Las estrellas y sus tipos

En la mayoría de webs de las misiones solares, hay un apartado en el que hay imágenes actualizadas del Sol, y en ellas, Helios brilla en distintos colores, dependiendo de la longitud de onda en que se observa. La mayoría de esas imágenes se capturan en el rango del ultravioleta extremo, y en cada color, siempre hay algo distinto que destacar con respecto a otras: que si una llamarada más viva, que si agujeros coronales (las regiones oscuras), etc… Aunque esos colores son importantes para estudiar nuestra estrella, ninguno de ellos es su color real. En luz visible, de hecho, si observásemos nuestra estrella, en realidad, su luz es de color blanco, no por nada, los aparatos que permiten ver la corona se les conoce como coronógrafos de luz blanca. Bien, aclarado esto, pasamos a lo que vamos, la clasificación de las estrellas.

¿Cómo sabemos a qué tipo de estrella estamos mirando? Durante un tiempo, esto fue imposible. Por supuesto, los observadores a simple vista, cuando no había telescopios, solo podían recoger el brillo de cada estrella tal y como la podemos ver, filtrada por la atmósfera. La invención de la espectrografía cambió la forma que tenemos para estudiarlas. El primer paso fue tener un espectro del Sol, y fue Sir Isaac Newton el primero que lo consiguió, en 1666. No será hasta el siglo XIX cuando se daría el siguiente salto. Fue el científico alemán Joseph von Franhofer el que descubrió que en el espectro de luz recogido, resaltaban unas líneas oscuras, casi como el código de barras actual. Estas líneas son, en realidad la representación de los elementos que componen el Sol, absorbidos en luz visible, una interpretación descubierta en 1859 por dos astrónomos, Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen. El siguiente paso era llevar esto a las otras estrellas que no fueran el Sol, y para ello, obligatoriamente, urgía la necesidad de un telescopio al que acoplar un espectroscopio. Así, de manera independiente, el italiano Angelo Secchi y el inglés William Huggins hicieron el primer estudio pormenorizado de las estrellas mediante el estudio de su espectro visible, encontrando diferencias entre ellas, las suficientes como para empezar a hablar de tipos de estrellas. ¿Qué diferencias? Si bien todas las estrellas tienen una composición de gases muy similar unas de otras, los espectros permitían ver en qué parte del espectro visible estas líneas están más concentradas, obteniendo información sobre lo que pasa en esas estrellas y, sobre todo, de su temperatura.

El espectro visible tiene las tres bandas ya conocidas como rojo, verde y azul, pero para saber cuántos colores hay en realidad, hay que fijarse en los arcoíris, porque, desde el rojo, pasamos al naranja, luego al amarillo, llegando al verde, de ahí al azul, hasta terminar en el violeta. Aquí empieza lo realmente particular: es cierto que el color, aplicado a las estrellas, es indicativo de la temperatura, pero al revés. Cuando aquí pensamos que algo está al rojo vivo, se trata de algo que está tan caliente, que abrasa. En una estrella, es lo opuesto. La clasificación de colores cálidos y colores fríos, que tanto se da aquí abajo, se invierte al tratarse de estrellas, porque cuanto más frío el color de una estrella, más caliente es. Al final, fueron los astrónomos Annie Jump Cannon y Edward Pickering, desde el observatorio Harvard, quienes desarrollaron el principal sistema de clasificación estelar, basándose en la información del color y, por lo tanto, de la temperatura.

Es conocido como el sistema Harvard, y Cannon asignó a cada tipo estelar una letra. De este modo, del más frío al más caliente, tenemos los siguientes:

• Las más frías son las estrellas tipo M, las que resaltan más que nada en luz roja. Las que generan destacan en esta clasificación son las gigantes rojas, pero son más, muchas más, las enanas rojas, las cuales, de hecho, son el tipo más frecuente en esta galaxia. Entre las gigantes rojas, tenemos, por
  
  
  ejemplo, a la célebre Betelgeuse, mientras que entre las enanas, podemos mencionar, para empezar, Proxima Centauri, Wolf 359, Lalande 21185, y muchísimas más, tantas, que 50 de las 60 más próximas al Sol son precisamente enanas rojas. Más que rojas, más bien son estrellas de una tonalidad anaranjada, con temperaturas superficiales que no superan los 3500ºC. Mientras que las gigantes rojas son estrellas en las últimas etapas del ciclo vital estelar, las enanas rojas son pequeñas estrellas (más incluso que el Sol) en su secuencia principal. A causa de su tamaño, y su temperatura, fusionan hidrógeno a un ritmo muy lento, por lo que son estrellas de muy larga vida, superando incluso los 10 billones de años. Su irradiación es poca en luz visible, pero muy intensa en ultravioleta y rayos X. 

 

• De mayor temperatura, tenemos las estrellas del tipo K. en este tipo se encuadran estrellas gigantes,
  
  
  súper-gigantes e híper-gigantes, pero también enanas naranjas. Por temperatura, son algo más calientes que las tipo M, llegando a temperaturas de “sólo” 4.000ºC. Entre las grandes, tenemos alguna tan célebre como Arcturus (que, en realidad, es una gigante roja), monstruosidades como RW Cephei (con un radio más de 1000 veces superior al de Helios) o estrellas en la secuencia principal como Alfa Centauri B o Epsilon Eridani. Las enanas, al ser más calientes, queman hidrógeno algo más rápidamente que las enanas rojas, por lo que, además, pueden ser buenas candidatas a contener planetas potencialmente habitables.

 

• Las que más conocemos, más que nada porque convivimos con una, son las tipo G. Por temperatura,
  
  
  como bien sabemos, llegan hasta los 6.000ºC. De las estrellas en la secuencia principal en el vecindario solar, estas estrellas son el 7.5% del total. En general, las tipo G son estrellas enanas como Helios o 61 Ursae Majoris, pero también existen súper-gigantes amarillas. La más célebre es la estrella principal del sistema trinario de estrellas Polaris, es decir, la Estrella Polar, con una masa casi seis veces superior a la solar, y un radio casi cuarenta veces mayor. Por si faltara poco, además, es variable, en la categoría de las Cefeidas. Lo peculiar con las tipo G es que no hay término medio: o enanas, o a lo grande, por lo que el espacio entre medias se le conoce como el Vacío Evolucionario Amarillo.

