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Drones en Marte

Rodrigo Valdivieso

Rodrigo Valdivieso

AERTEC Solutions / RPAS

El pasado 30 de Julio de 2020 se lanzó la misión Perseverance con destino a Marte. La fecha de lanzamiento fue escogida para aprovechar una ventana temporal muy limitada de sólo un par de semanas y que sólo se genera cada 26 meses cuando la Tierra y Marte están en el mismo lado con respecto al Sol y por lo tanto permiten comunicaciones sin obstáculos durante el tiempo de tránsito de la nave que es de 7 meses. La llegada de la misión a Marte está planificada para el próximo 18 de febrero de 2021.

La Misión Perseverance supone un salto cualitativo en la exploración de Marte que incluye por primera vez la incorporación de un dron denominado Ingenuity.

Esta misión es la continuación del programa de exploración espacial de Marte llevada a cabo por la NASA a través de misiones especialmente conocidas por las sondas enviadas a su superficie como la Viking 1 y Viking 2, Pathfinder, Polar Lander, Opportunity, Curiosity y otras muchas misiones menos conocidas simplemente porque no se han posado en Marte, sino que se han mantenido en su órbita realizando exploraciones remotas de su superficie y atmósfera.

La misión Perseverance situará en la superficie marciana un nuevo rover (vehículo de superficie de control remoto con una alta capacidad para tomar decisiones de forma autónoma) que supone un verdadero salto cuántico en la exploración de Marte además de la aplicación práctica de muchas lecciones aprendidas en misiones anteriores.

Es tal el número de mejoras y nuevas capacidades incorporadas y agrupadas en una sola misión que en este artículo sólo es posible tratar algunas de ellas.

Uno de los primeros datos que se pueden considerar para valorar la dimensión de esta misión comparada con las anteriores es que el rover Perseverance pesa 1,025 Kg que es casi 6 veces más de lo que pesaba el rover Opportunity enviado en 2012 (180 Kg). Esta diferencia hace que no se pueda emplear el (relativamente sencillo) sistema de amartizaje con airbags. En esta ocasión se empleará el sistema denominado Skycrane, consistente en un paracaídas de frenado inicial que se desprende cuanto se activa el vehículo de descenso soportado por retrocohetes y del cual cuelga el rover por unas eslingas con pequeñas cargas detonantes en sus extremos. Cuando el vehículo de descenso llega a una altura suficiente para que el rover se pose suavemente sobre el terreno entonces se liberan las eslingas de sus sujeciones y el vehículo de descenso aumenta su potencia unos segundos para elevarse oblicuamente y dejarse caer finalmente lejos del rover.

La estrella mediática de la misión Perseverance (al menos desde el punto de vista aeronáutico) es el dron Ingenuity.

Ingenuity es un dron de 2 Kg con un cuerpo central prismático del tamaño de una lata de refresco y unas palas contra rotatorias de casi un metro de diámetro. El rover lo acarrea en su panza y lo deposita en el suelo. Entonces se aleja varias decenas de metros para despejar la zona. Como las comunicaciones desde la Terra tienen unos 20 minutos de atraso debido a la distancia a Marte resulta inviable el control directo del dron y por lo tanto es el propio rover el que se encarga de hacer el control. Adicionalmente, Ingenuity cuenta con su propio sistema de estabilización y mantenimiento de envolvente de vuelo con giróscopos, acelerómetros, altímetros, inclinómetros y una cámara de comparación de terreno que le permite distinguir su movimiento sobre el plano del terreno.

La misión de Ingenuity consiste en hacer exploraciones lejanas de apoyo al rover y se convertirá en la primera aeronave que vuela en otro planeta.

Los desafíos para el diseño de Ingenuity son asombrosos. Para empezar, la atmósfera marciana es increíblemente tenue comparada con la de la Tierra. Tiene apenas una centésima de la densidad de nuestra atmósfera y eso hace que sea casi imposible el vuelo aerodinámico (vuelo sustentado en superficies aerodinámicas). Como referencia, la atmósfera marciana tiene aproximadamente la misma densidad que la atmósfera terrestre a 35 Km de altura donde no llega ningún avión por medio de sustentación aerodinámica (la máxima altura alcanzada nunca por un avión es de 25 Km con el SR-71 Blackbird).

Por el lado positivo, la gravedad marciana es sólo del 30% de la terrestre. Conjugando todos los factores se ha calculado que, con una configuración extremadamente ligera del dron, con unas palas contra rotatorias (con la ventaja de que la pala inferior trabaja sobre aire ya previamente comprimido por la pala superior) y con unas velocidades de pala de hasta 3.000 rpm (unas 10 veces la velocidad de las palas de un helicóptero) podrá hacer vuelos controlados de hasta 90 segundos (tiempo de sobra para realizar la misión que tiene encomendada)

Con sus paneles solares necesita un día marciano completo para recargar su batería equivalente a 3 baterías de teléfono móvil (de las cuales sólo el 30 % se emplea en el vuelo mientras que el 70% restante se emplea en mantener caliente el sistema) permitiendo hasta un vuelo diario entre 3 y 10 metros de altura y unos 300 metros de distancia.

