Perseverance camina sobre Marte

Por primera vez hemos podido ver la secuencia de aterrizaje de un rover marciano grabado
por las cámaras de la etapa de descenso. La espectacularidad del vídeo, que deja ver
desde el descenso en paracaídas, hasta que el sistema skycrane (grúa voladora marciana) posa
el rover en el suelo, es casi idéntica a las simulaciones que con anterioridad habíamos podido ver,
pero en este caso con imágenes reales de la delicada y compleja maniobra de descenso a marte.

Marte, un mundo bastante parecido al nuestro y a la vez muy diferente. Es árido, frío, seco, con una atmosfera irrespirable, pero al mismo tiempo es lo más cercano que podemos encontrar como sustituto de la Tierra. Ningún otro planeta o luna del Sistema Solar nos ofrece las posibilidades de este para hacer de la humanidad una especie multiplanetaria.

 

Pensamos que pudo tener un pasado compatible con la vida, más húmedo y con condiciones climáticas menos extremas. En la actualidad es probable que carezca de esta, sin embargo, no tenemos ninguna certeza Aún está por explorar.

Desde la década de 1960 es visitado regularmente por naves, que en bastantes ocasiones han sido misiones fallidas. Así y todo, el inventario de artefactos que lo orbitan, han aterrizado y/o circulan por su superficie es apabullante. De las tres últimas que el pasado mes de febrero llegaron al planeta rojo, la Mars Rover Perseverance (EE. UU.) destaca por ser, por ahora, el robot de superficie más completo en cuanto a instrumentos y cometidos.

Este rover forma parte de la misión Mars 2020 de la NASA y ha sido diseñado y construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL). Fue lanzado desde Cabo Cañaveral (Florida) el 30 de julio de 2020 a las 11:50 UTC con destino al cráter Jezero situado en la región marciana de Syrtis Mayor, en el que, después de casi 7 meses de viaje, aterrizó el 18 de febrero de 2021 a las 20:56 UTC.

Perseverance ha suscitado un revuelo mediático, que hace tiempo no es común en los temas de exploración espacial. Se destacaba en titulares los “7 minutos de terror”, y no sin razón, haciendo referencia a la duración del crítico descenso del rover desde la órbita marciana hasta la superficie de forma autónoma. Esta maniobra, similar a la efectuada por el “Curiosity”, ha implicado una proeza técnica destacable, denotando la gran experiencia que la NASA tiene en el campo de las misiones espaciales robóticas.

Por la distancia que nos separa de Marte, la supervisión en tiempo real desde la Tierra no es viable, el retraso de la señal hace imprescindible que los dispositivos allí enviados operen de forma automática. Maniobras como la inserción orbital, descenso controlado y aterrizaje son operaciones críticas que han de ser gestionadas por el ordenador de a bordo. Cabe pensar que estas misiones son diseñadas teniendo en cuenta todas las eventualidades posibles, pero la realidad es otra. Todo lo imaginable es previsible, no así, lo que no somos capaces de “imaginar” o desconocemos. Durante el desarrollo de una misión espacial se presentan infinidad de factores que han de ser resueltos in situ, lo importante aquí no es tener una lista exhaustiva de todas las eventualidades, sino la previsión de estrategias operacionales con las que abordar estas cuando se presenten. En las misiones robóticas no tripuladas, los algoritmos de programación deben ser lo suficientemente inteligentes (IA) para tomar decisiones vitales de forma autónoma. En este sentido, podemos destacar el sistema de localización del lugar exacto de aterrizaje de la Perseverance, que, tras la fase de entrada en la atmosfera y frenado mediante paracaídas, fue seleccionado por el módulo de descenso para dirigirse a una zona segura.

Objetivos científicos

Como en otras misiones marcianas, la búsqueda de vida o sus huellas pasadas son una prioridad, sin embargo, hay que tener en cuenta la superioridad tecnológica de la Perseverance con respecto a los robots enviados con anterioridad a la superficie. De los datos aportados por misiones anteriores sabemos que el pasado de Marte fue más húmedo, con agua líquida que ha dejado huellas visibles en la superficie. El rover Curiosity nos ha aportado información del cráter Gale, donde los componentes químicos y las fuentes de energía necesarias para la existencia de vida están presentes, estableciendo la posibilidad de que determinadas regiones marcianas podrían haber sido compatibles con esta.