 

• Más calientes, nos encontramos con las tipo F. Su color es de un blanco amarillento, con temperaturas
  
  
  alcanzando los 7500ºC. Se trata, hasta donde sabemos, de estrellas enanas, como Procyon A, sólo un poco mayor que nuestra estrella. Esto no quita con que haya súper-gigantes, como Canopus, con un radio 71 veces el de Helios y una masa superior a entre 8 y 10 veces el solar. Claro, que esta gigantesca estrella contiene características que lo ponen en la siguiente categoría.

 

 

 

• Las estrellas tipo A están ya caldeando el ambiente. Su temperatura es tal que alcanza los 10.000ºC, y
  
  
  exhiben fuertes líneas de absorción de hidrógeno. Éstas son las estrellas blancas, y muchas famosas caen en esta categoría: Sirio A, Vega, Deneb o Formalhaut entre ellas. Sirio A, por ejemplo, tiene una masa el doble que la solar, pero 25 veces su luminosidad. Vega, también el doble de masa, y el doble de tamaño que Helios, es todavía más brillante, hasta 40 veces más. Su ciclo de vida es más corto, y por si faltara poco, son estrellas que carecen de zona convectiva, por lo que carecen no solo de dinamo magnética, tampoco tienen emisión de rayos X.

 

• Si se habla de calor extremo, las estrellas tipo B casi se llevan la palma. Estas son las estrellas azules.
  
  
  Sus temperaturas son tan altas que alcanzan los 30.000ºC, y las hay en la secuencia principal, y gigantes y súper-gigantes. El gran problema que tienen estas es que son estrellas de muy corta vida, porque queman hidrógeno a ritmos muy altos. Entre los ejemplos azules, tenemos la célebre Rigel, que es una súper-gigante azul, con una masa 21 veces, un radio de 78 veces, y una luminosidad de hasta 363.000 veces la de Helios, una estrella que seguramente acabe su vida como una supernova, dando origen a una estrella de neutrones o un agujero negro. En la categoría de las situadas en la secuencia principal, un ejemplo es h Aurigae, con una masa casi seis veces superior a la solar, y una luminosidad 955 veces superior.

 

• Las estrellas tipo O, también azules, suelen quedar muy cercanamente asociadas a las anteriores, de ahí
  
  
  que muchos unifiquen el tipo como OB. Las tipo O son tan calientes, o más, que las tipo B, y son todavía más azules, superando los 30.000ºC. La mayoría de radiación la emiten en luz ultravioleta, y si confeccionáis alguna lista de estrellas gordas, muchas pertenecen a esta categoría. Como las tipo B, también están en la secuencia principal, pero también gigantes y súper-gigantes. Eso sí, son increíblemente raras. En éstas, el elemento que domina en el espectro es el helio, nada raro si tenemos en cuenta que fusiona átomos de hidrógeno a ritmos imposibles. Por ello, son estrellas de vidas muy breves y muertes explosivas. 

• Por último, las más calientes, y más raras, conocidas como estrellas tipo W, o más célebremente, las
  
  
  estrellas Wolf-Rayet. Este tipo entra y sale de la lista de tipos espectrales por sus raros espectros, en los que predominan no solo el helio, también el nitrógeno y el carbono. Son estrellas extremadamente calientes, con temperaturas de hasta 210.000ºC. Son estrellas masivas y ya evolucionadas, pero increíblemente luminosas, emitiendo casi toda su luz en la gama ultravioleta. Muchas estrellas de este tipo dan nacimiento a grandes nebulosas planetarias, pero cuanto más grandes, más explosivo es su final. Entre las más destacadas está la que se encuentra en el sistema cuádruple g Velorum, como parte de un sistema doble conocido como g Velorum A, que tiene una masa actual de 9 veces la solar (originalmente, 35 veces) pero una luminosidad 170.000 veces superior. La más masiva de todas las descubiertas, y de hecho, la estrella más masiva en los catálogos, es R136a1, situada en el cúmulo abierto NGC 2070 en 30 Doradus, en la Gran Nube de Magallanes, con una masa 215 veces la de Helios, un radio 39.2 veces superior, y una luminosidad 6.2 millones mayor, lo que supone una temperatura superior a los 46.000ºC.

Es cierto que las estrellas se componen del mismo material, pero dependiendo del entorno, evolucionan de forma distinta, entregándonos todos estos tipos, los cuales, por no aburrir o confundir, están todavía más subdivididos. Pero esta clasificación espectral sirvió de base para que, de manera independiente, Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russel desarrollaran un gráfico que, al combinarlos con las luminosidades (o magnitudes absolutas), representaban a cada estrella según su secuencia, lo que permitiría empezar a estudiar en serio la evolución estelar.

Ocho tipos de estrellas, y millones de ellas por clasificar. Es una suerte que tengamos la misión Gaia para ayudarnos a contar estrellas.

El sistema solar exterior

Hace tiempo (pero MUCHO, podéis comprobarlo) empezamos a hablar del sistema solar el general, arrancando con el sistema solar interior, los asteroides y los cometas. Prometimos hablar del sistema exterior y más allá, pero entre pitos y flautas, se nos ha pasado. Bueno, decidiendo retomar las costumbres antiguas, pues lo mejor es continuar donde lo dejamos, atravesando el cinturón de asteroides.

