puedan satisfacer las necesidades de medición aquí planteadas, en particular la mineralogía a microescala, los compuestos orgánicos y el mapeo de la composición elemental.
• Protección planetaria/control de la contaminación: Biolimpieza, catalogación de biocontaminantes y modelización del transporte para garantizar que las muestras almacenadas puedan ser devueltas.
• Navegación del rover: Procesamiento de imágenes y navegación a bordo para aumentar la velocidad de desplazamiento.
• Aterrizaje de precisión: Una de las principales prioridades científicas es mejorar el acceso a terrenos complejos, lo que requiere reducir significativamente la elipse de aterrizaje.

Según un borrador del cronograma del proyecto y un estudio experimental del equipo completo del JPL , el costo total del proyecto en dólares, sin incluir el vehículo de lanzamiento, se estimó entre $1.5 y $2.0 mil millones. ^{[ 3 ]}

• Astrobiología : ciencia que se ocupa de la vida en el universo. 
• Laboratorio de Astrobiología de Campo : Concepto de rover de la NASA para Marte cancelado 
• Detección de oxidantes biológicos y vida : una misión hipotética a Marte. 
• ExoMars – Programa de Astrobiología 
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• Marte 2020 – Astrobiología: Misión del rover de Marte de la NASA 
• Rover de exploración de Marte : misión de la NASA para explorar Marte mediante dos rovers. 
• Misión de retorno de muestras de Marte : misión a Marte para recolectar muestras de rocas y polvo. Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento. 
• Laboratorio Científico de Marte : misión robótica que desplegó el rover Curiosity en Marte en 2012. 
• Detector de Signos de Vida : Instrumento espacial para detectar biofirmas. 
• Programa Viking : par de módulos de aterrizaje y orbitadores de la NASA enviados a Marte en 1976. 

• Vídeos sobre las pruebas de campo del rover MAX-C (2010)