Además, no debemos obviar que la cuenta atrás para misiones tripuladas está en marcha, y es preciso ir conociendo aspectos con incidencia directa en este asunto. Perseverance también delimita objetivos en este sentido.

Podemos resumir los cometidos de este rover en cuatro grandes áreas:

  • En primer lugar, se pretende caracterizar geológicamente la zona del cráter Jezero para ver si en algún momento su historia geológica fue relevante desde el punto de vista astrobiológico.  Las imágenes orbitales de esta región nos muestran lo que parece ser un antiguo delta, así como la presencia de materiales arcillosos y carbonatos que se forman en presencia de agua. En la Tierra los carbonatos son un testigo de la evolución del clima antiguo y evidencia de vida. Digamos que en primera instancia Perseverance intentara darnos información sobre sobre la diversidad geológica actual para comprender como pudo ser en el pasado el medio ambiente y el clima del cráter Jezero.
  • En segundo lugar, y tras la caracterización geológica, buscará de forma directa evidencias de vida en el pasado a través de la posible localización de materiales con alto potencial de conservar biofirmas. Estos signos de vida pueden ser patrones característicos en la forma de las rocas o en la química de estas.
  • El tercer objetivo es el almacenaje de muestras geológicas para una eventual traída a la Tierra. Perseverance dispone de 38 tubos para almacenar muestras de roca y suelo marciano convenientemente documentados y que representen la diversidad geológica de la zona. Al final de la misión los depositará en uno o más lugares de la superficie de Marte para ser devueltos a la Tierra.
  • El cuarto objetivo de la misión es poner a prueba tecnologías que ayuden a las misiones tripuladas y el futuro establecimiento de humanos en Marte. Se verá la viabilidad de producir oxígeno a partir del CO2 de la atmosfera marciana. Con la estación meteorológica MEDA (Diseñada y fabricada por el Centro de Astrobiología, Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, España) se caracterizará el tamaño y morfología del polvo atmosférico para ver sus efectos tanto en la salud humana, como en los sistemas de soporte y equipos. Con MEDA también se realizarán las mediciones meteorológicas que ayuden a validar los modelos atmosféricos globales. Y, por último, mediante los sensores integrados en el escudo térmico y la carcasa trasera de la Mars 2020 se han recopilado datos sobre las condiciones aerodinámicas en la reentrada y descenso a la superficie, así como el rendimiento del escudo térmico.

Inserción orbital, descenso y aterrizaje

A las 20:56 UTC del 18 de febrero Perseverance ya estaba posada en suelo marciano, sana y salva, y había dejado atrás los “7 minutos de terror” del descenso automático desde la órbita a la superficie. Una fase corta, intensa y dependiente de gran cantidad de factores, y todos críticos.

Animación de la secuencia de aterrizje del robot explorador Perseverance
el 18 de febrero de 2021 en el cráter Jezero

Aterrizar en Marte es difícil, solo el 40% de las misiones enviadas han tenido éxito. Y desde Tierra solo podemos cruzar los dedos. Los 11 minutos de retraso para obtener la señal de radio desde Marte hacen inviable ningún tipo de control. Cuando el equipo de misión recibió la confirmación de que Perseverance acababa de entrar en la atmosfera, en realidad ya estaba en la superficie con más o menos fortuna.

Esta operación de aterrizaje denominada “EDL”, comienza cuando la nave alcanza la parte superior de la atmosfera marciana. La velocidad en este momento es de 20.000 km/h, que han de ser reducidos a 0 km/h en siete minutos, sin perder de vista el objetivo de depositar el rover en la zona escogida. Un frenado tan agresivo y arriesgado requiere ser muy cuidadosos y creativos. ¿Pero cómo se desarrolla el proceso de aterrizaje?