Tras cruzar la línea divisoria del sistema solar, cruzamos hasta el sistema solar exterior. Allí, nos encontramos toda una colección de mundos, más grandes más pequeños, sólidos, gaseosos, incluso líquidos. Nuestra

primera parada es el hermano mayor del sistema, Júpiter. El planeta más grande del sistema solar, por masa posee 2.5 veces la del resto. Es una inmensa bola de gases, mayormente hidrógeno y helio, con un diámetro ecuatorial de casi 143.000 km., y uno polar de casi 134.000 km. Dista del Sol una media de 778 millones de km., y tarda en orbitarlo en 11.86 años, mientras que su rotación, calculada por sus señales magnéticas, es de casi 10 horas. Si es famoso, es por su apariencia externa, de cinturones y bandas, con unas franjas marrones y otras blanquecinas, mientras los polos tienden a un tono más grisáceo. Más allá de las imágenes estáticas, su atmósfera es muy activa, estando en continuo movimiento. Tan activa, que cuenta con diversos ciclones que son, en realidad, anticiclones, siendo el más famoso la Gran Mancha Roja, cuya primera observación puede datar del año 1665. Casi como un ojo, esta gran formación contrarrotante es mayor incluso que la Tierra, y su color, más anaranjado que rojo, bien podría ser una “quemadura” solar. Júpiter es un planeta de extremos: un poderosísimo cinturón de radiación emisor de radio, un campo magnético que es la estructura más grande del sistema solar (si la viésemos desde la Tierra, sería cinco veces mayor que la Luna llena), sobrepasando incluso la órbita de Saturno. Aunque no lo parezca, sí tiene anillos, pero la escasa inclinación de su eje de rotación (1.3º) nos impide verlos. En cuanto

satélites, es un festival, con 79 en su última cuenta, pero los cuatro que importan son los galileanos. Si Júpiter también es especial es porque cuenta con el primero, tercero, cuarto y sexto satélites más grandes del sistema solar, y todos con su propia personalidad: Ganímedes con su campo magnético, Calixto por su oscura superficie y sus cráteres, Europa por su más que probable océano bajo su costra de hielo, e Io por sus potentísimos volcanes. Tenemos suerte porque todavía está allí la  bella dama del espacio, la sonda Juno, revelándolos sus fascinantes secretos, y no os durmáis, porque esta década despegarán dos misiones hacia allí, primero la europea JUICE, y después la americana Europa Clipper. La continuidad, así, está casi asegurada.

Alejándonos hasta unos 1.400 millones de km. de Helios, unas 9.6 unidades astronómicas, nos encontramos a la joya del sistema solar, Saturno. ¿Qué podemos decir de este planeta? fácil: si hubiera un océano lo bastante grande sobre el que lanzarlo, flotaría. Así es, porque su densidad es más baja que la del agua. Es un planeta no mucho más pequeño que Júpiter, con un diámetro ecuatorial de casi 121.000 km., mientras que el polar no llega a los 109.000 km., siendo el planeta más achatado del sistema solar. La causa es su rotación. Se sabe que es rápida, pero ha sido extraordinariamente difícil saber cuánto dura, con el último cálculo deparando 10 horas, 33 minutos y 38 segundos, pero con márgenes de error de entre un minuto y medio y dos, porque su campo magnético es tirando a peculiar. El planeta tarda en orbitar el Sol en 29.46 años, tan lento que mucho le apodan el “perezoso”, y su eje de rotación está algo más inclinado que el terrestre, con un ángulo de 25.44º con respecto a la vertical. Los componentes de su atmósfera no difieren mucho de los de Júpiter, con predominio del hidrógeno y el helio, y añadiendo a la mezcla rastros de metano, amoniaco, y otros componentes. Su atmósfera, en apariencia, es distinta a la joviana, por su apariencia apagada. En realidad, es una suerte de neblina que esconde la dinámica atmosférica, que puede llegar a alcanzar vientos de muy alta velocidad, de hasta 550 km/h. Por si fuera poco, en su polo norte hay una estructura de forma hexagonal. La mayor característica son, por supuesto, los anillos. Los primeros reconocidos como tal, si bien desde lejos son cuatro

estructuras con una subdivisión interna (de fuera hacia dentro, son los C, B, A y D), vistos desde cerca, con miles de anillos pequeñísimos. Su edad, depende del estudio: o tan viejos como el sistema solar, o muy modernos, en la escala temporal del universo. Lo cierto es que son estructuras fascinantes, que rotan alrededor de Saturno al igual que sus satélites, y que se mantienen en posición gracias a la gravedad del planeta y sus satélites, que aquí son, de momento 82. ¿Cuál destacar de todos estos? Depende de lo que busques. ¿Uno con forma de esponja? Hiperión. ¿Un Ying-Yang cósmico? Japeto. ¿Lo más parecido a la Estrella de la Muerte? Mimas. Podríamos seguir, pero el que destaca

por encima es su más grande luna, el satélite gigante de Saturno y el segundo del sistema solar por tamaño, Titán, el único con una atmósfera sustancial, líquido en su superficie y un montón de cosas pintorescas. Con la misión Cassini tristemente concluida, ahora nos toca esperar al 2027 a que la NASA lance Dragonfly, cuyo destino es precisamente el satélite gigante, para estudiarlo tanto desde el suelo como desde el aire. Cuánto queda que esperar…

Hasta 1789, Saturno era el límite del sistema solar, hasta que se descubrió el séptimo planeta. El inexpresivo Urano está lejos, lejísimos, distando de Helios casi 2.900 millones de km., o 19.2 unidades astronómicas. Es un planeta que destaca por una atmósfera azul verdoso, y casi todo lo que sabemos nos lo entregó Voyager 2. Es mucho más pequeño que

sus otros hermanos, con un diámetro ecuatorial de 51.118 km., y uno polar de 49.946 km. Le llamamos inexpresivo porque es, en esencia, una bola opaca, más que Saturno, y sólo usando falso color vemos las distintas estructuras de su atmósfera, que está compuesta no sólo por hidrógeno y helio, también por una apreciable cantidad de metano, que es la causa de su color atmosférico, pero además cuenta con una proporción mucho mayor de material helado, en forma de amoniaco, agua, hidrosulfuro de amoniaco, y otros. Por esta causa, a Urano se le conoce como un gigante de hielo. Su órbita dura 84 años, y su rotación es de algo más de 17 horas. El aspecto más peculiar de Urano es su inclinación axial, de 98º, lo que significa que, visto desde la distancia, el planeta, en partes de su órbita, va como rodando. Pero si curiosa es su inclinación, más todavía es su campo magnético. No sólo está desviado unos 60º del de rotación, también está descentrado. Así mientras el planeta rueda por su órbita, la magnetosfera planearía se va retorciendo como por un efecto de sacacorchos. A la pregunta de si tiene anillos, la respuesta es un rotundo SÍ, pero, curiosamente, son los más oscuros del sistema solar, hasta 13 rodeando el planeta, estando en su plano ecuatorial, lo que hace que el planeta casi parezca una diana. Y en cuanto a

satélites, ¿qué? Hasta la fecha, se han encontrado 27, siendo los más interesantes, que sepamos, los cinco más grandes, y naturalmente los primeros descubiertos: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberón, el primero en particular por su accidentada geografía. Para su examen en profundidad, no soñéis con misiones de nombres poéticos o acrónimos complicados. No hay nada más que propuestas de mandar algo allá. Es cierto que se habló de mandar a Cassini a sobrevolarlo para terminar su misión extendida, pero esa posibilidad se descartó por completo.

