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Misión a Marte  Documento para el profesorado  Misión a Marte es un recurso educativo que ha surgido como resultado  del  taller  ‘Tecnología  en  el  espacio’  del  proyecto  TalentLab,  del  CSIC,  realizado  el  30  de  enero  de  2013,  en  el  que  participó  profesorado  de  diferentes  centros  educativos,  personal  investigador  del  Instituto  de  Ciencias  del  Espacio  (CSIC,  IEEC)  y  otros  perfiles  profesionales  relacionados con la temática.  De  la  propuesta  original  que  se  escogió  en  el  taller  hasta  el  producto  final,  el  recurso  educativo  ha  sufrido  algunas  modificaciones  para  adaptarlo  a  la  realidad,  tanto  por  lo  que  respecta  a  los  recursos  económicos  como  por  lo  que  respecta  a  los  aspectos  curriculares.  En  efecto,  la  propuesta  de  crear  una  aplicación  interactiva  para  tabletas  digitales  que  simulara  las  diferentes  fases  de  una  misión  espacial  a  Marte, que tenía que ir dirigida al último ciclo de primaria, ha pasado a  ser  un  juego  en  internet,  con  la  misma  finalidad  de  simular  un  viaje  interplanetario  al  planeta  rojo,  pero  dirigido  al  alumnado  de  Bachillerato.  Se  ha  considerado  que  este  nivel  educativo  permite  incorporar la posibilidad de hacer cálculos y, pues, permetía hacer más  ‘real’ la misión, combinando el aprendizaje con el carácter lúdico y, a su  vez, favorecer la aplicación de los conocimientos aprendidos en el aula  y la búsqueda de información. Por otro lado, para emular las misiones  científicas internacionales, la lengua del juego es el inglés.  Esta puede  ser una manera de ejercitar el alumnado en el uso de esta lengua más  allá del ámbito lingüístico.  El juego está pensado para desarrollarse durante una hora lectiva en el  aula,  aunque  se  puede  ampliar  la  dedicación  con  la  realización  de  pequeñas  actividades  previas  o  posteriores.  Cada  fase  de  la  misión  (lanzamiento, viaje interplanetario y aterrizaje) combina la realización  de  cálculos,  la  búsqueda  de  datos  así  como  la  toma  de  algunas  decisiones.  En  este  documento  os  ofrecemos  algunas  informaciones  sobre las variables de partida que se han tenido en cuenta a la hora de  hacer  los  cálculos,  así  como  breves  indicaciones  para  ampliar  los   

   

 

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contenidos  sobre  los  temas  que  se  van  planteando,  y  la  propuesta  de  nuevos retos para continuar trabajando.  Fase 1. Lanzamiento  2

En  la  primera  fase  de  la  misión  el  alumnado  deberá  decidir  el  cohete  con  el  que  saldrán  de  la  atmósfera  terrestre,  escoger  la  dieta  para  la  misión espacial y calcular la velocidad de escape par llegar a  la órbita  de la Estación Espacial internacional, situada a 400 km de la Tierra.  1.1 Selección del cohete  Se  trata  de  una  actividad  introductoria  que  pretende  familiarizar  el  alumnado  con  la  idea  de  que  la  misión  requiere  tres  naves  diferentes  para  completar  todo  el  viaje.  En  este  caso,  deberá  identificar  el  vehículo  de  lanzamiento  a  partir  de  tres  vehículos  ‘tipo’  correspondientes a cada una de las fases de la misión.  1.1.1 Tipología de cohetes 

 

 

 

 

Los  vehículos  espaciales  que  se  podrían  utilizar  para  llevar  a  cabo  el  viaje  interplanetario    tripulado  a  Marte  son  variados  y  pueden  utilizar  diferentes  sistemas de propulsión (química, nuclear, eléctrica, iónica y sistemas híbridos). A  grandes rasgos, podemos distinguir tres tipos de vehículos en función de la fase de  la misión: lanzamiento, viaje interplanetario y aterrizaje.  Lanzamiento:  Vehículo  espacial  utilizado  para  llevar  una  carga  útil  desde  la  superfície de la Tierra al espacio exterior. Como ejemplos conocidos de cohetes de  lanzamiento están Soyuz, Falcon 9, Saturn V o Ariane. Los cohetes de lanzamiento  incluyen los siguientes elementos básicos:  • sistema  de  propulsión  (líquido  o  sólido)  que  proporcione  el  impulso  para  conseguir la órbita 

 

   

 


• elementos  estructurales  para  contener  los  tanques  de  combustible  y  la  carga útil y mantener las cargas (quasi‐estática, dinámica, térmica, acústica  y choque) durante la misión  • sistemas  de  guiaje,  navegación  y  control  para  seguir  una  trayectoria  establecida  • y diversos subsistemas eléctricos. 

