Ventana al espacio (CXLIV)

 

Descendiendo hacia Marte

-Arriba: Phoenix (25 de mayo del 2008)

-Centro: Curiosity (6 de agosto del 2012)

-Abajo: Perseverance (18 de febrero del 2021)

Volare, volare...

Si los hermanos Wright levantaran la cabeza, sin duda estarían muy orgullosos. Sí, porque, si todo va bien, en unos días podríamos estar ante un nuevo día histórico: el primer vuelo propulsado realizado en otro planeta. Seguro que ya sabéis de lo que hablamos.

Por supuesto, el rover Perseverance llegó a Marte sin problemas, y no desembarcó en el cráter Jezero él solo. Consigo transporta un diminuto vehículo de demostración tecnológica, cuyo objetivo es simple aunque hercúleo: volar por los cielos del planeta rojo.  Esta pequeña misión recuerda a las dos microsondas que volaron a Marte acompañando a InSight, y su objetivo es puramente tecnológico. Más allá de ahí, ya se verá.

La tecnología de los Cubesats se sigue propagando a cada vez mayor velocidad. Ideados, al principio, como un medio barato y simple para educación y pruebas tecnológicas en órbita terrestre, con el tiempo sus capacidades y alcance aumentan.  De sus tareas originales ya se está pasando a misiones puramente científicas, siempre en el entorno terrestre, protegidos por la magnetosfera de nuestro planeta. Ir más allá es un reto, un reto que MarCO completó con éxito, no solo sobreviviendo al viaje, también retransmitiendo en “tiempo real” (si nos olvidamos en el retardo

en las comunicaciones) el descenso de InSight hacia Elysium Planitia. Así, durante la preparación del proyecto Mars 2020, se pensó en otro tipo de experimentos tecnológicos. Lo cierto es que la idea de volar por los tenues cielos de dióxido de carbono marciano es una idea no tan nueva, pero los Cubesats ofrecían la posibilidad de construir un vehículo de prueba diminuto, usando por lo general elementos baratos, para así dedicar el presupuesto para lo importante. El proyecto avanzó, y llegó al gran rover sin ningún problema. Y ahora está allí, esperando su momento.

El vehículo volador es un helicóptero, configuración elegida principalmente por sencillez. Conocido inicialmente como Mars Helicopter, y más recientemente como Ingenuity, su propósito es el de remontar el vuelo. Pero, ¿qué busca la NASA? La idea es simple. Los anteriores rovers marcianos, es decir, Sojourner, Spirit y Opportunity y Curiosity, confiaban en sus cámaras para localizar lugares a los que ir e investigar. En el caso del abuelo de todos los rover, en realidad confiaba en esto en la cámara de Mars Pathfinder, y los demás empleaban y emplean sus cámaras de navegación para observar sus alrededores, y detectar formaciones de interés. El problema es que esta actividad quita tiempo de investigación, que podrían dedicarse a las tareas científicas en vez de estar enfrascados en compilar un retrato del paisaje y sus accidentes. Por eso, ¿y si se pasa esta tarea de reconocimiento a otro vehículo, y aéreo? Esa es la idea tras ingenuity.

Este pequeño helicóptero es diminuto. Para que os hagáis una idea, la caja que alberga casi todo lo principal para funcionar, su “fuselaje”, mide 13.6 x 19.5 x 16.3 cm., y gran parte de su tecnología deriva de la que se usa para fabricar los teléfonos móviles actuales. Uno de los elementos clave de la misión será su batería de ión-litio de seis células, que permitirá al vehículo vuelos de hasta 90 segundos. Una vez en el suelo, se asentará sobre cuatro delgadas patas de compuestos de carbono, cada una de 0.38 metros de largo, que dejan una altura libre al suelo de 13 cm. Sobre el fuselaje se levantan los dos rotores de fibra de carbono y 1.2 metros de largo, uno sobre otro, y sobre ellos, el panel solar rectangular y la antena de comunicaciones. En total, el

paquete apenas se levantará del suelo 0.49 metros. Careciendo de instrumentación científica, sí porta dos cámaras: una para observaciones en la vertical, hacia el suelo, siendo un sistema de blanco y negro de 0.5 megapixels, y una segunda para observación del horizonte, que adquirirá imágenes a color con un sensor de 13 megapixels. Su peso en tierra era de 1.8 kg., pero en Marte desciende a 0.68 kg., por su menor gravedad.