Casi tan olvidado como Urano está nuestro siguiente destino. Separado de Helios por 4.500 millones de km, o unas 30 unidades astronómicas de espacio, nos encontramos la maravilla azul, Neptuno. Así, la única información tomada desde cerca es la que recogió, también, Voyager 2. De un azul aún más intenso que el de Urano, todos se pensaban que sería un idéntico mundo inexpresivo, pero se equivocaron, porque Neptuno es hogar de unos vientos muy potentes, y cuenta con una atmósfera muy movida. Su diámetro ecuatorial es de 49.528 km., mientras que el polar no es muy distinto, de 48.682 km. Un año en Neptuno son 164.4 terrestres, y un día son 16 horas y 6 minutos. Neptuno tiene la distinción de ser el único planeta descubierto a base de lápiz y papel, y confirmado por observación directa. Bien, su atmósfera es, en esencia, similar a la de Urano, con hidrógeno y helio, con menor concentración del primero y mayor del segundo, así como una apreciable cantidad de metano, y gran cantidad de material helado, muy similar a su hermano mayor, pero contando también con metano helado. Es este componente la razón de su intenso color azul. En cuanto al por qué tiene una atmósfera tan activa, es por una potente fuente de calor interna, algo de lo que Urano carece, moviendo las distintas capas a velocidades de hasta 2200 km/h. También llaman la atención las manchas oscuras, que aunque, en un primer momento se las emparejó con las jovianas, no tienen nada que ver, porque son una suerte de depresiones que se abren en las capas altas y permiten ver la capa que hay debajo. A diferencia de la Gran Mancha Roja joviana, las manchas oscuras de Neptuno son mucho más efímeras, y a lo largo de la vida del telescopio Hubble se ha visto la aparición y desaparición de unas cuantas, tanto en su hemisferio norte como en el sur. Se le suponen estaciones, gracias a su inclinación axial de 28.3º. También cuenta con una magnetosfera peculiar, pero no tanto como la de Urano. También está muy desviada con respecto al eje de rotación, unos 47º, y también desviada del centro del planeta por razones

todavía desconocidas, por lo que se generan también estructura particulares. En cuanto a sus anillos, se acepta que hay tres, llamados en honor a los descubridores del planeta: Adams, Le Verrier y Galle, un inglés, un francés y un alemán, casi como un chiste. Cuenta con, de momento, 14 lunas, y la más llamativa de todas es la más grande, Tritón. Por tamaño, es el séptimo satélite más grande del sistema solar, y es único porque orbita alrededor de Neptuno de forma retrógrada. Cuando la observamos, su superficie era algo único en el sistema solar, con formaciones realmente extrañas, volcanes de hielo, y un casquete polar de nitrógeno helado. Por si faltara poco, también cuenta con una delgadísima atmósfera de nitrógeno. Si hay un sitio que investigar, es este satélite, y es el objetivo de la propuesta Trident del programa Discovery. No os emocionéis, como propuesta, bien podrían hacerla caer y quedarnos sin esta visita.

Y por último, el errante país de los muertos. Así se calificó a Plutón, el más lejano, y el más pequeño de los nueve planetas del sistema solar, y no hagáis caso de lo que digan: Plutón ES planeta. Lo que sabemos de él y sus cinco satélites viene, por lo general, de una sola visita, la de New Horizons. Plutón es el planeta con corazón, una bola de hielo de nitrógeno y metano que dista del Sol 39.5 unidades astronómicas, es decir, 5900 millones de km., recorriendo la órbita más excéntrica e inclinada de todos los planetas, con un perihelio que le lleva a estar más cercano a Helios que Neptuno, y girando alrededor de nuestra estrella, con inclinaciones superiores a los 17º con respecto a la eclíptica. Si interesante es esto, sus otras efemérides también son dignas de mención, con un día de 6.3 días terrestres, y una inclinación axial de casi 123º con respecto a la vertical. Más rarezas: su mayor satélite, Caronte, tarda en orbitar Plutón en el mismo tiempo que tarda el planeta en girar sobre sí mismo, lo que significa que sólo puede verse en un hemisferio. Y si os sabe a poco, ambos cuerpos giran alrededor de un baricentro que está situado más allá del planeta. El diámetro de

Plutón es de 2.376 km., y su superficie es igual que variada que la de Tritón, con casquetes de nitrógeno helado, formaciones de dunas, terrenos sin explicación, y unas regiones oscuras dominadas por el hielo de metano. Su exosfera, también de nitrógeno, no solo proporciona un asombroso cielo azul, también posee nubes, o así. No busquéis anillos, no los hay, y en cuanto a magnetosfera, a saber. Pero sí tiene cinco satélites, cada cual más peculiar, empezando por el grandísimo Caronte, del tamaño de la mitad de Plutón, y dominado por esa mancha rojiza. El resto más pequeños, son más exteriores, y no sólo orbitan alrededor de Plutón, también se bambolean mientras rotan, haciéndoles impredecibles. ¿Podría haber una nueva investigación sobre Plutón? Eso es lo que se está intentando, pero no la esperéis pronto. ¿Si nos gustaría? No hace falta ni mencionarlo.

Ya estamos casi de salida del sistema solar, listos para adentrarnos en los gélidos confines de nuestra parcela cósmica. Preparaos, y tened paciencia.