EL FINAL TRAS SIETE MESES DE VIAJE

Unos 10 minutos antes de la entrada en la atmosfera, la nave abandona su etapa de crucero, que alberga entre otros, los tanques de combustible y los paneles solares. Solo queda el aeroshell, con la etapa de descenso y el rover para bajar a la superficie. Antes de la inmersión atmosférica enciende pequeños propulsores que aseguran que el escudo térmico este orientado hacia adelante.

El aeroshell es la cubierta de la nave durante el viaje, que junto con el módulo de aterrizaje y el rover, constituyen el “vehículo de entrada”. El principal propósito de esta es proteger el módulo de aterrizaje con el rover guardado en su interior. Consta de dos elementos principales: el escudo térmico que preserva al módulo de entrada del intenso calor producido en el frenado aerodinámico, y la carcasa trasera que alberga el paracaídas, electrónica y baterías, una unidad de medición inercial para informar del balanceo, además de motores y cohetes sólidos de frenado y orientación.

Cuando penetra en la atmósfera el rozamiento disminuye la velocidad, pero también la calienta, alcanzando los 1.300˚ C unos 80 segundos después de la entrada, pero el escudo térmico mantiene al rover a una temperatura ambiente segura.

Durante su etapa atmosférica la nave encuentra capas o bolsas de aire de diferente densidad que la pueden desviar, para corregirlo activa los pequeños motores de la parte trasera del aeroshell ajustando su ángulo y dirección.

EL PARACAÍDAS MARCIANO

Cuando el frenado aerodinámico ha reducido la velocidad a 1.600 km/h, el paracaídas supersónico puede ser usado con seguridad. Este, con 21,5 metros de diámetro, se despliega 240 segundos después de la entrada, con la nave a 11 kilómetros de altura. Para determinar este crítico momento, Perseverance utiliza una tecnología conocida como “Range Trigger”, que calcula su distancia al objetivo de aterrizaje para abrir el paracaídas en el momento idóneo.

ADIÓS AL ESCUDO TÉRMICO

Veinte segundos después del despliegue del paracaídas, el escudo térmico se desprende y el Perseverance queda expuesto a la atmosfera marciana por primera vez. Las cámaras comienzan a monitorear la superficie que se acerca rápidamente y se activa la navegación relativa al terreno (EDL). Mientras el radar informa de la altitud, Perseverance compara las características orográficas dele terreno con un mapa disponible a bordo para elegir el lugar más seguro.

CUANDO EL PARACAÍDAS NO ES SUFICIENTE

El paracaídas ha dejado la nave a una velocidad de 320 km/h, excesiva para aterrizar. La fina atmosfera marciana no permite un frenado mayor, como ocurriría en la Tierra, es necesario, por tanto, usar la asistencia de cohetes para completar el resto del camino. Para ello, encima del rover, en la carcasa trasera se encuentra una etapa de ocho propulsores que apuntan hacia el suelo.

A unos 2.100 metros de altura esta también se separa del rover y enciende los motores de la etapa de descenso, haciendo que la nave se ladee de un lado hacia otro para evitar la caída del paracaídas y el caparazón que baja tras ella. La dirección de desvió es determinada por la computadora de navegación para optimizar la llegada al blanco seleccionado.

UNA GRÚA MARCIANA VOLADORA

A medida que la etapa de descenso nivela y ralentiza la velocidad hasta 2,7 km/h, se da paso a la siguiente y definitiva etapa del aterrizaje. En este momento entra en juego la “grúa aérea”. Unos 12 segundos antes de tomar tierra y a unos 20 metros de altura, desciende el rover hacia la superficie suspendido en unos cables de 6,4 metros de largo, al tiempo que este despliega y bloquea sus ruedas en posición de aterrizaje.

En el momento que el rover detecta que ha tocado suelo, corta la conexión con los cables que lo conectan con la etapa de descenso, y esta se aleja para hacer un aterrizaje no controlado lejos del rover.