 Ariane 5 G mostrando los diferentes elementos. Fuente: ESA 

Viaje  interplanetario:  Vehículo  de  transferencia  orbital  (OTV)  es  una  nave  espacial diseñada para transportar carga, combustible o personas entre las órbitas,  por ejemplo, de una órbita terrestre baja a una de mediana o alta, o hasta Marte,  utilizando  combustible  enviado  desde  la  Tierra.  Este  tipo  de  nave  espacial  nunca  toca  la  superfície  planetaria.  Como  ejemplos  conocidos  de  estos  vehículos  de  transferencia orbital encontramos el Copernicus, el VASIMR.  Aterrizaje: el vehículo de descenso a Marte (MDV) es un módulo acoblado en un  vehículo  espacial  que  al  llegar  al  objetivo,  se  liberará  y  servirá  para  efectuar  el  aterrizaje  vertical  hasta  ponerse  sobre  la  superficie  de  Marte.    Los  módulos  de  descenso  pueden  ser  o  no  tripulados.  Como  ejemplos  de  módulos  de  descenso  a  Marte no tripulados, están el Spirit y el Opportunity, que cuentan con exploradores  móviles.  

 

   

 

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  Imagen de la superfície de Marte mostrando los diferentes ‘rovers’ y módulos de descenso. Fuente:  Wikipedia 

Propulsión  Química:  un  vehículo  basado  en  la  combustión  química  podría  llevar  seres  humanos a Marte pero plantea problemas por lo que respecta a la carga. Si siguiera  una  trayectoria  de  mínima  energía,  sólo  el  viaje  de  ida  duraría  unos  9  meses  (2  años la ida y la vuelta, incluyendo el tiempo de espera hasta que la Tierra y Marte  se vuelvan a encontrar en posiciones relativas óptimas para la vuelta). Eso implica  que la nave espacial debería ser bastante grande para llevar suficiente aire, agua,  alimentos,  piezas  de  recambio  y  otros  subministros  para  mantener  la  tripulación  durante  todo  este  tiempo.  Se  calcula  que  la  masa  mínima  de  una  misión  a  Marte  tripulada estaría en torno a las 850  toneladas, con lo que esto conlleva cuanto a  coste  económico.  Se  pueden  aprovechar  otras  tecnologías  de  propulsión  (criogénica,  nuclear,  iónica)  y  recursos  y  propiedades  naturales  para  intentar  reducir la carga inicial.  Criogénica: una manera para reducir la carga de la nave es utilizar combustibles  criogénicos  como  el  hidrógeno  y  el  oxígeno  en  estado  líquido  ‐mantenidos  a  temperaturas  de  ‐253°C  y  ‐183°C,  respectivamente‐  los  cuales  se  mezclan  en  la  cámara de combustión de los motores principales proveyendo la combustión. Este  tipo  de  sistema  de  propulsión  es  utilizado  especialmente  en  los  cohetes  de  lanzamiento o transbordadores espaciales.  Nuclear  térmica:  se  basa  en  el  uso  de  reactores  nucleares  para  accelerar  una  substancia  propelente  (normalmente  hidrógeno  o  metano).  Los  motores  de  este  tipo tienen un impulso específico mayor que el que se consigue con los motores de  combustible líquido, aunque las ventajas dependen mucho del sistema concreto.  Eléctrica:  se  basa  en  motores  iónicos  o  de  plasma  que  son  muy  eficientes  pero  requieren  una  potencia  eléctrica  que  sólo  se  puede  generar  mediante  un  enorme 

 

   

 


conjunto de paneles solares. Como ejemplo, el VASIMR utiliza un motor de iones de  plasma,  en  principio  de  mayor  rendimiento,  que  podría  reducir  sensiblemente  la  duración del viaje y la medida de la nave, que sería más ligera y económica.  Aerocaptura:  la  implantación  de  sistemas  que  aprovechen  las  fuerzas  de  rozamiento en la atmósfera de Marte (y de la Tierra, a la vuelta) puede contribuir a  reducir el coste energético del aterrizaje. Ahora bien, el hecho de que la atmósfera  de Marte sea débil hace esperar que este sistema no sea del todo eficiente y haya  que utilizar otros sistemas energéticos complementarios.  In­Situ Resourse Utilization: una vía para reducir la carga inicial de la nave es el  uso  de  las  materias  primeras  marcianes  para  sintetizar  combustible,  oxígeno  y  agua,  necesarios  para  el  mantenimiento  de  la  vida,  propulsión,  construcción  y  energía  de  una  tripulación  desplegada,  en  este  caso,  a  Marte.  Sin  embargo,  hasta  ahora la ISRU no ha conseguido ninguna aplicación práctica.  1.1.2 Temáticas complementarias  Misión a Marte: residuos espaciales  Las  misiones  de  exploración  espacial  se  han  preocupado  poco  o  nada  de  los  residuos tecnológicos que generaban y han abandonado en el espacio exterior, y en  los astros explorados, la chatarra de naves y satélites en desuso, de instrumentos  utilizados  para  la  reparación  y  montaje,  así  como  utensilios  relacionados  con  la  vida espacial. El caso de los satélites artificiales que giran alrededor de la Tierra es  especialmente exagerado ya que el 95% son, de hecho, chatarra. Ahora, la cuestión  empieza a tomar cierta relevancia no tanto por cuestiones éticas o de precaución ‐  la  posibilidad  de  colisión  entre  dos  objetos  con  cierta  malasuerte  podría  caernos  encima‐,  sino  porque  la  saturación  es  tal  que  podría  amenazar  el  futuro  de  las  misiones espaciales. 

