Ventana al Espacio (CXVI)

La galaxia NGC 2336, desde Astrosat

Qué esperar de InSight

Falta una semana para el aterrizaje de InSight en Marte, y es momento de hablar un poco más de la forma de llegar, y de lo que hará cuando lo haga. Ante todo, queremos decir que la misión no es la más excitante de las enviadas a la superficie del planeta rojo. A diferencia de Mars Pathfinder y Sojourner, los MER, Curiosity, e incluso Phoenix, han sido, y son, misiones apasionantes. Por su parte, InSight será una misión de sentarse, y esperar. Lo dijimos en su día, y lo repetimos, no es una misión muy arriesgada, pero aunque sus objetivos llevan buscándose varias décadas, hasta que se consigan se tardará tiempo. Pero primero debe llegar.

Por ser lanzado el primer día de la ventana de lanzamiento, el 5 de mayo, la ruta a Marte le llevará en total 205 días, y a lo largo de la ruta, la sonda ha realizado hasta cuatro maniobras de corrección de rumbo, y aún existe la posibilidad de hacer más para apuntar con mayor precisión en su zona de aterrizaje. La ruta ha sido tranquila, con las actividades normales: chequeos de salud, mediciones de navegación, comprobación de los distintos instrumentos… El día 26, todo quedará listo. Todo el proceso de entrada, descenso y aterrizaje será realizado a partir de una secuencia de eventos cargada en el ordenador. Lo primero es calentar el sistema de propulsión de los motores de descenso del lander, casi una hora antes del inicio de la maniobra. Unos siete minutos antes de la entrada atmosférica, toca la separación de la etapa de crucero. Desde ese momento, InSight funcionará únicamente con las baterías. Las comunicaciones pasarán de la antena de media ganancia de la etapa de crucero a una enrollada en la parte superior de la aerovaina, transmitiendo en banda UHF. Posteriormente, toca maniobrar, usando los propulsores a través de la aerovaina, para colocar en posición el escudo de reentrada. Un ángulo demasiado plano, y la sonda rebotará en la atmósfera. Un ángulo demasiado agudo, y se incinerará. Tras la recolocación, comenzará activamente la transmisión de telemetría comunicando los eventos de la secuencia de descenso. Principalmente, será MRO y su relé Electra quien recibirá toda la información, pero también

estarán los Cubesats MarCO. En caso de necesidad, varios radiotelescopios terrestres (Green Bank en Virgina Occidental, Effelsberg en Alemania, Cerdeña en Italia) podrán recibir las señales transmitidas durante el descenso. El primer contacto atmosférico se producirá a unos 125 km. de altitud, comenzando la fase principal de frenado atmosférico, eliminando la inmensa mayoría de la velocidad con la que llegaba. Durante esta fase, InSight realizará varias maniobras de entrada guiada, similar a la ejecutada por Curiosity, para mejorar la precisión hacia el centro de su zona de aterrizaje, y “surfear” por la atmósfera, evitando demasiado calor por la fricción. Aún así, el escudo de reentrada podrá llegar a temperaturas de hasta 1500 grados, y soportará deceleraciones de hasta 9 g. Tras atravesar lo más peligroso de la entrada, ya viajando dentro de la atmósfera, las capas cada vez más densas van eliminando todavía más velocidad y, cuando sus acelerómetros detecten que la velocidad ha caído por debajo del umbral prefijado, se disparará el paracaídas, a una altitud de unos 13 km de la superficie. Al tiempo, el altímetro radar se activará, al tiempo que una batería auxiliar para proporcionar energía extra. Tras la separación del escudo de reentrada, ya innecesario, el altímetro empezará a calcular la distancia de la sonda hacia el suelo, al tiempo que las patas del tren de aterrizaje se despliegan. Cuando el radar detecte una distancia al suelo de 1.2 km, y la velocidad haya descendido por debajo de los 60 metros por segundo, llega la separación final, con el lander cayendo brevemente antes de encender los 12 motores de descenso, pero

