lunes, 6 de agosto de 2012

Marte necesita vehículos (y Curiosity es uno de los grandes)

Luego del aterrizaje de Curiosity, revisemos un poco la historia de la exploración de Marte.

Panorama del cráter Greeley por el rover Opportunity. Créditos: NASA.

¿Dónde más se puede encontrar otro mundo como la Tierra? Venus es similar en tamaño y masa a nuestro planeta, pero su elevada temperatura en la superficie y su lluvia de ácido sulfúrico limita las comparaciones; otros mundos interesantes carecen de la atmósfera o son demasiado fríos. Pero Marte tiene un gran potencial. A pesar de poseer una atmósfera delgada con dióxido de carbono y baja gravedad en la superficie (una persona que pese 68 kilogramos en la Tierra, sólo pesaría 25 kilogramos libras en Marte), el planeta es lo suficientemente parecido a la Tierra para ofrecer una promesa de habitabilidad, ya sea para el futuro de la humanidad, o en su pasado o presente con formas de vida nativas.

Por lo tanto, no es de extrañar que Marte sea un objetivo de exploración desde el comienzo de los vuelos espaciales. Las primeras misiones enviadas a Marte por la Unión Soviética iniciaron en 1960, a escasos tres años después del Sputnik. El primer sobrevuelo con éxito sucedió en 1965 por el Mariner 4 de la NASA y el primer aterrizaje con éxito fue la soviética Mars 3 en 1971. Que los exploradores dejarán de transmitir poco después del contecto fue algo común durante varios años al respecto una entrada en la Wikipedia con la cronología de la exploración de Marte es una lectura aleccionadora.

Comparando los diversos fracasos frente a los aterrizajes exitosos hace que se vean aún más sorprendentea. Con el Mars Science Laboratory (MSL), conocido como Curiosity, que llego a Marte el 06 de agosto, se puede hacer una retrospectiva sobre la exploración marciana.

Un vikingo llega a Marte

Nave Viking. Créditos: NASA.

Viking 1 de la NASA aterrizó en Marte el 20 de julio de 1976, mientras que su gemela Viking 2 llegó unos meses más tarde el 3 de septiembre. Ambos módulos de aterrizaje son similares, consistían en un marco de aluminio resistente con tres patas para sostenerse por encima de la superficie marciana.

El promedio de la presión atmosférica de Marte es tan sólo el 0.6 por ciento de la Tierra, es decir, la fricción atmosférica no siempre es fiable para frenar la entrada. Los ingenieros tienen que ser creativos al colocar sondas en el planeta. Los módulos de aterrizaje Viking (pesaban cada uno kilogramos 571 en la Tierra) fueron equipados con paracaídas y cohetes que apuntaban hacia abajo para frenar su descenso. Para complicar las cosas, el equipo de los Viking (que incluía al científico Carl Sagan) quería evitar la contaminación química de Marte. Finalmente, se utilizo el empuje con cohetes retro a través de 18 boquillas, empleando un tubo de escape.

La misión científica de Viking era ambiciosa: buscaba un estudio de la composición química, geológica, meteorológica y (con suerte) de las propiedades biológicas de Marte. Para este fin, cada módulo de aterrizaje estaba equipado con un brazo robótico de excavación, dos cámaras panorámicas cilíndricas, una estación meteorológica completa y un espectrómetro de masas para identificar los componentes químicos de la atmósfera y el suelo. Viking fue un experimento extraordinariamente bien diseñado, uno de los triunfos de la exploración robótica.

A pesar de las concepciones de autores de ciencia ficción sobre el desarrollo de una civilización que prospero en Marte, los científicos aún debaten si los sensores biológicos en Viking eran capaces de encontrar vida microbiana o no.

La Viking 1 dejó de operar seis años después de su descenso, después de un error de uno de los controladores en la Tierra que cerro una antena de comunicaciones. La batería del Viking 2 fracasó después de tres años de operaciones. Desde entonces, la nave ha recibido una visita ficticia por parte de un niño pequeño y su tigre, y las sondas Viking fueron identificados desde la órbita por la cámara de HiRise del Mars Reconnaissance Orbiter.