 

 

   

 

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El 95% dels satélites que orbitan la Tierra no son activos en la actualidad. 

Propuesta de actividad: Debate ‘Misión a Marte: residuos espaciales  Os  proponemos  que  penséis  en  todos  los  residuos  que  puede  generar  vuestra  misión  a  Marte,  sean  tecnológicos  o  no.  Después,  discutid  con  los  compañeros  y  compañeras en torno a estas cuestiones: ¿qué pensáis de los residuos espaciales?  ¿Os  parece  que  el  objetivo  científico  compensa  la  generación  de  residuos?  O,  al  contrario, ¿pensáis que hasta que no hubiera un sistema de reciclaje lo mejor sería  no ‘ensuciar’ el espacio? ¿Es posible ponerse de acuerdo? 

1.2 Elaboración de la dieta  El  alumnado  debe  seleccionar  los  alimentos  que  se  puede  llevar  a  la  misión a partir de unos criterios básicos y de este modo se puede hacer  una  idea  de  la  tipología  de  los  alimentos  y  de  algunas  problemáticas  asociadas a las condiciones de microgravedad.  1.2.1 Microgravedad y deglución  Al  salir  de  la  atmósfera  terrestre,  la  nave  espacial,  sea  al  orbitar  alrededor  de  la  Tierra  sea  al  emprender  el  viaje,  experimentará  un  ambiente  de  microgravedad  que se manifiesta porque se reducen considerablemente los efectos de la gravedad  y parecerá que los objetos floten. La nave espacial y todo su contenido estan en un  estado de caída libre.  A nivel fisiológico, uno de los primeros interrogantes que se plantejaba era sobre la  posibilidad  real  de  deglutir  alimentos  en  un  ambiente  de  microgravedad.  No  se  sabía  si  en  el  momento  de  la  deglución,  los  alimentos  quedarían  ‘flotando’  en  el  esófago, lo que provocaría la muerte por asfixia del astronauta que lo intentara, ni  tampoco cómo sería la digestión en un ambiente ingrávido. Las primeras misiones  que tuvieron que hacer frente a la nutrición espacial tuvieron lugar a principios de  los años 1960. 

  Tubo de la época espacial soviética que contenía una sopa rusa: borscht.  Autor: Aliazimi. Wikimedia Commons 

 

   

 

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En primer lugar, parece que fue Gherman Titov, en la misión Vostok 1, el primero  en ingerir alimentos en el espacio, en agosto de 1961. Un año después, John Glenn  lo  hizo  con  la  misión  Mercury  y  el  alimento  que  ingerió  fue  una  compota  de  manzana  empaquetada  dentro de  un  tubo  similar  al  de la  pasta  de dientes.  Estos  experimentos  sirvieron  para  comprobar  que  era  posible  ingerir  alimentos  en  condiciones  de  microgravedad:  se  podía  masticar,  beber,  tragar  y  digerir.  Desde  entonces la investigación en nutrición espacial ha avanzado mucho en cuanto a las  cuestiones de conservación, empaquetamiento, variedad de alimentos y de gusto.  1.2.2 Alimentos espaciales: empaquetamiento y conservación  Una misión espacial de larga duración como es el viaje interplanetario a Marte ha  de  plantearse  obligatoriamente  el  problema  de  cómo  llevar  suficiente  alimento  para toda la tripulación durante la travesía.  Por un lado, habrá que garantizar que  los  alimentos  se  mantendrán  comestibles  durante  todo  el  viaje  y  que  estos  proporcionarán los nutrientes necesarios para evitar enfermedades por deficiencia  de  vitamina,  de  calcio,  etc.,  en  función  también  de  la  edad  y  la  corpulencia  del  astronauta.  Por  otro  lado,  habrá  que  encontrar  sistemas  de  empaquetamiento  de  los alimentos que reduzcan al máximo la carga.  A  continuación  se  muestran  algunos  de  los  principales  criterios  para  considerar  que un alimento es adecuado para el vuelo espacial:  • debe ser capaz de mantener bastante tiempo la temperatura ambiente  • no debe pesar demasiado  • no debe hacer migas  • debe poder ser preparado en la cocina (dispensador de agua, horno de  convección)  • debe ser fácilmente consumido en órbita (texturas húmedas y enganchosas  para que la comida se pueda llevar fácilmente a la boca)    [Respuestas]:    Comida  Huevos revueltos (rehidratable) 

 

Comidas espaciales  x   

Pan (forma natural) 

 

 

Fajita (forma natural) 

 

 

   

 

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Fresas (liofilitzadas)   

Zumo de naranja (rehidratable) 

x  8

 