Perseverance: diseño e instrumentos

Con un diseño similar al de su predecesor Curiosity, el rover Perseverance tiene como fuente principal de energía un generador termoeléctrico de radioisotopos (MMRTG) alimentado por 4,8 kilogramos de dióxido de plutonio que genera una potencia eléctrica de unos 110 vatios, y una vida operativa estimada de 14 años. También posee baterías de iones de litio recargables por medio de paneles solares, para poder atender demandas de energía que excedan a la proporcionada por MMRTG. Esta configuración proporciona operatividad independientemente de las condiciones ambientales, hora del día, estaciones, tormentas de polvo, etc.

El ordenador con el que está equipado el rover es una unidad RAD750 fabricado por BAE Systems Electronics, Intelligence & Support, especialmente preparado para soportar la radiación del generador MMRTG, que dispone de 128 MB DRAM y opera a 133 MHz.

Para la recogida de muestras, un brazo robótico articulado en cinco secciones y 2,1 metros de longitud, trabajará conjuntamente con la torreta de análisis de muestras, y 23 cámaras adosas a la estructura del rover nos mostraran Marte como nuca antes. Otra novedad, por primera vez escucharemos los sonidos del ambiente marciano con la ayuda de dos micrófonos destinados a tal fin.

Primeros sonidos de la superficie de Marte, grabados por el micrófono situado en el costado del rover Perseverance el 20 de febrero de 2021. En el primer audio, dominan los sonidos del propio rover. En el segundo, el sonido se filtró para hacer más audibles los sonidos de Marte, percibiendo un poco de viento del ambiente marciano. Esta es la primera vez que se equipa un vehículo de Marte con un micrófono.

Audio original

Audio filtrado

Adosado al rover, también va un pequeño helicóptero llamado “Ingenuity”, que es principalmente un sistema de demostración, ya que nunca se ha efectuado un vuelo de estas características en una atmosfera no terrestre. Si todo sale como se espera, en esta misión se utilizará para la asistencia del trazado de recorridos de forma anticipada. Será emociónante ver la superficie de Marte desde el punto de vista de un drone.

Ingenuity Mars Helicopter en la superficie marciana (concepto artístIco)

La lista definitiva de instrumentos que porta Perseverance fue anunciada el 31 de julio de 2014, a partir de 60 propuestas realizadas en base a los objetivos científicos.

  • Instrumento Planetario para Litio-química en rayos X PIXL (Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry). Un espectrómetro de fluorescencia de rayos X que ayudara a determinar la composición elemental de la superficie de Marte a una escala fina.
  • Sensor de Imágenes por Radar para la Exploración del Subsuelo Marciano RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Exploration). Un georadar para explorar bajo tierra la geología de la zona.
  • Analizador de Dinámica Ambiental Marciana – MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer). Estación meteorológica que aportará información sobre estado en la zona del rover, de valores como temperatura, humedad, tamaño y forma del polvo marciano, velocidad y dirección del viento.
  • Experimento ISRU de Oxígeno en Marte MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment). Dispositivo para producir oxígeno a partir de la atmosfera de Marte.
  • Instrumento para identificar la composición química de rocas y suelos, incluida su composición atómica y molecularSuperCam.
  • Sistema de cámaras capaces de realizar zoom y tomar imágenes panorámicas o espectroscópicas – Mastcam-Z.
  • Escaneo de Ambientes Habitables con Raman y Luminiscencia para compuestos Orgánicos y Químicos SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals). Instrumento para examinar el espectro de muestras superficiales para conocer su composición y encontrar compuestos orgánicos.

Jezero: el destino

Jezero (nombre que hace referencia a un municipio de Bosnia Herzegovina) es un cráter de impacto situado en el hemisferio norte de Marte. Con unos 45 km de diámetro, se formó hace unos 4.000 millones de años, y muestra indicios de que albergó un extenso lago de agua, ya que es rico en sedimentos lacustres arcillosos lo que lo hace idóneo para la búsqueda de biofirmas. Cuenta con dos desembocaduras situadas al oeste y al norte, y un valle de salida en la parte oriental.

