Ventana al Espacio (XLIV)

Marte, 9 de mayo del 2003, desde el Hubble.

Gigantes de la exploración espacial: Mars Pathfinder

A la vez que se construía la sonda que sería el paso intermedio entre la anterior época y el inicio de la exploración sistemática de Marte, a principios de los años 1990 se creó un programa que consistiría en colocar 16 misiones en el suelo marciano entre 1996 y el 2003, en preparación al desembarco tripulado en el planeta rojo. Recibió el nombre de MESUR, o Reconocimiento Ambiental de Marte.

Diseñado para trabajar conjuntamente con Mars Observer, estas 16 sondas de superficie estarían colocadas en Marte de forma que se hiciera una especie de cobertura global de las condiciones planetarias en todos los ámbitos. En esencia, serían sondas idénticas, que estudiarían geología, meteorología, sismografía y buscaría rastros de agua. Para ello, se servirían de un aterrizador junto con un pequeño todoterreno que examinaría la zona de amartizaje con detalle. La primera, llamada MESUR Pathfinder, era el demostrador tecnológico que daría pie al resto de misiones y probaría las tecnologías a usar por el resto de misiones MESUR. Si MESUR Pathfinder tenía éxito, en 1999 llegarían las cuatro primeras, enviadas en un mismo cohete, en el 2001 otras cuatro, y en el 2003 las ocho restantes, mediante dos lanzamientos. La

desaparición de Mars Observer pocos días antes de su llegada a Marte hizo que MESUR fuera cancelado. Sin embargo, la MESUR Pathfinder pudo ser salvada, y se incluyó en el recién creado programa Discovery.

Rebautizada como Mars Pathfinder, continuó su desarrollo como demostrador tecnológico. La base de la misión era poder colocar en el suelo de Marte equipamiento científico de forma "suave". Para ello, fue diseñado todo un método novedoso. Lo importante era comprobar que el sistema era viable, por lo que casi todo el desarrollo fue a parar ahí. El instrumental iba a ser austero. Mars Pathfinder fue diseñada para ser una estructura compacta y cerrada durante la fase de crucero y amartizaje. En el centro estaba la caja de electrónica, con el ordenador de a bordo, las antenas de alta y baja ganancia para comunicación directa con la Tierra, y dos de los experimentos de la misión. Alrededor de esta base central se situaban tres pétalos con los paneles solares en la parte interna. Una vez desplegados poseía forma de tetraedro. Sus dos experimentos eran los siguientes: IMP, o Cámara para Mars Pathfinder, es un sistema de visión estéreo, con dos cámaras situadas en los extremos de una caja, para proporcionar una forma de visión como si fueran ojos humanos. Cada cámara equipa el objetivo, juego de filtros de varias posiciones, y el dispositivo CCD. Gracias a la combinación de los filtros obtenía imágenes a color. Colocada en el final de un mástil desplegable de un metro de altura, era capaz de rotar 360º para tomar imágenes panorámicas del área de aterrizaje. El otro experimento es el ASI/Met o Instrumento de Estructura Atmosférica/paquete Meteorológico, que funcionaría durante el descenso y ya en superficie. En el descenso una serie de acelerómetros tomarán datos de los perfiles de densidad a diversas alturas para una mejor comprensión de la atmósfera para ayudar a las futuras sondas que aterricen allí. La sección de superficie estaba formada por varios sensores de temperatura, presión y de velocidad del viento, para tener lecturas de las condiciones en el área de amartizaje. Un segundo mástil al lado del de la cámara equipa termoacopladores a distintas alturas del mástil, a 25, 50 y 100 centímetros. Los sensores de presión eran versiones mejoradas de los montados en las Viking Lander, y los de velocidad y dirección del viento al final del mástil meteorológico para tomar lecturas claras. La masa una vez en la superficie marciana es de 360 kg. Su período de misión principal estaba programado para 30 soles marcianos.