Refrescos (bebida) 

 

 

Carne de ternera con setas  (irradiada) 

 

Paella (forma natural) 

*   

Verdura al vapor (forma natural) 

 

 

Brownie (forma natural) 

 

Espaguetti a la boloñesa (forma  natural) 

   

Pollo con salsa (termosestabilitzado) 

 

Manzanas (forma natural) 

** 

 

Albaricoques (parcialmente  deshidratados) 

 

Cóctel de gambas (termostabilizado) 

 

Sal (disuelta en agua) 

 

 

   

 


Pimienta (forma natural) 

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Café o té (rehidratable) 

 

*Aunque se han  hecho pruebas para llevar alimento con sabor a paella, aquí se  ha considerado la  paella  en  su  forma  natural.  La  idea  es  que  una  paella,  o  cualquier  plato  culinario,  tal  y  como  los  entendemos no se podrá consumir en el espacio. 

**La fruta fresca solo se puede consumir los primeros días de la estància.    Propuesta de actividad: Menú espacial del día  Suponemos  que  un  astronauta  de  complexión  media  come  casi  un  kilogramo  de  comida diario, que le ha de proporcionar un aporte diario de entre 2.000 y 2.500  calorías.  Sabiendo  que  la  composición  de  los  alimentos  ingeridos  para  mantener  una dieta equilibrada debe tener entre un 16 y 17% de proteínas, un 30 y 32% de  grasas  y  entre  un  50  y  54%  de  carbohidratos,  os  proponemos  que  preparéis  el  menu  del  día  (3  comidas)  para  la  tripulación  a  partir  de  los  alimentos  espaciales  que habéis escogido para la misión. 

1.3 Posicionamento en órbita  Se propone que el alumnado calcule la velocidad de escape del cohete  para  conseguir  llegar  a  la  órbita  donde  se  encuentra  la  Estación  Espacial  Internacional,  aplicando  los  conocimientos  de  física  adquiridos  a  un  exercicio  concreto  de  Bachillerato  que  tiene  interés  para la misión espacial.  1.3.1 Cálculo del posicionamento en órbita  Se ha considerado que el lanzamiento se efectua desde una posición inicial situada  a 0km sobre la superficie de la Tierra a una altura de 400km.  Datos iniciales: 

 

 

Altura: 400 km 

 

   

 


Ecuaciones:   

 

 

Ve = √2·g·h  [Respuesta]: velocidad de escape: 2.801,42 m/s 

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  Fase 2. Viaje interplanetario  En  la  segunda  fase  de  la  misión  el  alumnado  conocerá  los  tipos  de  radiación  a  los  que  se  estará  expuesto  cuando  salga  de  la  atmósfera  terrestre, deberá calcular el centro de masas entre la Tierra y Marte, y  decidirá cómo gestionar los residuos cotidianos de la nave espacial.  2.1 Radiación  El alumnado deberá conocer las fuentes de radiación en el espacio con  las que se encontrará en el transcurso del viaje interplanetario a Marte  y  los  efectos  que  éstas  pueden  tener  sobre  la  nave  y  la  tripulación.  Deberá identificar el tipo de radiación que tiene efectos más graves y  perjudiciales para la salud humana y la misión en general.  2.1.1 Fuentes de la radiación  En  misiones  espaciales  de  larga  duración,  como  un  viaje  interplanetario  a  Marte,  hay que tener bien presente que tanto la nave como la tripulación, al abandonar la  atmósfera terrestre que nos protege de la radiación solar, estarán expuestas a los  efectos  producidos  por  la  radiación  del  espacio.  Esta  radiación,  en  general,  proviene de tres fuentes principales:  (i) Cinturones de radiación de Van Allen  Radiación  debida  a  la  existencia  de  magnetosfera  alrededor  de  la  Tierra, en la que quedan atrapados protones y electrones altamente  energéticos.  El  campo  magnético  de  la  Tierra  atrapa  la  radiación  proviniente del Sol en forma de cinturones, denominados Van Allen  (por  su  descubridor),  que  pueden  representar  peligros  para  los  satélites  GPS  y  de  comunicaciones.  La  misión  a  Marte  se  vería  afectada por este tipo de radiación durante el comienzo de su viaje  hacia  el  planeta  rojo,  cuando  la  nave  pasa  por  en  medio  de  los  cinturones.     