El primer vehículo

El rover Sojourner se encuentra aún en Marte. La imagen fue tomada por Carl Sagan Memorial Station, una herramienta de la misión Mars Pathfinder. NASA/JPL.
Quince años pasaron entre el final del programa Viking y el siguiente aterrizaje con éxito: la misión Mars Pathfinder, que incluyó un módulo de aterrizaje fijo que desplegó el primer vehículo robótico autonomo. Nombrado Sojourner en honor al líder de derechos civiles Sojourner Truth , este rover fue una misión de prueba de concepto que ayudó al diseño posterior del Spitit, Opportunity y Curiosity.

Pathfinder utilizo el mismo método de aterrizaje que emplearon Spirit y Opportunity. En lugar de tocar el suelo con cohetes, el módulo de aterrizaje uso bolsas de aire inflables. Después de la entrada y con un descenso en paracaídas -se desaceleró, usando bolsas de aire para amortiguar el impacto- y la nave rebotó en realidad contra la superficie antes de descender. Los cojines luego se desinflaron para permitir que el vehículo pudiera salir.

Pathfinder se recuperó de una parada de 4 de julio de 1997 en Ares Vallis, una llanura pedregosa en el hemisferio norte de Marte. La ubicación fue seleccionada por ser bastante plana y debido a la gran cantidad de rocas ayudaron a la navegación de Sojourner.

Sojourner era mucho más pequeña que las otras sondas, tenía solo 10,5 kg de masa. Este pequeño tamaño le permitió escalar rocas con facilidad, gracias a un bajo centro de gravedad y sus seis ruedas articuladas de forma independiente. De hecho, considerando uno de los líderes del proyecto, Dan Britt, de la Universidad de Florida, Sojourner era demasiado bueno para escalar rocas, ya que tenía la mala costumbre de quedarse atascado. El vehículo también resultó tener miedo de su propia sombra. Desde que comenzó a funcionar de forma autónoma en el terreno rocoso, Sojourner tenía un algoritmo de evasión de obstáculos que se activaba cuando la sombra del robot aparecía en su camino.

Las rocas de la región de aterrizaje fueron nombrados empleando personajes de dibujos animados (Scooby Doo, Ren, Stimpy, entre otros), ya que los nombres necesarios tenían que ser memorables, -no peyorativos- y no basarse en personas reales. Pathfinder también hizo algunos descubrimientos importantes sobre el clima de Marte, incluyendo las nubes que se forman al atardecer y la frecuencia relativa de las tolvaneras de la superficie. Sojourner experimento cerca de dos remolinos de polvo todos los días, que mostraba lo volátil que el clima marciano puede ser.

Sojourner soporto cerca de tres meses, más allá del final programado para un mes de su misión. Esta experiencia presagió el éxito de Spirit y Opportunity.

El octavo año para una misión programada de 90 días

El proyecto científico de Bruce Banerdt considero una prueba para saber si el rover podía liberarse de suelo blando. Esta foto muestra el tamaño real del vehículo, en comparación con un ser humano. Créditos: NASA/JPL-Caltech

Las sondas Viking fueron un gran éxito, pero no permitieron responder a una de las grandes preguntas: ¿Marte tiene agua? Varias imágenes desde la órbita son muy sugestivas para señalar antiguos mares y ríos, pero eso sólo hizo que aumentará el misterio. Si Marte tuvo agua superficial en el pasado, ¿a dónde se fue? ¿Esta a un metro bajo tierra? La vida en la Tierra requiere agua líquida, descubrir agua en Marte sería significativo. Con este fin, el Mars Exploration Rovers Spirit y Opportunity -se construyeron para estudiar la geología de Marte-, estudian si hay y cómo se formó el agua.

Para dar cabida a esta misión científica, los vehículos se hicieron mucho más grandes que el Sojourner, cada uno con una masa de 185 kilogramos. Sin embargo, comparten los mismos seis ruedas articuladas que el diseño anterior y fueron alimentadas con paneles solares. El ambiente polvoriento en Marte en realidad ayudó a mantener la arena alejada de los paneles mediante el viento, manteniéndolos limpios y en condiciones de trabajo, permitiendo a los vehículos seguir adelante más aún de su misión programas para 90 días sol. (Un día "sol" es un día marciano, cuya duración es de 24 horas y 39 minutos de largo, por las normas de la Tierra).