Si bien volar en la Tierra es “fácil”, en Marte se ve como algo muy complicado. El principal problema es que la atmósfera marciana es apenas un 1% de la terrestre, y formada en general por dióxido de carbono. Así, el principal problema es generar la sustentación necesaria para que un vehículo alce el vuelo. Y debemos recordar que, a medida que se sube en la atmósfera, ésta se va haciendo más delgada, complicando aún más la tarea. Ingenuity tendrá que demostrar que se puede, al menos hasta una altitud razonable, así como maniobrar en todas direcciones, y finalmente, aterrizar sin problemas. Y todo, TODO, de forma autónoma.

Ahora mismo Perseverance está en fase de puesta a punto, lo que implica verificar todos sus sistemas. Al menos sabemos que Ingenuity ya ha pasado su primer chequeo de salud, con éxito, y ha cargado parcialmente sus baterías. Un rover tan complejo como Perseverance necesita tiempo para saber que todas sus prestaciones están operativas, por lo que el rover no se moverá en serio hasta que todo esté comprobado. Lo siguiente, en vez de comenzar su tarea científica, será dedicarse a Ingenuity.

Cuando el rover se ponga en marcha, la tarea principal será buscar un terreno apto para las pruebas de vuelo. Usando sus cámaras situadas en lo alto del mástil, estudiará el terreno para encontrar un parche de 10 x 10 metros, con la menor cantidad de rocas posibles, y las que estén, que sean menores de 5 cm. de altura, y que tenga una inclinación no superior a 4º. Esta zona será denominada el Aeródromo. Aproximadamente en el centro del aeródromo estará la zona desde la que Ingenuity despegará, y sobre la que aterrizará. Su extensión será de 3 x 3 metros, y los requisitos sobre inclinación del terreno y rocas será la misma que para el aeródromo. Esta zona recibirá el nombre de Helipuerto. Vistas las imágenes que tenemos, desde la órbita y desde el propio Perseverance, tal vez la búsqueda sea corta, aunque bien podríamos equivocarnos. Pero en fin…

Primer panorama de Perseverance

Para proteger al pequeño helicóptero durante las fases de vuelo, especialmente el descenso y aterrizaje, se instaló una cubierta negra llamada Escudo de Restos, que no se separará hasta que esté el rover próximo al Aeródromo, a 15 metros o más del Helipuerto. Cuanto más, mejor. Con el escudo fuera, Perseverance se moverá hasta quedar en el centro del Helipuerto. Ingenuity está fijado a la panza del rover con el sistema de

entrega, que conecta ambos vehículos tanto mecánica como eléctricamente, así como la transferencia de datos entre ambos. El despliegue llevará 10 soles marcianos, y todos los pasos serán registrados por la cámara microscópica WATSON, parte del sistema SHERLOC. El último paso, antes de la separación definitiva, será cargar las baterías al máximo, ya que antes sólo se las mantenía al 35% de su capacidad para evitar desgaste innecesario. Hecho esto, ingenuity quedará liberado, cayendo 15 cm. desde su última fijación al rover hasta el suelo oxidado de Marte. Después, Perseverance se retirará marcha atrás, dejando expuesto totalmente el helicóptero a la luz solar, y se marchará a un punto situado, como poco, a unos 100 metros de Ingenuity, en un punto en el que tenga buena vista del helicóptero, así como un terreno nivelado. 