   

 


(ii) Acontecimientos de protones solares y partículas energéticas solares  La  erupción  de  partículas  por  fenómenos  que  ocurren  en  la  superfície  del  Sol  pueden  liberar  una  cantidad  de  energía  equivalente  a  un  millón  de  bombas  atómicas,  liberando  grandes  cantidades de fotones, rayos gamma, rayos‐X, ultravioletas, así como  de  otros  rangos  del  espectro  electromagnético  y  protones  y  electrones  energéticos.  Los  primeros,  rayos  X  y  rayos  gamma,  conseguirían  la  Tierra  y  Marte  en  unos  minutos,  y  los  seguiría  una  ola  de  partículas  energéticas  que  llegarían  al  cabo  de  unas  pocas  horas. Las erupciones más notables tienen lugar de manera habitual  cada  varias  semanas  por  lo  que  este  tipo  de  radiación  afectaría  durante  toda  la  misión  a  Marte.  Estas  partículas  pueden  causar  daños por radiación, interrupción de los circuitos lógicos e, incluso,  peligros para los astronautas.    (iii) Rayos cósmicos galácticos  Radiación  proviniente  de  regiones  de  fuera  del  sistema  solar,  originada  en  objetos  como  explosiones  de  supernovas  lejanas.  Se  compone  de  partículas  acceleradas,  que  viajan  a  una  velocidad  cercana  a  la  de  la  luz.  Producida  a  partir  de  núcleos  ionizados  altamente energéticos, sobretodo protones y partículas alfa. Una ola  de  estos  rayos  travesaría  el  caparazón  de  la  nave  y  la  piel  de  los  tripulantes.  2.2.2. Exposición a la radiación  La  misió  tripulada  para  viajar  a  Marte  deberá  hacer  frente  a  las  altas  dosis  de  radiación  ionizante  que  pueden  estropear  los  componentes  electrónicos,  las  células solares y que son altamente nocivas para los humanos. La peligrosidad de  la radiación depende no sólo de su energía y naturaleza (protones, rayos gamma,  etc.)  sino  también  del  tiempo  de exposición. Las  unidades  para  medir  la  dosis  de  radiación absorbida que reciben los astronautas en el curso de una misión espacial  son las rem.  (i) Cinturones de radiación de Van Allen  Les misiones tripuladas suelen evitar los cinturones de radiación van  Allen y así, por ejemplo, la Estación Espacial Internacional está a una  altura muy inferior a las regiones más severas de los cinturones de  radiación.  Sin  embargo,  la  misión  a  Marte  deberá  travesar,  en  un  momento  u  otro,  los  cinturones  si  quiere  emprender  el  vuelo  interplanetario. Esta será la fuente de radiación que puede afectar de  manera  más  severa  la  misión.  Por  otro  lado,  en  cambio,  estos   

   

 

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cinturones  constituyen  una  protección  para  las  naves  espaciales  en  frente de las otras dos fuentes de radiación ionizante, por un proceso  que se conoce con el nombre de blindaje geomagnético.    (iv) Acontecimientos de protones solares y partículas energéticas solares  Para  la  exploración  tripulada  del  espacio,  los  acontecimientos  de  este tipo realmente violentos son poco frecuentes: durante los  once  años que dura el ciclo de actividad solar sólo suelen tener lugar una  o  dos  veces  como  mucho.  En  caso  de  sufrir  una  tormenta  solar  durante la estancia en el espacio, la tripulación podría recibir, en un  período  muy  corto  de  tiempo,  dosis  de  radiación  (360  rem)  potencialmente  fatales.  La  estructura  de  una  nave  espacial  es  en  general  mucho  más  eficiente  a  la  hora  de  bloquear  las  radiaciones  electromagnéticas que cuando se trata de partículas.    (i) Rayos cósmicos galácticos  Estos  rayos  se  caracterizan  por  tener  un  rango  energético  tremendamente  ámplioi  (109  ‐  1020  eV),  por  lo  que  su  peligrosidad  para  el  ser  humano  varía  enormemente.  Una  ola  de  estos  rayos  travesaría el caparazón de la nave y la piel de los tripulantes, aunque  la  capacidad  de  penetración  de  estas  partículas  en  la  materia  varía  según su energía y tipo.  Se  considera  que  dosis  superiores  a  los  600  rem  recibidas  a  lo  largo  de  una  vida  (70  años)  suelen  ser  fatales,  en  el  sentido  de  que  las  probabilidades  que  el  individuo desarrolle un cáncer son casi del 100%. Si el tiempo  de exposición para  una dosis tan alta se reduce drásticamente, digamos a una hora, las probabilidades  de supervivencia para un ser humano son prácticamente nulas.  [Respuesta]: La radiación más grave a la que se verán sometidos los tripulantes es  la debida a los acontecimientos de partículas solares.  Acontecimientos partículas solares: approx. (2.600 rem, un evento)  Cinturones de Van Allen: aprox. 1.000 rem/año  Erupciones solares: aprox 100 rem /año  Radiación cósmica galáctica: aprox. 35 rem/año 

2.2 Centro de masas  Se  propone  que  el  alumnado  calcule  en  qué  punto  del  viaje  la  misión  dejará de depender de la influencia gravitatoria de la Tierra para pasar 

 

   

 

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a estar bajo la influencia gravitatoria marciana, es decir, que calcule el  centro de masas entre los dos planetas.  Datos iniciales:  13

Masa de la Tierra: MT = 5,9722 × 1024 kg Masa de Marte: MM = 6,4185×1023 kg  Ecuaciones:   ∑ ximi /MT  [Respuesta]: centro de masas: 5,79 x 106 Km (respecto la Tierra) 