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.

 

Ventana al espacio (CXLIII)

La galaxia IC 5063, desde el telescopio Hubble.

Los 23 ojos de Perseverance y... ¿dos oídos?

Puesto que queda poco para que llegue a Marte, es hora de hablar algo más de Perseverance. Ya lo hicimos con Curiosity en su momento, y ahora es el turno del nuevo.

Una misión a Marte de superficie sin cámaras es como un jardín sin flores. Las cámaras son necesarias, no solo para ver y estudiar el entorno en el que el vehículo ha caído, también para comprobar lo que hace, y asegurarse de que no hay peligro en ello. Los dos VikingLander, los primeros en trabajar con éxito sobre el Planeta Rojo, contaban cada uno con dos cámaras facsímil, aparatos ingeniosos que, sin embargo, no eran aptos para la misión de los vehículos: buscar vida. Así, cada cámara, rotando sobre sí misma, era capaz de escanear, de una vez, todo un panorama, en blanco y negro, color e infrarrojo, y para ver zonas complicadas del lander, contaba con espejos situados estratégicamente. Fueron un éxito, sí, pero cuando se consiguió regresar, 21 años después, a la superficie, la tecnología había cambiado, con el advenimiento de los sensores digitales CCD. En julio de 1997, desembarcó Mars Pathfinder, que, en todo el sistema de vuelo, contaba con tres sistemas de cámaras. El

lander en sí sólo contaba con uno, un sistema de visión estéreo cuyos dos canales de visión, sus ojos derecho e izquierdo, servían a un único sensor CCD. Las otras, estaban en el verdadero elemento estrella de la misión Discovery: el rover Sojourner, que contaba con dos microcámaras delanteras en blanco y negro, para ver por dónde iba, y una microcámara trasera, a color (la primera en llegar a la superficie marciana), para observaciones de las rocas. La siguiente en ir a Marte, pero que no lo consiguió, fue Mars Polar Lander, que equipaba con tres. La principal era en esencia una repetición, mejorada de la de Mars Pathfinder, para panoramas del área de aterrizaje. Las otras dos eran novedades. En su brazo robot había una cámara para estudiar el suelo, que además de contar con un mecanismo de enfoque (el primero en ir a Marte), disponía de un sistema de luces mediante bombillas, emitiendo luz roja, verde y azul. La tercera era novedad absoluta, la cámara de descenso, cuya misión era precisamente esa: obtener imágenes del descenso del vehículo, en blanco y negro, eso sí. Como consecuencia del fiasco de 1999, como se recordará, el programa marciano de la NASA se reformuló, y en el 2004 llegar allí los Rover de Exploración Marciana, los ya míticos Spirit y Opportunity. La misión de los MER supuso la verdadera explosión de las cámaras de superficie, porque cada uno usó diez, si bien es cierto que cada rover empleó 9 en sus misiones de superficie. Aquí empezamos a hacer la distinción entre cámaras. Por un lado

estaban las consideradas cámaras científicas, tres en cada vehículo (las dos cámaras panorámicas y la cámara microscópica), y por el otro, las cámaras de ingeniería, seis por cada rover, dos cámaras de navegación o NavCam, y cuatro cámaras de detección de peligros, o HazCam, dos delanteras y dos traseras. A estas hay que añadir la décima de la misión, el sistema denominado DIMES, cuya misión era obtener imágenes durante el descenso, y a partir de ellas, estimar la velocidad lateral del conjunto de descenso. Éstas fueron las primeras cámaras en obtener instantáneas durante el amartizaje, que proporcionaron información de contexto sobre los lugares de aterrizaje de cada rover, y facilitó posteriormente su localización desde la órbita mediante imágenes. Todas estas cámaras contaban con la novedad de sus detectores CCD. Antes, tanto Mars Pathfinder como Mars Polar Lander, usaban sensores que cubrían apenas 512 x 512 pixels, de las cuales, la mitad superior  era el área de imágenes, y el inferior servía como almacenamiento temporal antes de transferir la imagen registrada a la memoria, y en el caso de las cámaras estereoscópicas, el área activa se dividía en dos secciones de 256 x 256 pixels para cada ojo, proporcionando así imágenes diminutas. Con los MER, se decidió usar detectores de mayor formato, unos CCD de 1024 z 2048 pixels, en los cuales la parte superior era la de imagen, y la inferior de almacenaje temporal, y todas las cámaras montaron uno. En especial, las cámaras de ingeniería de los MER son las que han sentado cátedra en Marte, capturando miles y miles de imágenes de la superficie mostrando todo tipo de estructuras y paisajes, algunos sin parangón. En mayo del 2008, desembarcó  Phoenix, que era,

en esencia, una repetición de Mars Polar Lander, pero con instrumento más, y así, una cámara más. Contaba con versiones mejoradas de las que transportó el lander perdido. En especial, la cámara estéreo perdió el único sensor y, en cada ojo recibió un sensor CCD idéntico al que se estrenaron en los MER. Para la cámara del brazo robot, la novedad fue sustituir las bombillas de filamento por luces de LED, también rojo, verde y azul. No hubo cambios en la cámara de descenso, y la cuarta cámara añadida era un sistema microscópico, diminuto, como si se tratase de un microscopio óptico de laboratorio. Y llegamos a agosto del 2012, y a Curiosity y sus 17 cámaras, divididas en cinco científicas (las dos MastCam, la RMI de ChemCam, MAHLI y MARDI) y doce de ingeniería (cuatro de navegación y ocho de prevención de peligros). Como ya comentamos en su día, las científicas, salvo RMI, cuentan con sensores CCD con filtro Bayer, por lo que, como las cámaras comerciales, pueden capturar instantáneas a color. El resto son de blanco