Una de las novedades de la misión era que llevaría un pequeño vehículo autopropulsado. Fue el empeño de una mujer, Donna Shirley, que diseñó un modelo de todoterreno de pequeñas dimensiones que fuera capaz de recorrer la superficie marciana. Este proyecto fue incluido en MESUR, y cuando Mars Pathfinder pasó al programa Discovery, el todoterreno fue con él. A la vez que se desarrollaba, un concurso fue lanzado por la NASA a las escuelas para que sugirieran nombres de heroínas para nombrar al pequeño "juguete" que caminaría por Marte. Tras un año de concurso, el seleccionado fue Sojourner, en honor de Isabella Baumfree, una abolicionista afroamericana que vivió en la época de la Guerra de Secesión Americana, que luchó por la abolición de la esclavitud, de la que ella misma escapó cuando era jóven, y que posteriormente se hizo llamar Sojourner Truth, un nombre que se ha convertido en un símbolo por esa lucha. El rover Sojourner es un pequeño vehículo, con unas medidas de 65 centímetros de alto, 48 de ancho y 30 de alto, y pesa unos 10'6 kg. Posee una placa solar en la zona superior, y una antena de comunicaciones en uno de los laterales para hablar con su sonda madre. Su velocidad máxima es de un centímetro por segundo, y equipa seis ruedas montadas sobre suspensiones derivadas de los Boogies. Las ruedas miden 13 centímetros de diámetro, fabricadas en aluminio, y cada una posee una serie de puntas que rascarán la superficie de las rocas. Cada rueda es capaz de moverse independientemente de las otras. En él está el instrumento estrella de la misión: el APXS, o espectrómetro de protones Alfa de Rayos X. Diseñado en el instituto Max Planck de Mainz, Alemania, este instrumento que determina, con solo tocarlo, y durante 10 horas, la composición química de todo lo que examine. Montado en la parte trasera de Sojourner, está anclado a un mecanismo que lo extiende y lo retrae, e incluso lo lleva hacia el suelo para que examine el talco marciano. Para su navegación, fueron montadas tres cámaras: dos monocromáticas delante, y una color detrás. Además, equipaba un localizador láser que ayudaría al sistema interno cierto grado de autonomía para moverse por la superficie. Como en las comunicaciones con Marte hay un retardo de 14 minutos, la teledirección es imposible. Se aseguraba su funcionamiento durante una sola semana.

La gran novedad en la misión era el sistema de amartizaje. Para la misión (y futuras misiones ligeras) fue diseñado un inédito sistema de airbags que rodeaban la totalidad de la sonda. Fabricados a base de un material entrelazado llamado Vectran, fueron diseñados para soportar los mayores golpes con la superficie, evitar pinchazos y hacer que rebote por la superficie hasta que la inercia la detiene. Este era el paso final de un complejo sistema de entrada, descenso y aterrizaje bastante cuestionado en el momento de su concepción, pero que si resultaba exitoso, se abría la puerta a misiones similares. Una vez todo el conjunto fue unido (Mars Pathfinder, Sojourner, la aerovaina, el escudo de reentrada y la fase de crucero) y listo para el lanzamiento, pesaba 895 kg.


Su lanzamiento fue realizado el 4 de diciembre de 1996, casi un mes después que su nave hermana orbital, Mars Global Surveyor, dentro de un Delta 2-7925. Lo curioso era que debido a su trayectoria más rápida y más directa, Mars Pathfinder aterrizaría dos meses antes de la llegada de su nave hermana. Otra de las novedades de la misión es que no entraría en órbita, sino que reentraría directamente en su atmósfera. Ya se había proyectado algo así para las Viking (cuando el programa se llamaba todavía Voyager), y era la primera vez que se usaba. Por ello, el principal sistema de frenado era el rozamiento atmosférico. En cuanto a la fecha de su amartizaje, no era especialmente novedosa, ya que, tras el chasco de 1976 con la Viking 1, se fijó para el 4 de julio de 1997. Para desquitarse, vamos.