2.3 Gestión de residuos  Cualquier  misión  espacial  tripulada  genera  residuos  como  envases,  ropa, pero también productos de la respiración y la digestión (dióxido  de  carbono,  metano)  que  enrarecen  el  ambiente  interior  de  la  nave.  Este  aspecto  es  especialmente  relevante  cuando  se  trata  de  estancias  espaciales  de  larga  duración  como  esta.  El  alumnado  debe  decidir  cómo gestiona los recursos y los residuos que genera cotidianamente.  2.3.1 Residuos en una misión de largada duración  La  gestión  de  recursos  y  de  residuos  en  una  misión  espacial  es  compleja.    En  las  misiones  de  larga  duración,  además,  la  cuestión  se  agrava  porque  hay  el  factor  limitante del peso y, por tanto, cualquier medida que vaya en vías de reutilizar los  recursos  e  incluso,  de  producirlos  ‘de  novo’,  puede  ser  una  manera  de  optimizar  recursos  y  espacio.  Para  la  misión  a  Marte,  se  ha  considerado  los  siguientes  conceptos: Almacenar, lanzar la Basura al espacio, Limpiar y Reciclar.  Se ha tenido  en cuenta los sistemas de gestión implantados en la actualidad  en misiones como  ‘Estación  espacial  Internacional  y  también  proyectos  en  curso  que  investigan  nuevas  fórmulas  de  especial  interés  para  misiones  de  larga  duración.  Por  eso,  en  algunos casos, los residuos contemplan diferentes sistemas de gestión.  [S:  storage  (almacenar)  /  W:  waste  (basura)  /  C:  clean  (limpiar)  /  R:  recycle  (reciclar)]  Objectos 

 

Post‐ uso 

 

 

   

 


Ropa 

 

Restos de  comida 

 

Envases 

 

Agua sucia 

 

 

 

Los astronautas no pueden llevar  mucha ropa porque si la cambiaran  todos los días sería mucho peso.  Además, en el espacio, la ropa no se  lava porque el agua escasea. No hay  lavadoras y para aprovechar al  máximo la ropa las prendas están  hechas de materiales especiales que  permiten vestirlas durante varios  días seguidos. Por ejemplo, los  calcetines de deporte se cambian una  vez por semana y las camisas una vez  al mes. Una vez usadas, se  comprimen y almacenan en cápsulas,  que después se lanzan fuera de la  nave como basura espacial.  El peso es un aspecto limitante en  una misión tripulada a Marte. El  mínimo diario para un individuo es  de 1kg de oxígeno, 1kg de alimentos y  3kg de agua, lo que hace inviable la  una larga expedición de varias  personas.  Para solucionar el problema del  tonelaje, el proyecto MELiSSA  pretende crear un ecosistema  artificial capaz de generar oxígeno,  agua y alimentos vegetales a partir  del reciclaje de los residuos orgánicos  (orina, heces y CO2) producidos por  la tripulación por bacterias no  consumidoras de oxígeno.  Las botellas de agua, los envases de la  comida, las bolsas de papel, de  aluminio o la cinta adhesiva, así como  los restos de ropa,  se comprimen en  discos de unos 20 centímetros de  ancho para reducir espacio que  ocupan en la nave.  El agua sucia de forma típica es  expulsada al exterior. Ahora existe un  sistema que convierte en agua pura y  potable el 93% del total de agua  usada. Cada astronauta debe  responsabilizarse de no desperdiciar  agua y capturar toda la que usan. Esto  incluye el sudor producido en  momentos de ejercicio, el agua para  lavarse y la orina. 

   

 

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El aire que se  respira  (dióxodo de  carbono y  metano) 

 

Orina 

  W 

Heces 

 

 

El aire, que en un inicio es limpio,  poco a poco, se va llenando de gases  tóxicos producto de la digestión  (metano) y la respiración (CO2).  Éstos se eliminan por distintos  sistemas de filtración y los absorben.  El dispositivo para orinar es una  manguera que aspira la orina y la  acumula en un depósito. Cuando está  lleno (cada tres o cuatro días), se  lanza fuera de la nave como basura  espacial. Actualmente, se están  diseñando dispositivos para el  reciclado de la orina y conversión en  agua, lo que permitiría ahorrar  recursos hídricos y evitaría generar  residuos.  Los sólidos son procesados por el  retrete, desecados y almacenados  para ser desechados por las naves de  abastecimiento. El astronauta se  sienta en una silla‐retrete  relativamente común haciendo  presión hacia abajo para conseguir la  "estanqueidad" entre las nalgas y el  asiento. Lo que sigue es bien  conocido. Las deposiciones son luego  succionadas a un tambor rotativo.  Después el cilindro es expuesto al  espacio, donde la deposición se seca y  congela inmediatamente y se  convierte en un objeto inerte. 

  Propuesta de actividad  Alguos  residus  que  se  generan  en  la  nave  se  pueden  gestionar  de  diferentes  maneras, aunque en algunos casos los sistemas sean todavía un proyecto. De modo  complementario se propone que el alumnado investigue el estado de la cuestión y  qué sistemas serían viables en una misión a Marte.   