 

Al estar separados ya físicamente, ¿cómo comunicará Ingenuity con la Tierra? En una repetición de lo empleado con Mars Pathfinder y Sojourner, Perseverance será el vínculo con Tierra a través de la llamada Estación Remota, instalada en la trasera del rover. Ambos comunicarán entre sí en frecuencia UHF, transmitiendo datos a 250 kilobytes por segundo, hasta distancias de unos 1000 metros. El helicóptero carece de potencia para emitir directamente a la Tierra, por lo que esta Estación Remota es básica.

Cuando Ingenuity esté en el suelo, y el rover apartado, la misión de prueba comenzará, que durará unos 30 soles. El primer hito a sobrepasar será sobrevivir a su primera noche marciana, con temperaturas muy bajas, por lo que tendrá que mantenerse en el rango de temperaturas apropiado de forma autónoma. Otro paso importante será comunicar con Perseverance, seguido, claro está, porque su panel solar cargue la batería. Con el vínculo de comunicaciones confirmado, llegarán los siguientes pasos. Todo será autónomo: las órdenes se transmiten a través de la Red de Espacio Profundo hacia Marte, ya sea comunicando directamente con el rover, o usando alguno de los orbitadores (Mars Odyssey, MRO, MAVEN o ExoMars TGO), y cuando lleguen a Perseverance, pasan a la Estación Remota hasta el helicóptero. El viaje en sentido contrario es idéntico, salvo por el hecho que el rover transmitirá todo lo recibido a cualquiera de los orbitadores para que éstos lo envíen a la Tierra. Así se ha hecho en el pasado, y así se hará. El siguiente paso será desbloquear las palas de los rotores, comprobar que pueden cambiar de ángulo, y luego hacerlas girar. Los rotores son contrarrotantes, uno girará en el sentido de las agujas del reloj, y el otro en el opuesto. Lo que sigue es accionar los motores de los rotores, haciendo que giren, primero despacio, hasta 50 revoluciones por minuto, y después llegando hasta su máximo de 2400 rpm. Tras cumplimentar todos estos pasos, lo siguiente será lo verdaderamente importante: volar.

Todo se hará a la vista de Perseverance. Usará sus NavCam y las MastCam-Z para ver todos los pasos, al tiempo que usa su estación meteorológica MEDA para comprobar las condiciones del tiempo y así planificar el primer vuelo. Con la batería del helicóptero a plena carga, los rotores comenzarán a girar hasta llegar al máximo, y llegado a ese punto, Ingenuity alzará el vuelo. Los objetivos de este primer vuelo son modestos: levantarse del suelo, permanecer en el aire, y descender. Ascenderá a 1 metro por segundo hasta una altitud de 3 metros, permanecerá allí durante unos 20 seguidos, y descenderá, también a 1 metro por segundo, hasta

posarse. Con el vuelo comenzará un bloque de tres días, en el que además del pequeño salto, se descargará toda la información e imágenes recogidas, y se reconstruirá el vuelo desde el punto de vista del vehículo y de la telemetría. Dependiendo de los resultados, se procederá a otro bloque de prueba de tres días, con un segundo vuelo de prueba. En éste, no sólo ascendería más, hasta unos 5 metros, también se movería en horizontal unos pocos metros dentro del área del Aeródromo. Dependiendo de cómo vayan las cosas, los tres vuelos de prueba restantes permitirán a ingenuity no solo volar más lejos, hasta 50 metros del aeródromo, también más rápido, para volver a su zona de vuelo principal en los 90 segundos que es capaz de volar. Terminados los 30 días marcianos de prueba, Persverance arrancará, al fin, su misión científica.

Si Ingenuity tiene éxito, futuros rover marcianos podrían disponer de sus propios helicópteros, con mejores capacidades, que explorarán el terreno por los todoterrenos mientras éstos se dedican a sus labores científicas. Aún más, herramientas más avanzadas que Ingenuity podrían acompañar a los primeros astronautas que desembarquen en Marte para que éstos reconozcan el terreno en el que amarticen, para que éstos sepan lo que tienen a su alrededor y encuentren zonas de interés para investigar. Pero, ¿qué pasará con Ingenuity? Sinceramente, ni idea.

Y para que veáis cómo será su misión, un buen vídeo.