Gracias a las imágenes globales tomadas en los años 1970, se seleccionó el Ares Vallis para su amartizaje. Ares Vallis es uno de los canales desbordados gigantes que nacen en los terrenos caóticos, y se tenía la esperanza de encontrar algo interesante en la región. Finalmente, la fecha se cumplió, y Mars Pathfinder se zambulló en la atmósfera.

La fase de crucero fue expulsada, y el conjunto estaba listo para introducirse en el planeta. Para empezar, el escudo de reentrada cumplió su tarea, reduciendo su velocidad de manera notable. Después, tras unos minutos de caída libre, se abrió el paracaídas, reduciendo su velocidad hasta por debajo de la velocidad del sonido. Después, el escudo de reentrada se soltaba, y Mars Pathfinder, plegada, era descendida de la aerovaina mediante un cable de 20 metros, y a la vez, el radar de descenso se activaba para comprobar la altitud exacta. Una vez a 355 metros de la superficie, unos motores provocaban el inflado de los airbags en milisegundos. A 98 metros del suelo, el ordenador de a bordo disparó los retrocohetes instalados dentro de la aerovaina. Este era el único sistema propulsor de la fase de descenso, y cargaban apenas 100 kg. de combustible. Así, al dispararse, reducía la velocidad de descenso hasta llegar prácticamente a 0 m/s. a una altura aproximada de 20 metros. Así, se mantenía unos segundos hasta que el cable se rompe, y Mars Pathfinder toma contacto con la superficie. Según los sistemas de a bordo, el primer rebote elevó a la sonda hasta 15'2 metros, para realizar otros 15 saltos menores hasta detenerse por inercia. Una vez se detecta que se ha parado, se ordena a los airbags el desinflado, y dependiendo del pétalo sobre el que haya caído, es capaz de reorientar la sonda para que la base se pose en la superficie y completar su apertura. Para acabar, los mástiles meteorológicos y el del IMP se extienden, las antenas se despliegan, y envía la señal de toma de Marte. En total, unos cuatro minutos hasta el amartizaje, y 74 hasta que se encuentra completamente desplegada.

En Ares Vallis, en las coordenadas 19º 30' N, 33º 52' W, en el momento del desembarco de Mars Pathfinder, era de noche, y tras enviar la señal de que se encontraba bien y en la superficie, apagó los sistemas, a la espera de que el Sol de la mañana le proporcione energía para funcionar. Con el sol ya alto sobre el horizonte, Mars Pathfinder envió sus primeros datos y sus primeras postales, las primeras desde la superficie desde 1982. El paisaje era increíble: rocas por doquier, de diversos tamaños y formas. Dos pequeñas cimas (bautizadas Twin Peaks por sus controladores) sobresalían en el horizonte. Sin embargo las imágenes revelaron un problema: los airbags en el pétalo sobre el que estaba fijado el rover Sojourner, estaban mal recogidos, e impedían que las rampas de bajada pudieran ser desplegadas. Además, las comunicaciones entre Pathfinder y Sojourner eran erraticas e ininteligibles, por lo que se pospuso al día siguiente para la solución de sus problemas. Al día siguiente, ambos problemas se solucionaron. Las comunicaciones entre los dos vehículos se estabilizó y se volvió clara, y se recogieron los airbags, mediante la elevación del pétalo y la actuación de los motores para una mejor recogida. Finalmente, al tercer día, Sojurner dio sus primeros pasos por la superficie de Ares Vallis.

Diseñado para apenas una semana, una vez pasados los 30 soles de tarea principal para la que fue diseñada Mars Pathfinder (rebautizada Estación Memorial Carl Sagan, fallecido e 1996), Sojourner (rebautizado como Rocky) seguía alerta y funcionando, habiendo examinado varias rocas del lugar. Por la telemetría de ingeniería enviada, se probó que funcionaría meses, por ello se empezaron a realizar planes a largo plazo para el examen del área de aterrizaje, y se anunció la intención de que viajara una de las Twin Peaks y escalarla. Mientras, comenzó a rodear a su sonda madre, examinando todo tipo de rocas, y entrando en una zona llamada El Jardín de las Rocas, en una de las cuales se atascó.