y negro, y tanto las NavCam como las HazCam son repeticiones de las usadas en los MER, por lo que es justo decir que son los sistemas que más tiempo llevan tomando imágenes de la superficie marciana, un total de 17 años enseñándonos paisajes increíbles. Pero se provoca la pregunta: ¿por qué el doble que los MER? Por redundancia. A diferencia de los pequeños rover, Curiosity cuenta con dos ordenadores, por lo que se decidió duplicar el número de cámaras, para que cada par (de navegación, y de prevención de peligros) se conectaran a cada uno. Así, en caso de cambiar de ordenador, se pasa de una cadena de cámaras a la otra. Todo por si acaso. Y en noviembre del 2018, desembarcó InSight que, en comparación con Curiosity, resulta magra en cámaras, con solo dos, una en su brazo robot, y otra bajo la plataforma, mirando el área de trabajo del brazo. Para ahorrarse tiempo y

desarrollo, se optó por continuar con los sistemas de los MER, por lo que la cámara del brazo es una NavCam, y la situada bajo la plataforma una HazCam. Pero cuentan con novedad, porque, originalmente, se pensaba que tuvieran sensores simples para blanco y negro, pero tras ver Marte a todo color con Curiosity, tanto la ciencia como los entusiastas empujaron al proyecto a añadirles capacidad a color, volando con ellas, y enseñándonos su lugar de residencia en vivos colores rojizos. Es cierto, nos hemos dejado en el camino otras dos que por diversas circunstancias tampoco llegaron, como Beagle 2, que portaba dos cámaras, y Schiaparelli, con solo una de descenso. Así veis, como el número de cámaras está gobernado por las necesidades de la misión. Y ahora llega Perseverance.

El nuevo rover de la NASA vuela con cantidad record de cámaras, 23 en total. (si contabilizáramos al pequeño helicóptero de prueba, ya serian 25) Éstas se categorizan así: siete científicas, y el resto de ingeniería. Sin embargo, de todas estas, el rover equipa 21, pero una vez en superficie, sólo empleará 19. Arrancamos, así, por las científicas. A todas ellas, decir que derivan de viejas conocidas.

El sistema principal de visión son las dos MastCam-Z. Aunque en un principio pensamos que eran las que no volaron con Curiosity, en realidad se trata de una versión simplificada, que se basan en las MastCam de Curiosity. Son sistemas refractivos compuestos por nada menos que quince lentes, con seis fijas (cinco en dos grupos) y el resto móviles, con un elemento de enfoque móvil seguido por los dos grupos de zoom. Se han diseñado para que su longitud focal varíe de 26 mm. para imágenes de campo ancho (f/7.0) a 111 mm. (f/9.7) para imágenes de detalle. Así, el sistema puede obtener imágenes claras desde de 1 a 2 metros hasta el infinito.  Por lo demás, el sistema es como las MastCam, con el bafle frontal (idéntico en ambas

cámaras) rueda de filtros y equipo de electrónicas, incluyendo el CCD de 1600 x 1200 con filtro bayer incorporado para imágenes a color. En cuanto a los filtros y su rueda, también es de 8 posiciones, solo que con huecos cuadrados en vez de redondeados para aprovechar al máximo el sensor, algo imposible con Curiosity. En los propios filtros apenas hay variaciones, con algún cambio a nivel de filtro y longitud de onda, incluyendo el filtro solar de la cámara izquierda, modificado para observar el Sol en concierto del filtro a color. El cerebro de las cámaras es el denominado DEA, o ensamblaje de electrónicas digital, que adquiere y procesa las imágenes capturadas por ellas, cada una de dos megapixels, almacenándolas en una memoria RAM de 128 MB para almacenaje temporal y 8 GB para almacenamiento definitivo, un conjunto de memoria por cámara. Servirá para todo: estudios geológicos mediante sus filtros multiespectrales, observación del rover para comprobar su estado, documentación de la entrega de los tubos de muestras, etc. Siguiendo con la herencia de Curiosity, pasamos

al instrumento SHERLOC, que cuenta con dos cámaras de contexto. La primera es WATSON, y es, básicamente, una repetición de MAHLI, en que posee el mismo grupo óptico refractor de diez elementos, tres de los cuales móviles, sistema de LED’s blancos y de luz ultravioleta (365 nm), tapa con ventana transparente, y sensor CCD de 1600 x 1200 pixels con filtro bayer. Así, el sistema será capaz de ver objetivos a distancias mínimas (llegando a 1.78 cm. de cada objetivo) con una longitud focal efectiva de 18.4 mm., observando hasta los granos individuales de la arena, hasta el infinito, para permitir observaciones lejanas del terreno, fotografiar el rover para ver cómo anda, autorretratos del vehículo, etc. Su control es mediante una DEA idéntica a la de MastCam-Z, con idénticas capacidades y la misma capacidad de memoria. La otra, ACI, comparte con MAHLI y WATSON el grupo óptico capaz de enfoque, pero varia en que la tapa carece de ventana transparente, y el sensor, idéntico al de WATSON, carece de filtro bayer. Esta cámara está coalineada con el láser ultravioleta, para ayudar al apuntamiento del instrumento sobre el objetivo a estudiar. Aquí vamos sin orden, porque pasamos a SuperCam. Sobre las cámaras científicas y de navegación en lo alto del mástil, a dos metros del suelo, está la parte expuesta del instrumento, que contiene, entre otras cosas, el láser de la parte LIBS y el telescopio. Éste

es idéntico al de ChemCam, con una apertura de 110 mm. y arquitectura reflectiva. Conserva la capacidad de enfoque de su primo, pero varía en el tipo de sensor, perdiendo el CCD en blanco y negro de 1024 x 1024 por uno tipo CMOS de 2048 x 2048 pixels, y encima con filtro Bayer para imágenes a color. Sus tareas son las mismas: ayudar a apuntar el láser, observar remotamente los objetivos a estudiar, y como con Curiosity, según se ha experimentado durante la misión, observar zonas remotas. El telescopio sirve para, además de las imágenes, reflejar la luz del láser cuando agrede a las rocas, y la novedad, entregar la luz que recoge a un espectrómetro visible e infrarrojo, situado junto a la cámara, basado en un filtro sintonizable acusto-óptico que sirve a un CCD, una arquitectura similar a la del instrumento NOMAD de ExoMars TGO. Otro aparato científico con cámara es PIXL, y como la ACI de SHERLOC, su propósito es