usando al mismo tiempo los propulsores laterales para desviarse de la ya vacía aerovaina y paracaídas. Tras esta separación, las comunicaciones pasan directamente a la antena UHF del lander, evitando perder datos valiosos. Este momento del descenso se usará para la reorientación final del lander, para posarse en la posición óptima para su misión científica. Con el descenso controlado establemente por los motores, la distancia al suelo disminuirá gradualmente hasta que, al final, sensores de contacto situados en las patas detectarán el contacto con el suelo, lo que provocará el comando que ordena el

apagado de los motores. Al disponer de amortiguadores, las patas ablandarán este último descenso. InSight habrá aterrizado, reposando sobre sus tres patas. En la zona de aterrizaje, serán las dos de la tarde, hora local marciana, y la fase más peligrosa habrá concluido.

El primer día marciano, o Sol, de estancia de InSight está marcado como Sol 0. Nada más contactar con la superficie, lo primordial es transmitir la señal de que ha llegado, que podrá llegar directamente a través de MarCO, de los radiotelescopios terrestres, o varios minutos después, de Mars Odyssey, que pasará sobre Elysium Planitia en ese momento. Para que MRO transmita todo lo recibido habrá que esperar una hora hasta que su órbita le lleve a volver a estar en contacto con las antenas terrestres de la red DSN. En superficie, el recién llegado empezará vaciando todo el combustible que quede (si es que queda), y se dispararán los dispositivos pirotécnicos que mantienen bloqueados los distintos apéndices. Sus paneles solares no se desplegarán hasta pasados 25 minutos, para permitir que el polvo levantado por los motores de descenso se vuelva a asentar. Las primeras imágenes se tomarán también en este primer sol, probablemente de la cámara de contexto colocada bajo la plataforma, enseñando por primera vez el área de aterrizaje, y de trabajo. Tras esto, el lander se apagará para dormir y permitir que los paneles solares recarguen la batería. En Tierra, los ingenieros habrán recibido los primeros indicadores de telemetría que indican el estado del vehículo antes de ir a dormir. Para el Sol 1, comienza lo importante.

La primera semana de InSight en Elysium la pasará entre chequeos de salud y puesta a punto de los distintos sistemas. También en estos días se empezarán a tomar los primeros datos, preliminares, con los sensores auxiliares, para comprobar la meteorología, la temperatura, y demás. Como comunicamos en su momento, la orientación será muy importante: el área de trabajo estará en el lado sur del lander, para evitar en todo momento sobras provocadas por el propio vehículo. Los paneles solares se extenderán en las direcciones este y oeste, las mismas de las dos antenas de media ganancia tipo cuerno del sistema RISE. La

clave de las actividades posteriores es la comprobación del brazo robot. Con casi dos metros de largo, posee juntas de hombro, codo y muñeca, movidos por cuatro motores, proporcionándole una libertad de movimientos de cuatro grados. Como este será el principal método de ubicar los instrumentos en el suelo, saber que funciona correctamente es vital. También porque porta la otra cámara. Con el brazo extendido, será posible tomar imágenes de la zona de trabajo, con las que acabar componiendo una representación tridimensional de ella, que será duplicada en la caja de arena del JPL, en la que se ha instalado una réplica casi exacta. Es posible que se tarden unas dos semanas en escoger las zonas en las que colocar los instrumentos SEIS y HP³, y al tener una pala, el brazo robot podrá trabajar en la zona para prepararla en anticipación al despliegue de los instrumentos. En caso de haber rocas, podrá quitarlas de en medio, y también aplanar la zona moviendo la tierra. Su pala, como la de Phoenix, es capaz de acumular hasta 500 gramos de material en su interior. Con el terreno preparado, tocará el traslado.