Fase 3. Aterrizaje  En la tercera fase de la misión el alumnado conocerá la geografía y las  condiciones  climáticas  del  planeta,  decidirá  el  carácter  colonitzador  o  explorador de la misión científica y calculará su peso en Marte. Al pisar  la superficie marciana se dará por concluida la misión. 

 

   

 

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3.1 Lugar de a­marte­rrizaje 

Se  propone  al  alumnado  que  escoja  un  lugar  para  aterrizar  en  la  superfície marciana. La idea es que conozcan las características básicas  de la geografía, condiciones climáticas y el interés científico que puede  plantear  aterrizar  en  los  polos  o  cerca  del  ecuador,  ya  sea  en    el  hemisferio sur o norte. Por eso, culaquier respuesta será correcta.   • Los polos 

  Las  regiones  polares  de  Marte  tienen  interés  científico  especialmente  para  especular  sobre  la  posibilidad  que  exista  o  haya  existido  vida  en  el  planeta.  Los  polos son muy parecidos a los de la Tierra, son los lugares más fríos en el planeta,  con  temperaturas  heladas  de  hasta  ‐143°  C.  Estan  hechos  básicamente  de  agua  helada,  aunque  también  tienen  hielo  ‘seco’  hecho  de  dióxido  de  carbono.  Los  casquetes glaciales se hacen más grandes y más pequeños de acuerdo al cambio de  estaciones en Marte.  • El hemisferio sur 

  La  superfície  de  Marte,  caracterizada  por  el  color  rojizo  que  le  proporciona  el  basalto  volcánico  con  alto  contenido  en  óxidos  de  hierro,  presenta  unos  rasgos  geográficos bien diferentes en los dos hemisferios. En el hemisferi sur, predomina  el  terreno  sobreelevado,  antiguo  y  escarpado  con  muchos  cráteres.  Destaca  la  montaña Olimpo, con cerca de 25km de altura, considerado el volcan más alto del  Sistema solar. La temperatura de cerca del ecuador puede oscilar en verano entre  los ‐20 y los ‐80 °C. 

 

   

 

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• El hemisferi norte  La  superfície  de  Marte,  caracterizada  por  el  color  rojizo  que  le  proporciona  el  basalto  volcánico  con  alto  contenido  en  óxidos  de  hierro,  presenta  unos  rasgos  geográficos  bien  diferentes  en  los  dos  hemisferios.  En  el  hemisferio  norte,  el  terreno es más joven, abundan las llanuras alisadas por las coladas de lava, que son  barridas por el viento, con menores elevaciones y con una historia más compleja. 

3.2 Marte habitable  Hacer  habitable  Marte  comportaría,  entre  otras  medidas,  la  colonización  del  planeta  con  organismos  vivos  que  ayuden  a  transformar la atmósfera del planeta y hacerla más parecida a la de la  Tierra.  Se  propone  al  alumnado  que  seleccione  las  especies  que  se  llevaría  a  Marte.  No  hay  una  única  respuesta  válida  porque  se  quiere  transmitir la idea de que este tipo de misiones son complejas,  no sólo  plantean retos tecnológicos sino también éticos, personales o sociales.   3.2.1 Colonizar Marte  Hacer  habitable  Marte  implicaría,  primero  de  todo,  una  serie  de  medidas  tecnológicas  destinadas  a  aumentar  el  grueso  de  la  débil  atmósfera  de  CO2  del  planeta.  Eso  comportaría  llevar  a  cabo  importantes  intervenciones  tecnológicas,  como poner unos espejos reflectores u oscurecer los polos, para aumentar el efecto  invernadero.  En una fase posterior, se podría recorrer a la introducción de organismos vivos que  pudieran  transformar  de  manera  ‘natural’  la  composición  química  de  Marte,  tal  como passó hace millares de millones de años en la Tierra, y hacerla más similar a  la Tierra. Por eso, se propone al alumnado que seleccione los organismos vivos que  podrían ayudar a hacer más habitable Marte. Y si la idea pretende imitar el proceso  que  se  produjo  en  la  Tierra,  se  puede  suponer  que  la  colonización  seguiria  una  evolución  ‘lógica’  de  introducción  de  los  organismos:  primero,  bacterias  y  otros  microorganismos; después, algas y plantas y, finalmente, animales y personas.  • Microorganismos endolitos y extremófilos 

 

   

 


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Algunas  teorías  suponen  que  el  interior  de  rocas  y  minerales  podrían  ser  refugios potenciales para comunidades microbianas extraterrestres. Por eso, se  estudian los organismos endolitos terrestres (que viven en el interior de rocas,  corales,  exoesqueletos)  como  posibles  sobrevivientes  en  territorio  marciano.  Muchos  de  ellos  son  extremófilos,  es  decir,  viven  en  condiciones  ambientales  extremas (de salinidad, de temperatura, de pH). En el Río Tinto de Huelva, por  ejemplo, que es famoso por sus aguas rojas debido a un pH muy ácido, de 2.2,  con  un  alto  contenido  de  metales  pesados  y  muy  poco  oxigeno,  existe  gran  biodiversidad de microorganismos que viven entre los metales pesados y que  no dependen del oxigeno. Se cree que estos organismos podrían vivir en Marte.   • Plantas 