La historia geológica de este cráter nos habla de un pasado, en el que dos canales rompieron hasta convertirlo en un lago durante el tiempo en el que el planeta albergo agua. Posteriormente, cuando el agua líquida y casi todo el hielo desaparecieron de Marte, Jezero se convirtió en un lecho lacustre seco. Esto nos ha dejado un interesante registro de sedimentos acumulados que nos permitirán estudiar la evolución geológica de Marte durante miles de millones de años, y quién sabe si tal vez, alguna forma de vida microbiana pudo prosperar en la zona durante el periodo húmedo del planeta.

Jezero se encuentra próximo a Isidis Planitia donde un impacto de meteorito dejo un enorme cráter de unos 1.200 kilómetros de diámetro, que cambió de forma drástica la composición geológica de la región. Más tarde, un impacto de menor calado produjo dentro de la cuenca de Isidis, el cráter Jezero. Isidis con el tiempo fue parte de un antiguo océano, mientras Jezero recibió parte del drenaje de un delta fluvial que lo convirtió en un lago. Estos datos se apoyan en las observaciones de la Mars Reconnaissance Orbiter que ha detectado arcillas en su interior que solo se forman con la presencia de agua.

Sobrevuelo del cráter Jezero a partir de las imágenes de la cámara de alta
resolución del Mars Express de la ESA

¿Que nos contará Perseverance?

Este rover no estará solo en el planeta rojo, al igual que Curiosity (aún operativo) tiene como destino un cráter, y está claro que buscan respuestas en las huellas del agua. No podía ser de otra forma, los humanos, los creadores de estos robots interplanetarios, hemos aparecido y prosperado en un mundo lleno de agua, y Marte en muchos sentidos, comparte evolución con nosotros. Pero en la actualidad es un mundo muy seco.

Perseverance se desplaza sobre arenas rojizas no muy distintas de las de algunas regiones de la Tierra, sin embargo, todo parece indicar que el fenómeno biológico, de haber existido, solo es parte de un pasado remoto y temprano de la evolución de este mundo. Quizás este rover nos de grandes respuestas, o al menos, pequeñas respuestas que vallan completando el puzle marciano. Pero como suele ocurrir, lo más probable es que los datos que nos envíe de vuelta a la Tierra estén llenos de interrogantes. Preguntas que solo podamos empezar a responder, cuando pisemos las arenas por las que ahora ruedan nuestros embajadores robóticos.

Perseverance es un paso para poblar Marte de marcianos, una etapa hacia un nuevo hogar en el cuarto planeta del Sistema Solar.

 

Sobre el nombre del rover

La NASA realizó un concurso entre los alumnos de primaria y secundaria de los Estados Unidos para dar nombre a esta misión. Se recibieron un total de 28.000 propuestas. El 5 de marzo de 2020 se anunció que la ganadora pertenecía a un estudiante de séptimo grado de Virginia, Alexander Mather. Este escribió en su ensayo ganador:

“Curiosidad. Perspicacia. Espíritu. Oportunidad. Si lo piensas, todos esos nombres de los anteriores rovers marcianos son cualidades que tenemos como humanos. Siempre somos curiosos y buscamos oportunidades. Tenemos el espíritu y la perspicacia para explorar la Luna, Marte y más allá. Pero, si los rovers deben ser nuestras cualidades como raza, nos hemos olvidado de lo más importante. La perseverancia. Los humanos hemos evolucionado como criaturas capaces de adaptarnos a cualquier situación, sin importar lo dura que sea. Somos una especie de exploradores, y nos vamos a encontrar con muchos imprevistos de camino a Marte. Pero podemos perseverar. Nosotros, no como una nación sino como humanos, no nos daremos por vencidos. La raza humana siempre perseverará hacia el futuro”

 

Los primeros paseos del rover

Los primeros paseos del rover, y las primeras huellas sobre la arena marciana.

 

Algunas imágenes de la misión Perseverance

Un comentario en “Perseverance camina sobre Marte

  1. Pingback: Próxima estación: Marte | Mundos Distantes

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