El proceso de colocar la instrumentación en el suelo marciano, algo nunca antes intentado en otro planeta, será lento por necesidad. En el brazo robot hay una agarradera de cinco puntas, y sobre cada elemento a descender una especie de bola en la que la agarradera debe asentarse. Como durante el lanzamiento, crucero y proceso de aterrizaje, los elementos a situar en la superficie han estado fijados a la plataforma, hay que liberarlos. Después, la agarradera será situada en posición, y fijada al extremo del instrumento. Ya firmemente sujeto, el brazo levantará, lentamente, el hardware, y lentamente también, se desplazará hacia la zona escogida en la que colocarlo, y una vez en vertical sobre el lugar elegido, lo bajará hasta que entre en contacto con la superficie. La liberación, por seguridad máxima, se realizará únicamente por comando

enviado directamente desde tierra, evitando con ello cualquier liberación accidental que pudiera suponer un riesgo. En caso de no estar firmemente asentados, o estar en una zona demasiado inclinada (más de 15º es inaceptable), podrán ser trasladados a otra zona mejor. Todo el proceso será registrado usando la cámara del brazo, y los momentos finales, también por la cámara de contexto. El primero de los aparatos a depositar en el suelo marciano será el sismómetro SEIS, y el proceso durará varios soles, permitiendo al equipo en tierra verificar todo el procedimiento. Hay una restricción, y es que no se puede volver atrás, los cables de conexión de energía y datos entre el lander y los instrumentos no pueden volver a retraerse. Cuando SEIS ya repose en el suelo, lo primero que actuará será en sistema de nivelado, para posicionar el aparato de la manera óptima para detectar todo movimiento sísmico de la manera óptima. Los primeros soles de SEIS en el suelo se usarán para validar el sistema y comprobar que todo está en su sitio, antes de instalar su Escudo de Viento y Termal, que será depositado sobre él también de manera cuidadosa usando el brazo robot. Cuando esta estructura en forma de domo esté sobre SEIS, los faldones que le cubrirán, realizados también con mantas multicapa, se extenderán hasta llegar al suelo, protegiendo al aparato de toda influencia externa. Entonces, llegará el momento para HP³. Tras ser depositado en el suelo (siguiendo el mismo procedimiento lento y cuidadoso) tocará enterrarse. Su punta perforante, el Mole, tiene en su interior un mecanismo de autoamartillado, que le permite enterrarse

lentamente, avanzando pocos milímetros con cada golpe. El mecanismo utiliza un motor, enganchado a una caja de cambios, que comprime lentamente un resorte, que se libera rápidamente, generando el golpe que permite su enterramiento, y así una y otra vez. Junto con esto, cuenta con sensores de inclinación, sensores de temperatura y calentadores. El proceso de enterramiento durará varias semanas, siguiendo un proceso de toda una serie de golpes (lo suficiente como para descender 15 centímetros), para parar un par de días para que se disipe el calor y hacer pequeñas mediciones, para después continuar. El Mole irá tirando de un cable que tiene acoplados 14 sensores de temperatura, pero no están colocados a distancias regulares, de hecho, cuanto más lejos del Mole, más separados están. Tiene cable suficiente como para alcanzar los 5 metros de profundidad, aunque la mínima será de 3. En caso de que el suelo sea demasiado duro, se quedará a la mínima, si no, podrá continuar. En cuanto a RISE, el sistema de radio ciencia podrá actuar el primero, con sus emisiones directas comenzando tan pronto como el último día de la primera semana de estancia marciana.

Cuando acabe el proceso de colocación de los instrumentos, y su puesta a punto, que puede alargarse hasta los 60 soles, comenzará la fase verdaderamente científica de la misión. Si los dos primeros meses han estado dominados por una gran actividad, con comandos cada día para ir situando todo en su sitio, la fase verdaderamente científica es, como hemos dicho, de sentarse, y esperar. Como SEIS y HP³ son instrumentos que funcionan de forma autónoma, los comandos para la sonda serán los mínimos imprescindibles, una carga por semana, como mucho. La tarea primaria, de un año marciano, y 40 soles adicionales, de duración, estará llena de actividades mínimas, contactando con la sonda para comprobar que todo anda bien, y para descargar los datos acumulados. Pero hay que recordar que SEIS, HP³ y RISE no son los únicos instrumentos que hay a bordo. También está la APSS, es decir, sus sensores meteorológicos, su sensor de presión, su magnetómetro y su radiómetro, sin olvidarnos de las cámaras. Las