  La posibilidad de cultivar alimentos y de desarrollar algún tipo de agricultura  sería  imprescindible  para  mantener,  algún  día,  a  poblaciones  humanas  en  Marte. Sin embargo, el pH del suelo así como las bajas temperaturas del planeta  impiden  que,  en  una  primera  fase,  puedan  sobrevivir  fuera  de  un  ambiente  artificial.  Las  plantas  podrían  introducirse  en  una  segunda  fase,  cuando  las  condiciones  se  hubieran  suavizado,  y  contribuirían  a  oxigenar  la  atmosfera  y,  con el tiempo, ayudarían a crear una rudimentaria pero efectiva capa de ozono,  protectora  contra  la  radiación  del  sol.  También  existen  propuestas  que  cuestionan  que  el  suelo  sea  realmente  una  condición  necesaria  para  la  agricultura, como sería la posibilidad de establecer cultivos aeropónicos.  • Animal de compañía 

 

   

 


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  Para  que  el  planeta  sea  habitable  para  animales  y  humanos,  se  debería  conseguir  que  su  atmósfera  sea  más  parecida  a  la  terrestre,  la  cual  está  compuesta primariamente por nitrógeno (78%), oxígeno ( 21%) y menos de un  1%  de  dióxido  de  carbono.  Se  calcula  que  el  proceso  completo  de  ‘terraformación’,  o  de  completa  habitabilidad  en  Marte,  podría  llevar  100.000  años. Hasta entonces, los animales y las personas para sobrevivir en el planeta  rojo  deberán  ir  equipados  con  trajes  especiales  y  naves  que  les  aseguren  las  condiciones ambientales.  • Amig@ íntim@ 

  Vuestra  misión  a  Marte  será  de  como  mínimo  dos  años.  Lo  que  significa  que  durante este largo tiempo no podréis estar en contacto presencial con vuestros  familiares,  amigos  y  conocidos.  Si  habéis  seleccionado  esta  opción,  quizás  deberíais  replantearos  si  podréis soportar  la larga  estancia  interplanetaria  en  convivencia con unos compañeros que pueden ser afines a vosotros, o no.  • Ninguna especie terrestre en Marte 

  No  todo  el  mundo  en  el  ámbito  científico  y  social  es  partidario  de  la  colonización humana de otros planetas o satélites naturales. Si consideráis que  no sería ético llevar especies terrestres a Marte porque podrían interferir con  la  vida  marciana  (no  demostrada  pero  tampoco  desmentida),  vuestra  misión  debería tener un carácter exploratorio, no colonizador.   

   

 


3.3 Peso en Marte 

Se  propone  al  alumnado  que  calcule  el  peso  del  astronauta  una  vez  ponen  los  pies  sobre  la  superfície  de  Marte.  Se  trata  de  un  ejercicio  práctico  en  el  que  los  alumnos  pueden  aplicar  los  conocimientos  de  física  adquiridos  a  un  caso  concreto  que  tiene  interés  para  la  misión  espacial.  Datos iniciales:  Gravedad de Marte: gM= 3,711 m/s  Peso astronauta Tierra: 490,5 N  Masa corporal en la Tierra: 50 kg  Masa corporal en Marte: 42,5 kg  Ecuaciones: p= m gM [Respuesta]: 157,71 N 

Ya habéis puesto los pies en tierras marcianas. Damos por concluida la  misión. Esperamos que hayáis aprendido sobre Marte, el espacio y que  lo hayáis pasado bien.  ¡Hasta 

la 

 

próxima!

   

 

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Enlaces  Types of rockets 

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http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_orbital_launch_systems Mars Exploration Programa de la NASA  http://mars.jpl.nasa.gov/ Mars Exploration Rovers  http://marsrovers.nasa.gov/home/index.html Cómo viajar a Marte. Blog de Daniel Marín:  http://danielmarin.blogspot.com.es/2011/10/como‐viajar‐marte.html How to go to Mars  http://www.physics.ohio‐ state.edu/~kagan/phy596/Articles/IonPropulsion/HowtogoToMars.pdf Race to Mars. Discovery Channel:  http://www.racetomars.ca/mars/ Space Food and Nutrition:  virtualastronaut.tietronix.com/teacherportal/pdfs/Space.Food.and.Nutrition.pdf Alimento espacial. Wikipedia:  http://es.wikipedia.org/wiki/Alimento_espacial Programa Melissa. Agencia Espacial Europea:  http://ecls.esa.int/ecls/?p=melissa Marte verde. Terraformación:  http://www.users.globalnet.co.uk/~mfogg/Marte_Verde.htm  

 

   

 


Misión a Marte (TalentLab, CSIC)