ayudar a apuntar el instrumento sobre el objetivo a analizar. Este sistema, la Micro-Cámara de Contexto, es un sensor CCD en blanco y negro, con limitadas capacidades a color en virtud de sistemas de LED’s. La cámara y los LED’s son elementos cruciales para apuntar PIXL óptimamente, porque cuenta con un sistema de seis patas móviles para apuntarlo óptimamente a la roca o el suelo de interés. Y finalmente, llegamos a la SkyCam. Forma parte del paquete meteorológico MEDA, y se acopla directamente al sensor de radiación y polvo. Este sistema de imágenes es el último ejemplar de las cámaras de ingeniería estrenadas en los MER. Es una HazCam, modificada para su nueva labor, retirando recubrimientos internos, añadiendo uno solar en el exterior con forma anular, y dispuesto

para observar el cielo. Por ello, sus características son conocidas, con una lente de ojo de pez, y una longitud focal de 5.6 mm. (f/15) sirviendo a un CCD de 1024 x 1024 pixels, sin filtro bayer. Su centro de atención será la atmósfera y el polvo en suspensión. Al observar continuamente al cielo, seguirá la formación y evolución de las nubes, vigilará la opacidad atmosférica para entender la cantidad de polvo en suspensión, y llegada la noche, incluso para observaciones astronómicas. Esta cámara funcionará, ya sea mediante el ordenador principal, ya sea por el ordenador que controla MEDA, liberando así recursos de computación. Muchos parecidos con respecto a Curiosity, como vemos, pero también sus diferencias.

Ahora nos toca hablar de las de ingeniería. Y las dividimos en dos categorías: las puras de ingeniería, es decir, las HazCam, NavCam, y la nueva CacheCam, y las de EDL, que usará durante el proceso de entrada, descenso y aterrizaje. Vayamos a las primeras. Como los MER y Curiosity, cuenta con cámaras de navegación y de prevención de peligros, pero a diferencia de su primo hermano, cuenta con cuatro menos. Las

NavCam sólo son dos, un ojo derecho y otro izquierdo, más exteriores que las MastCam-Z, separadas por 42 cm. Si bien el sistema óptico se basa en las anteriores NavCam, recibe mejoras: cuenta con un sistema óptico de seis elementos refractivos con una longitud focal efectiva de 19.1 mm. (f/12) y un filtro de bloqueo tanto infrarrojo y ultravioleta. Estas características aumentan su campo de visión, porque los sistemas antiguos, que cubrían un campo de visión de 45 x 45º, se considera demasiado estrecho para cubrir terrenos tanto cercanos como lejanos. Por ello, las nuevas cuentan con un campo de visión de 90º (horizontal) x 70º (vertical). Esto permite dos cosas: cubrir más terreno, tanto cercano como lejano, y usar menos imágenes a la hora de capturar panoramas. Cada cámara entrega la luz a un nuevo tipo de sensor, pasando de tecnología CCD a la CMOS, mucho más tolerante a la radiación. No solo se cambia el tipo de sensor, también el tamaño, aumentando de 1024 x 1024 pixels a 5120 x 3840 pixels, y pasando de imágenes en blanco y negro a imágenes a todo color gracias a sus filtros bayer. Así, se podrá no sólo obtener mejores imágenes para ayudar a navegar al rover, también permitirá una temprana identificación de los objetivos de interés. Las nuevas HazCam también traen mejoras. Siguen siendo cámaras con lente de ojo de pez, un

sistema óptico refractivo de 10 elementos y una longitud focal de 14 mm. (f/12), sirviendo al mismo tipo de sensores CMOS. También cuenta con los mismos filtros de bloqueo que las NavCam. Aquí también se ha aumentado el tamaño del campo de visión, pasando de 124º en los MER y Curiosity a 136º (horizontal) x 102º (vertical), con la intención de ver mucho mejor la zona de trabajo frontal, y las ruedas en su totalidad. Las HazCam son seis: cuatro frontales y dos traseras. Las delanteras están dispuestas de forma idéntica a las de Curiosity, es decir, un par conectada a un ordenador, y el otro al segundo, por ello, su par estéreo es de sólo 25 cm. Atrás sólo hay dos, cada una a

un extremo del MMRTG, y así separadas por 93.4 cm. De este modo, tanto las NavCam como las HazCam traseras están conectadas a cada ordenador. La última cámara, la CacheCam, tiene una misión muy concreta: comprobar la correcta recogida de la muestra en cada tubo de muestras. Usa el mismo sensor CMOS de las NavCam y HazCam, pero cuenta con un sistema refractivo de seis lentes con una abertura de 50 mm. Al estar montado internamente, necesita un sistema de iluminación, contando con luces LED de luz blanca. Si bien la cámara se monta en horizontal, el tubo óptico que posee la abertura cuenta con un espejo que inclina la luz 45º para mirar hacia abajo, y de ahí a un bafle, en el que se integra el tubo rellenado para así ver el resultado de la recogida de muestras. Naturalmente, esta será la menos usada de la misión, para verificaciones y las comprobaciones de los tubos. Éstas son, sin duda, una mejora.

Ahora pasamos a las cámaras de EDL. Son, en total, siete, si contamos la Cámara del Sistema de Visión del Lander o LCAM, una parte crucial del sistema TRN. Tres observarán el despliegue del paracaídas como las Cámaras de visión hacia arriba del Paracaídas o PUC’s. En la etapa de descenso, es decir, la mochila cohete, hay otra llamada DDC, cámara de visión hacia debajo de la etapa de descenso, mientras que el rover cuenta con el resto: la cámara RUC o de visión hacia arriba, y la RDC, de visión hacia abajo. Estas seis son prácticamente idénticas: sistemas refractivos de seis elementos y longitud focal de 9.5 mm. (f/2.8) sirviendo a CCD de filtro bayer de 1280 x 1024 pixels (la DDC cuenta con un séptimo, con una longitud focal de 8 mm. y f/5.6, entregando la luz a un sensor, también CCD de filtro bayer con una superficie activa de 2048 x 1536), y