En cuanto a las operaciones de la propia Pathfinder, se empezaron a lastrarse por algunos problemas informáticos, que impedían las tareas normales en varios momentos. Sin embargo, tomó imágenes de puestas de sol, registró los movimientos del Sojourner, y controló la meteorología del lugar. En septiembre, llegó a la órbita Mars Global Surveyor, y además de comenzar las tareas de modificación orbital, comenzó a ser el relé de comunicaciones de Pathfinder. Sin embargo, la misión empezo a sufrir graves dificultades. Un cambio brusco en el clima de Ares Vallis, básicamente un descenso inesperado de las temperaturas, provocó el fallo de la batería de la sonda. Se empezaron a hacer los ajustes necesarios para que funcionara solo con la energia solar, pero antes de que pudieran terminar las correcciones en el software, el 27 de septiembre de 1997, en el Sol 83 de estancia marciana, el transmisor de Mars Pathfinder se apagó para siempre. Es posible que Sojourner aún estuviera vivo, pero dependía de su nave madre para hablar con el centro de control. Finalmente, el 10 de marzo de 1998 los intentos de comunicación cesaron y la misión se dio por finalizada.

En total, se realizaron 20 análisis de rocas y del suelo de Ares Vallis. A diferencia de lo pensado tras la misión Viking, demostró que la mayoría de las rocas eran andesitas, o lo más parecido a ellas. En el suelo encontraron costras blanquecinas, y los datos sugirieron que eran lo que parecían depositos de sales por evaporación. También detectó rastros de magnetismo en el polvo, causado por la maghemita. En otra roca, pudo observar lo que parecían ser cantos rodados, evidenciando que esa roca era un conglomerado, muestra sin discusión de que se había formado bajo el agua, durante mucho tiempo. En general, el análisis químico realizado acercaba a Marte más a la Tierra de lo que se sabía hasta esa misión. En cuanto a lo enviado por Mars Pathfinder, sus más de 16.000 imágenes evidenciaban una gigantesca corriente de agua tremendamente capaz del transporte de rocas pesadas, cuya mayor evidencia era la gran piedra Yogi. Mirando hacia el Twin Peaks, Ares Vallis circuló de izquierda a derecha. Los captadores magnéticos que llevaba consiguieron atrapar partículas del suelo, demostrando que existían en superficie partículas cargadas. Análisis de sondas posteriores confirmaron este descubrimiento. Y por último, los datos derivados de los análisis de la telemetría desde la superficie, basados en la velocidad de rotación de Marte, y el tiempo que tardaba la señal en viajar hasta la Tierra, añadieron otra semejanza Tierra-Marte, al calcular que el planeta rojo posee un núcleo que posee unas medidas aproximadas de entre 2.000 y 1.300 km. de radio (entre un 60% y un 40% del total), cuando el de la Tierra es de un 54%. Si bien los cálculos no son completos (se necesitan más datos) son parecidos difíciles de negar.

No cabe duda que Mars Pathfinder ha sido un éxito rotundo, y no solo en lo científico. El éxito fue también popular. La antención fue tan bestial que en la primera semana de misión, la página web del proyecto se saturó, con un volumen de visitas nunca visto, más de 100 millones de visitas en ese plazo de tiempo. Sin duda, la sequía desde las Viking propició esa "sed de Marte". Y desde luego, fue todo un triunfo el sistema de amartizaje usado, que posteriormente ha sido usado para colocar en Marte a los no menos exitosos MER.

La conclusión es que fue un grandísimo trabajo... y que a Sojourner le faltó un cepillo.