La sub-misión Ingenuity está considerada de alto riesgo, pero también de alto resultado. Es decir, si la misión fracasa no afectará al resultado de la misión principal y si se completa sentará importantes bases técnicas para futuros vehículos de exploración en zonas que hasta ahora son inalcanzables con los rovers.

Esta misión busca principalmente condiciones actuales o pasadas compatibles con la generación y sustentación de vida.

Otra de las grandes aportaciones de la misión Perseverance es que es fundamentalmente astrobiológica, es decir, tiene como objetivo la búsqueda de condiciones actuales o pasadas que sustenten formas de vida (para más detalles ver el post “Agua en Marte”).

El punto de amartizaje está localizado dentro del cráter Jezero. El motivo de haber elegido esta zona (que va contra la lógica inmediata de hacerlo en una zona llana y extensa en lugar de hacerlo en una depresión rodeada de paredes que limitarán el movimiento futuro del rover) es porque fue producida por un gran impacto que hizo surgir a la superficie minerales pesados de su profundidad. El cráter posteriormente se llenó de agua y es altamente probable que se formasen fumarolas subacuáticas. Esto conecta directamente con el probable origen de la vida en nuestro planeta iniciado precisamente en fumarolas submarinas en las que la combinación de aporte continuo de energía térmica, elementos orgánicos complejos y agitación del medio durante millones de años diese lugar a las primeras moléculas auto replicantes que con el transcurso del tiempo evolucionarían hacia formas protocelulares.

En las zonas de máximo interés, Perseverance perforará el terreno obteniendo muestras que serán analizadas en busca de trazas de vida como en misiones anteriores, pero como novedad en este caso también serán almacenadas en cápsulas para ser recogidas y enviadas a la tierra por medio de misiones posteriores.

Este conjunto de estudios será de una altísima calidad en el estudio de posibles indicios de vida en Marte que permitirán además concretar las características de futuros candidatos de planetas habitables.

Cabe destacar el subsistema de producción de oxígeno (MOXIE) a partir del dióxido de carbono gaseoso mayoritario de la atmósfera marciana (90%). Si este equipo funciona correctamente y con la eficiencia esperada validará una capacidad sin precedentes que es absolutamente necesaria para preparar las misiones tripuladas a Marte. Por un lado, permitirá fabricar el oxígeno necesario para el viaje de vuelta a la Tierra de las futuras tripulaciones y bases marcianas y por otro lado permitirá también producir el oxidante necesario para los motores en ese mismo trayecto de vuelta con el correspondiente ahorro de medios que se traducirán en mayores capacidades de tripulantes y mayor seguridad en la operación en general.

Perserverance también incluye un sub-sistema de origen español desarrollado por el INTA denominado MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) (ver aquí) consistente en una decena de sensores de radiación, humedad, temperatura, presión, viento, etc con los cuales se caracterizará la calidad del aire marciano y sus condiciones atmosféricas en gran detalle hasta el punto de realizar diariamente un perfil de granulometría de partículas en suspensión lo cual, conjugado con lo anterior tiene especial relevancia para determinar las condiciones de los futuros asentamientos humanos.

El listado de experiencias, sensores, pruebas y resultados que se esperan de esta misión adicionales a los comentados es casi interminable. Desde probar diferentes tejidos textiles para los futuros trajes espaciales hasta el uso de láser pulsado para vaporizar el terreno y analizar la composición química de los gases desprendidos, y todo ello bien dotado de múltiples cámaras de video en todos los ángulos posibles para registrar todos los movimientos tanto fuera del rover como en su interior. Incluso se ha decidido incorporar micrófonos para registrar el sonido de Marte y de las acciones del rover ya que desde el momento en que hay atmósfera también hay transmisión aérea de sonidos. El registro de sonidos es como mínimo una actividad de curiosidad científica cuya relevancia podrá ser evaluada en esta ocasión.

En definitiva, Perseverance e Ingenuity serán probablemente el “trending topic” de febrero. Así que recuerde en esas fechas estar pendiente de la histórica primera aeronave en vuelo en otro planeta (…y aproveche este artículo para lucirse ante sus conocidos cuando le vengan comentando algo al respecto ante la lluvia de noticias que se publicarán en todos los medios en febrero.)

 

Ingenuity, a dron on Mars

 

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