su propósito es único: observar los distintos eventos del proceso de descenso y aterrizaje. Para montar este sistema se han inspirado a la secuencia del descenso grabada por la MARDI de Curiosity y las más de mil imágenes empleadas para ver todo el descenso desde la expulsión del escudo de reentrada hasta el contacto de superficie. Éstas, sin embargo, irán más allá, porque veremos, como queda claro, el despliegue del paracaídas (las PUC rodean el cono del contenedor), la separación de la etapa de descenso de la aerovaina, así como la maniobra Sky Crane, en la que la mochila cohete hace descender al rover hasta el contacto de la superficie, terminando con el alejamiento de la mochila cohete cuando se han cortado los cables que han descendido el rover a la superficie. Las cámaras PUC adquirirán imágenes a dos cadencias: 75 y 30 fps, la DDC a 12 fps durante unos 75 segundos, la RUC a 30 fps durante 140 segundos, y la RDC a 30 fps durante 260 segundos. Así, serán miles de imágenes capturadas en los pocos minutos desde antes de la apertura del paracaídas hasta que Perseverance reposa en la superficie. Para manejar tal volumen de datos, cuenta con ordenadores propios llamados DSU’s, Unidades de Almacenaje de Datos, que congrega el ordenador que lo controla todo y la memora masiva del sistema. El procesador es un Intel Atom, y el sistema funciona con un sistema operativo Linux. En realidad son dos DSU´s, una en el rover, la principal, y la segunda en la etapa de descenso, conectándose a través de interfaces USB3 y USB2, SATA, y Ethernet Gigabit. Eso significa que las imágenes de las cámaras en la aerovaina y en la etapa de descenso se recogen en la DSU situada en este componente, y son transferidas a la del rover, que cuenta con un almacenamiento masivo de 480 GB. La última cámara, LCAM, tiene un único propósito, y nada más que uno: obtener imágenes a una altísima cadencia para ayudar a reducir el tamaño de la elipse de aterrizaje. El sistema TRN es un ordenador dedicado con un mapa pregrabado (basado en imágenes del sistema CTX de MRO) que comparará con las imágenes que LCAM adquiera, y así ayudar a encontrar un lugar de aterrizaje seguro. TRN es, en esencia, un sistema de piloto automático. La cámara es un sistema refractivo de nueve elementos, longitud focal de 5.8 mm. (f/2.7) y un sensor CMOS monocromático de 2592 x 2048 pixels, para un campo de visión de 90 x 90º. La cámara se conecta con el ordenador del TRN, denominado VCE, o Elemento de Computación de Visión, un ordenador gestionado por un procesador RAD750. La cámara deriva de la MARDI, y se ha diseñado para obtener imágenes con una alta cadencia, buscando obtener imágenes muy nítidas para ser procesadas inmediatamente por el VCE y así dirigir la etapa de descenso hacia el lugar más seguro encontrado.  Es todo muy complejo. Teniendo en cuenta que LCAM es un sistema crucial, ¿por qué el resto? La primera razón es para que el público alucine al ver, por primera vez, eventos que sólo antes nos imaginábamos. La segunda, es de ingeniería, para ver la respuesta del sistema de vuelo en las condiciones reales de operación, y ayudar a diseñar mejoras en los sistemas para futuras misiones. Sin duda, lo que se busca es atraer la atención del público. Puesto que el presupuesto sale de los impuestos, qué mejor forma de ver que se gastan bien que en esto. Como ya sabéis, no es la primera vez que hay cámaras para atraer a la gente a la misión.

Aquí acabaríamos, pero no. Porque, como anunciamos en el título, Perseverance tiene oídos. Son dos, y uno es parte de este paquete de cámaras de EDL. ¿Qué se busca? Escuchar los sonidos del descenso, a saber: despliegue del paracaídas, expulsión del escudo de reentrada, separación entre la aerovaina y la etapa de descenso, los motores en funcionamiento, el momento de tocar tierra, y si es posible, el impacto de la etapa de descenso con el suelo. Este micrófono está en el exterior del rover, envuelto por una carcasa construida a propósito, y una rejilla de campo diseñada para el entorno marciano. El micrófono se conecta a la DSU del rover mediante una conexión USB2. Se buscó un sistema lo más simple posible, por lo que es muy posible que, en momentos, pueda saturarse por diversos sonidos, como el del viento azotando durante el descenso. Durante el proceso, el micrófono tomará datos desde antes del despliegue del paracaídas hasta más allá del aterrizaje.

Y cerramos con el último micrófono, que tiene solera. El primer intento de mandar un micrófono a Marte fue el de Mars Polar Lander. Cuando se diseñó y montó en el vehículo, se empezó a criticar porque, dada su posición, no escucharía los sonidos del ambiente, quedando saturado por los ruidos del lander. Esto no fue a más, porque se perdió. El segundo intento voló con Phoenix, esta vez acoplado a la cámara MARDI. El problema, sin embargo, fue de electrónicas, porque se temía que, al poner en marcha la cámara durante el descenso, no se capturara la información de ingeniería. Así que el sistema, con el micrófono, permaneció apagado. Ahora tiene una tercera oportunidad, en el instrumento SuperCam. ¿Qué necesidad hay? Información. Durante experimentos de laboratorio, se ha descubierto que, durante el proceso de LIBS con el láser, los elementos que conforman la roca no solo brillan

de forma distintiva, también suenan de una forma única dependiendo de la roca y su composición. Por ello, el micrófono, que apenas mide 5 cm. de lado y 1 cm. de grosor, y pesa menos de 50 gramos, funcionará en concierto con el láser, aunque también obtendrá sonidos con independencia de las operaciones del instrumento. El micrófono en sí está situado junto y debajo a la apertura óptica de RMI, próximo a las cámaras izquierdas de MastCam-Z y Navcam, y se alarga como una suerte de dedo por delante de la carcasa. Puede registrar hasta 180 segundos de sonido de una tirada si se trata de funcionar en solitario, mientras que, en conjunción de LIBS, puede registrar un único disparo, o todos los que haga. De este modo, registrará el sonido ambiente, los movimientos del rover, o los disparos del láser de SuperCam.

Si pensabais que Perseverance era complicado, esta entrada lo demuestra. Y preparaos, porque lo más complejo, el helicóptero Ingenuity, está al caer…