cámaras serán usadas intensamente durante la fase inicial de la misión, pero cuando todo este proceso haya acabado, podrán ser usadas para otras cosas. El primer uso, más allá del de escoger lugares en los que situar los instrumentos, será el de la caracterización de la zona de aterrizaje. El lugar escogido en Elysium Planitia será plano por necesidad, con una alta inercia termal delatando gran cantidad de talco marciano y con pocas rocas, además de estar alejado lo máximo posible de zonas de alto relieve. El paisaje, por lo tanto, será más o menos como el encontrado en los cráteres Gusev y Gale, aunque en la zona central existen abundantes cráteres de pequeño tamaño que podrían resaltar en las imágenes. Sobre todo la cámara del brazo, llamada IDC (la Cámara de Despliegue de Instrumentos), al ser elevada por el brazo robot, permitirá obtener imágenes para componer una visión global a su alrededor. Esto permitirá conocer la geografía de la zona, importante para estudiar el cómo de la formación de esta localización en concreto. En menor medida, las dos cámaras podrán estudiar también la geología de la zona. Las dos cámaras son dispositivos a color, con filtros Bayer que permiten juntar la información de las longitudes de onda azul, verde y roja para tener una secuencia tal y como la veríamos con nuestros propios ojos. Aunque carecen de otros filtros que puedan discriminar distintos tipos de minerales, aún podrán hacer una identificación limitada de la composición de la superficie, simplemente viendo la variación de color del material a su alrededor. El resto de sistemas tiene un doble propósito. Por un lado, generan resultados sobre las condiciones ambientales, útil para el estudio general de Marte, pero también están montados para auxiliar a los datos que recojan SEIS y HP³. La meteorología del lugar la monitorizarán los sensores TWINS y el sensor de presión. Ya hemos dicho que TWINS está formado por hardware de

repuesto del desarrollado para el sistema REMS de Curiosity, por lo que proporcionarán no solo información de temperatura, también de la velocidad y la dirección del viento. Ambos sensores se sitúan sobre pequeños pedestales, por lo que son, olvidándonos del brazo, los elementos a mayor altitud sobre el suelo, más de un metro por encima, dándoles un campo de visión claro. Por su parte, el sensor de presión permitirá estudiar su variación con el paso de los días, las semanas, las estaciones, y los años. No varía demasiado con respecto a los que ya llegaron al planeta, pero el de InSight es un sensor de alta resolución, hasta 10 veces más que todo lo enviado. Ya se sabe que la presión atmosférica en Marte puede llegar a variar hasta un 25% del verano al invierno, pero este aparato permitirá ver, con mayor precisión, la variación de presión a lo largo de los días y las horas. Los estudios meteorológicos también se beneficiarán del uso de las cámaras. La cámara de contexto ICC, al apuntar directa y continuamente al área de trabajo, estará idealmente situada para, con el tiempo, ver el movimiento de la arena y cómo se va depositando sobre los dos instrumentos. E caso de existir dunas, las imágenes de la IDC de un mismo punto en las proximidades del lander con días o semanas de margen puede mostrar el movimiento de estas dunas. La IDC también puede ser movida de tal modo que mire hacia el cielo, para poder ver, en caso de aparecer las nubes en movimiento sobre él, así como la observación de la opacidad atmosférica, es decir, la cantidad de polvo en suspensión. En misiones anteriores, una de las formas era usar un filtro especial que permite a las cámaras mirar directamente al Sol. Creemos que InSight carece de él, pero hay otros modos, como mirar hacia el horizonte. Esta medición de opacidad es interesante porque el planeta acaba de salir de un evento de polvo global, el más intenso desde el 2001. Pero ya lo hemos dicho, estos sensores tienen un segundo propósito. SEIS es un aparato sumamente sensible, siendo capaz de detectar movimientos sísmicos más pequeños que el diámetro de un átomo. Para ello, no solo sus sensores están dentro de un contenedor de vacío, también pueden estar afectados por lo que ocurra a su alrededor. Esa es la razón del escudo que se colocará sobre él, pero el viento también proporcionará una señal indeseada que deberá ser conocida para poder ser retirada cuando los datos se empiecen a procesar. Por ello, conocer la velocidad y la dirección del tiempo, así como la variación de temperatura y presión diurna, ayudará a limpiar los datos. Otra fuente de interferencia sobre SEIS es el de la señal magnética. Elysium es una de las zonas más magnéticas del planeta, descubierto por Mars Global Surveyor, y esta señal puede interferir en los muy sensibles sensores del sismómetro. Para ello, con la intención de conocer la intensidad y la dirección de las señales magnéticas, incorpora el IFG, un