Spirit aterrizó en Marte el 4 de enero de 2004, seguido por el Opportunity el 25 de enero. Ambos vehículos están equipados con cámaras panorámicas, una herramienta de abrasión (RAT) para la molienda de trozos de rocas y una suite de herramientas de análisis químicos, incluyendo rayos X además de equipos de imágenes microscópicas. En otras palabras, los vehículos son excelentes laboratorios móviles y han sido capaces de explorar distintas regiones geológicas en la superficie de Marte.

Ambos rovers encontraron abundante evidencia sugerente de un Marte con agua en el pasado. Por nombrar sólo dos, la rueda de Spirit descubrió un pedazo de tierra que se parece a las aguas termales en la Tierra y el Opportunity descubrió una serie de piedras esféricas conocidas coloquialmente como "arándanos", que podría haberse formado en un ambiente húmedo. Ambos vehículos también descubrieron rocas con características que no se encuentran en ningún lugar de la Tierra.
Los "arándanos" en Marte, descubiertos por el rover Opportunity: son cuerpos esféricos que pudieron haberse formado en condiciones acuosas. Créditos.

La misión de Spirit duró cinco años más que la duración estimada para la misión original, antes de quedar atrapado y perder poco a poco sus funcionalidades, Opportunity sigue funcionando en su octavo año.

Agua, agua (tal vez) haya en todas partes


Los vehículos marca una nueva etapa en la exploración marciana, pero aún el Viking Lander todavía tiene un gran mérito. Por esa razón, la sonda Phoenix fue construido como un laboratorio estacionario como los Vikings, pero usando energía solar y una estricta misión para determinar la composición química de la superficie de Marte. Phoenix (nombre debido a que "surgió de las cenizas" de un proyecto anterior) utiliza cohetes para descender en la superficie de Marte el 25 de mayo de 2008. Fue la primera sonda en aterrizar con éxito en la región del Polo Norte, un poco al sur de la capa de hielo.

Phoenix estaba equipado con un laboratorio de química sofisticada y un brazo robótico, con una pala en la punta. La sonda cavo varias trincheras y encontró hielo de agua. La acción de los retro-cohetes en el aterrizaje despejó el suelo marciano suelto, dejando al descubierto hielo. El análisis del material recogido por la pala no encontró signos reveladores de vida o actividad biológica, pero aún no se descartan por completo las posibilidades.

Phoenix cumplió con su misión científica y debido a los graves daños debido al hielo en uno de sus paneles solares se apago por completo el 25 de mayo de 2010. El último tweet enviado desde la cuenta @PhoenixMars al término de su misión científica anunciaba "triunfo" en sistema binario, con un corazón en ASCII.

Marte, hasta que no se duerma

El Mars rover Curiosity en el laboratorio durante el montaje en el JPL. Tenga en cuenta lo mucho mayor curiosidad es que el Espíritu, que se muestra en la imagen anterior. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

El Mars Science Laboratory (MSL) es el nombre oficial del nuevo rover, conocido como Curiosity. Cuya llegada fue el día de hoy.

Los equipos científicos y de ingeniería no pudieron descansar hasta estar seguros que el rover se encontraba en la superficie del planeta. Dado que diversas sondas han fracasado en el pasado, la preocupación por la seguridad de la misión se justifica para no usar el método de airbag de aterrizaje. En su lugar, se usará cohetes de ayuda conocidos como el Sky Crane para bajarlo una parte de su descenso. La NASA ha descrito esta forma de aterrizar como "siete minutos de terror", que es aproximadamente el tiempo que el rover tomará para hacer su descenso final a la superficie marciana.



Curiosity es un laboratorio aún más grande que Spirit y Opportunity, con una gama completa de equipos detectores de radiación, junto con un aparato de química diseñado para buscar moléculas orgánicas asociadas con la vida en la Tierra. Si hay vida en Marte o no, con un mejor equipo revelara algo nuevo como ya lo han hecho Sojourner, Viking, Spirit y Opportunity antes.

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