ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)

1. Contexto Histórico y Objetivos Detallados

El vacío científico que pretendía llenar la misión ExoMars Trace Gas Orbiter comprendía la caracterización precisa de la composición química de la atmósfera marciana, con especial énfasis en la detección y cuantificación de metano y otros gases traza que pudieran constituir indicios de actividad biológica o geológica. Los objetivos primarios se centraron en:

Científicos:

• Detectar y cartografiar con precisión la presencia de metano y otros gases traza en la atmósfera marciana.
• Estudiar la dinámica estacional del vapor de agua y los productos de su fotólisis.
• Caracterizar la distribución espacial y vertical de los componentes atmosféricos menores y aerosoles.
• Mapear la distribución de depósitos ricos en hidrógeno en el subsuelo superficial.

Ingeniería:

• Validar la inserción en órbita areocéntrica y las maniobras de aerofrenado en la atmósfera de Marte.
• Actuar como satélite crítico de retransmisión de datos en banda UHF para las misiones de superficie.
• Demostrar la capacidad de telecomunicaciones interplanetarias de alta velocidad mediante sistemas en banda X.

2. Arquitectura del Vehículo y Subsistemas Principales

La arquitectura del orbitador comprende un cuerpo principal con unas dimensiones de 3.5 x 2 x 2 metros y una masa de lanzamiento total de 4332 kg, de los cuales 3732 kg correspondían al orbitador (incluyendo 112 kg de carga científica) y 577 kg al módulo demostrador de aterrizaje Schiaparelli. Los paneles solares despliegan una envergadura de 17.5 metros de extremo a extremo, generando aproximadamente 2000 W de potencia eléctrica, complementados por dos baterías de ion-litio con una capacidad total de aproximadamente 5100 Wh. El subsistema de comunicaciones incluye una antena de alta ganancia de 2.2 metros de diámetro operando en banda X, tres antenas de baja ganancia, y transceptores UHF Electra aportados por la NASA para el enlace con los vehículos de superficie situados en Marte.

3. Carga Útil e Instrumentación Científica

La carga científica del orbitador está compuesta por cuatro instrumentos principales:

• ACS (Atmospheric Chemistry Suite): Conjunto de tres espectrómetros infrarrojos destinados al estudio detallado de la química y la estructura vertical de la atmósfera marciana.
• CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System): Sistema de cámara de alta resolución para la obtención de imágenes cenitales en color y estéreo, caracterizando los procesos geológicos y morfológicos de la superficie.
• FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector): Detector de neutrones epitales enfocado en mapear la distribución de hidrógeno en el subsuelo superficial hasta una profundidad de un metro.
• NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery): Espectrómetro de alta resolución que opera en los rangos ultravioleta, visible e infrarrojo para la detección y cuantificación sistemática de gases traza atmosféricos.

4. Cronología y Fases de la Misión

La misión despegó el 14 de marzo de 2016 a bordo de un lanzador Proton-M/Briz-M. Tras un crucero interplanetario de siete meses, la sonda llegó a Marte el 19 de octubre de 2016, ejecutando con éxito la inserción orbital y procediendo a la separación del módulo Schiaparelli. A continuación, la nave se sometió a una compleja fase de aerofrenado entre marzo de 2017 y marzo de 2018 para ajustar su órbita final de trabajo. La fase científica formal dio comienzo en abril de 2018 en una órbita areocéntrica circular a una altitud de 400 km y una inclinación de 74 grados, entrando posteriormente en su fase de misión extendida como activo orbital y repetidor de telecomunicaciones.

5. Resultados y Descubrimientos

Entre los resultados más destacados se encuentran el mapeo detallado de la distribución global de vapor de agua y deuterio atmosférico, la caracterización exhaustiva de la dinámica del polvo y de las tormentas globales, así como la obtención de perfiles térmicos y de densidad atmosférica de alta precisión. Asimismo, el detector FREND ha permitido cuantificar con precisión los depósitos ricos en hidrógeno y agua en el subsuelo, mientras que las observaciones espectroscópicas han proporcionado límites ultraprecisos en la concentración de metano, acotando su escasez en comparación con las detecciones previas reportadas desde la superficie.

6. Legado e Importancia

El legado de la misión ExoMars Trace Gas Orbiter radica en haber establecido un nuevo estándar de precisión en la teledetección atmosférica marciana y en haber garantizado la conectividad de datos mediante su infraestructura de retransmisión UHF. Su capacidad para monitorizar de forma continuada los ciclos geoquímicos y atmosféricos consolida su papel como un nodo fundamental en la exploración robótica internacional del planeta rojo.