magnetómetro clásico de núcleo saturado triaxial, el primero enviado a la superficie marciana. Poder caracterizar el entorno magnético alrededor de la sonda ayudará también a eliminar esta señal indeseada de los datos de SEIS durante el procesado. Este sensor, muy sensible, supone también una oportunidad para la ciencia, ya que su posición en superficie permitirá obtener datos sobre la variación diaria y temporal de los campos magnéticos fósiles que pueblan esta región marciana. En cuanto al radiómetro, se asocia con HP³, y es en esencia una prolongación del aparato que obtendrá información de la temperatura de la superficie, datos que complementarán los que se recojan bajo el suelo. El radiómetro está situado en el lado norte, por lo que podrá ver no solo cómo varía la temperatura entre el día y la noche, también como influye la sombra de la plataforma en la forma de absorber o liberar el calor solar por parte del suelo. El radiómetro

tiene dos lados, con tres sensores idénticos, registrando las mismas longitudes de onda en el infrarrojo termal. Junto con la misión de apoyo a su aparato, este radiómetro tiene objetivos propios para ver cómo esta superficie, seguramente arenosa, retiene calor durante el día y lo expulsa durante la noche, información sin duda que permitirá conocer también, en cierta medida, el tipo de material que lo conforma. No lo hemos visto en ningún lado, pero como el brazo robot posee una pala, también podría existir la posibilidad de que se hagan experimentos de mecánica del suelo. Con la pala situada en el suelo, y empezando a arrastrarla, se puede conocer el estado del suelo: si el polvo está agregado o suelto, más blando o más duro, al tiempo que podría permitir escavar tal y como lo hizo Phoenix, para ver las capas del suelo, comprobando si se encuentran estratificadas o no, y ver qué hay debajo del nivel del suelo. Como toda misión, existe la posibilidad de extensión de misión una vez terminada la tarea primaria, y en este caso resultaría beneficioso para sus instrumentos principales, ya que con estas investigaciones, cuanta más información, más precisión.

La tarea de los aparatos primarios permitirá conocer distintas cosas. SEIS, como todo sismómetro, estudiará el interior del planeta partiendo de las ondas sísmicas y cómo se propagan, para descubrir las distintas capas que existen bajo el suelo, que permiten o evitan su extensión. El método principal será la detección de terremotos marcianos, eventos sísmicos internos, aunque se cree que no sean demasiado intensos, con temblores que pueden llegar, como mucho, a 6 grados en escala terrestre. También tendrá otro método, externo, para estudiar el interior. Como han demostrado los orbitadores, Marte todavía es bombardeado por meteoritos, y cuando éstos impactan, también generan ondas sísmicas, que SEIS podrá captar y registrar. Lo ideal sería tener un segundo sismómetro, situado en el otro extremo de Marte, pero las limitaciones de presupuesto solo han permitido uno. HP³ será como una suerte de termómetro que permitirá saber cuánto calor queda en el interior del planeta, y cómo

este calor se escapa. La razón principal del estado actual de Marte es precisamente la pérdida del calor interno. Cuando el campo magnético se apagó, la dinamo planetaria desapareció, y el núcleo se empezó a enfriar. Saber cuánto calor despide actualmente Marte permitirá saber cuánto ha perdido hasta la fecha. Y finalmente RISE ayudará a establecer la estructura interna del planeta. Ya se sabe cómo es, más o menos, por dentro, gracias a Mars Pathfinder, pero los datos de RISE, a lo largo de un año marciano (o más si continua) añadirán precisión al conjunto de datos. Como se recordará, el núcleo terrestre comprende el 54% del diámetro total de la Tierra, en Marte, está entre un 40% y un 60%. RISE ayudará a reducir ese margen de forma notable. Pero para conseguir estos datos, habrá que esperar.