A medida que exploramos más y más en el sistema solar, los proyectos espaciales se enfrentan a un desafío de ingeniería: cómo aterrizar en otro planeta. La mayoría de las misiones actuales se lanzan utilizando un cohete que lleva una nave al espacio y luego la despliega. La nave espacial viajará a su destino, como Marte, antes de dejar hardware como una sonda o un rover que viaje a través de la atmósfera y aterrice en la superficie del planeta.
Eso es difícil de hacer, pero las agencias espaciales están mejorando, especialmente cuando se trata de lugares como Marte, donde hemos estado enviando módulos de aterrizaje durante décadas. Los sistemas de aterrizaje modernos utilizan una combinación de técnicas como paracaídas y propulsores para controlar un aterrizaje y asegurarse de que el hardware aterrice de manera segura y no tan rápido como para causar daños.
Pero las herramientas que enviamos al sistema solar son cada vez más grandes, pesadas y complejas. El primer rover de Marte, por ejemplo, lanzado en 1996 y llamado Sojourner, tenía aproximadamente el tamaño de un microondas. Los rovers modernos de Marte como Curiosity y Perseverance, que actualmente están explorando Marte, tienen aproximadamente el tamaño de un automóvil pequeño.
Todo ese peso requiere propulsores de aterrizaje más potentes para que los rovers no se estrellen directamente contra el planeta. Pero la forma en que funcionan los propulsores puede verse complicada por factores como la composición de la atmósfera, la cantidad de polvo presente y la superficie a la que se acercan.
Modelado de penachos de cohetes
Para ayudar a comprender esto, los científicos han creado un modelo computacional de cómo el material similar a una llama que sale de la parte trasera de un cohete, llamado penacho de cohete, interactúa con la superficie de un planeta u otro cuerpo. Como está caliente y envía material a altas velocidades, este penacho arroja material de la superficie del planeta. Esto puede crear nubes de polvo y escombros que podrían dañar un cohete cuando intenta aterrizar.
«Comprender la interacción entre la columna del cohete y la superficie es importante para la seguridad y el éxito de las misiones espaciales en términos de contaminación y erosión, precisión de aterrizaje, protección planetaria y diseño de ingeniería, así como para la comprensión científica y la exploración futura». explicado Byoung Jae Kim de la Universidad Nacional de Chungnam, el autor principal del estudio, que aparece en la revista Física de Fluidos.
El modelo creado por los investigadores considera factores relacionados con el cohete, como sus motores, así como factores ambientales como la atmósfera y la gravedad del cuerpo sobre el que aterriza, y crea estimaciones del tamaño, la forma, la temperatura y la presión de la columna del cohete que se crearía. También puede estimar cuánto material se desplazaría, lo que significa, esencialmente, cuánto polvo y escombros se arrojarían desde la superficie. Esto ayuda a planificar misiones y a considerar cómo aterrizar cohetes de forma segura y si se necesitaría una plataforma de aterrizaje.
El reto de aterrizar
La forma en que el polvo es arrojado por el aterrizaje de un cohete y los problemas que puede causar no siempre son intuitivos. Por ejemplo, las partículas de polvo más pequeñas en realidad pueden causar más problemas a un cohete que los desechos más grandes.
Esto se debe a que pequeños fragmentos de la superficie marciana, llamados regolito, pueden lanzarse muy alto en el aire y causar efectos llamados apagones, en los que la energía se interrumpe brevemente, lo que puede causar problemas durante el aterrizaje. Cuando se arrojan piezas más grandes, no llegan tan alto y también es menos probable que obstruyan los sistemas eléctricos. Por lo tanto, es importante saber qué penachos de cohetes crean partículas de polvo pequeñas o grandes.
«Los conocimientos obtenidos de este estudio de los efectos de diferentes parámetros en la interacción entre la superficie y la pluma pueden informar el desarrollo de tecnologías de aterrizaje más efectivas y eficientes», dijo Byoung Jae Kim. «El estudio también arroja luz sobre los patrones de socavación festoneados que se pueden observar en las superficies planetarias, lo que puede proporcionar información valiosa para futuras investigaciones científicas de los cuerpos planetarios».