1.5 Robótica en la exploración espacial: los rover de Marte.

Transcripción

1 1.5 Robótica en la exploración espacial: los rover de Marte. La exploración de Marte por parte de la NASA comenzó en con el proyecto Viking y alcanzó un desarrollo considerable a partir de los años 90 con los rover de exploración marciana. Los proyectos de la NASA en Marte con vehículos robóticos de operaciones (rover) han resultado muy exitosos, superando ampliamente los objetivos iniciales previstos. El último rover enviado a Marte aterrizó sobre su superficie en agosto de Curiosity, un rover diseñado para comprobar la habitabilidad pasada del planeta Marte, está equipado con más de diez instrumentos, entre ellos REMS (Rover Environmental Monitoring Station) una estación meteorológica desarrollada en España por el Centro de Astrobiología, perteneciente al CSIC (Centro Superior de Investigaciones Científicas). La antena de alta ganancia para las comunicaciones del rover también ha sido desarrollada en España por la empresa ASTRIUM, perteneciente al grupo AIRBUS. Hasta este momento se han posado 4 rovers en Marte: Sojourner, Spirit y Opportunity (MER-A y MER-B) y Curiosity. En la actualidad existe un proyecto en desarrollo para situar en el año un rover en la superficie de Marte para detectar directamente la presencia de vida en el planeta. Web del Centro de Astrobiología de Madrid. CAB CSIC 13

2 1. MISIÓN MARS PATHFINDER (Rover Sojourner). La sonda Mars Pathfinder fue la segunda misión del programa Discovery de la NASA, y la primera en situar con éxito un rover en Marte. El programa Discovery fue una iniciativa creada en los años 90 para la exploración del Sistema Solar con proyectos de desarrollo cortos y bajo coste (menos de 425 millones de dólares). El objetivo principal de la misión Mars Pathfinder era comprobar el funcionamiento de algunas tecnologías que serían utilizadas en posteriores proyectos que emplearían rovers más complejos y avanzados. El diseño y desarrollo técnico de la misión se realizó en colaboración conjunta de la NASA y JPL El sistema enviado a Marte constaba de dos partes: Por un lado el aterrizador, que era el sistema base de comunicaciones con la tierra, y por otro el rover, un vehículo robot de nombre 'Sojourner' con capacidad para moverse sobre suelo marciano. 14

3 La sonda robótica Mars Pathfinder fue lanzada el 4 de diciembre de desde el Centro Espacial Kennedy y se posó con éxito sobre la superficie de Marte el 4 de Julio de La masa total del conjunto de la misión en el lanzamiento era de 890 Kg. incluyendo el combustible para el viaje. MASA Y DIMENSIONES DE ROVER La masa total del pequeño rover era de 10,6 kilogramos. Tenía una longitud total de 63 cm y anchura de 43 cm. Su altura era de 28 centímetros (sin la antena) y tenía una elevación inferior de 13 centímetros sobre el suelo. El espacio dentro del aterrizador para el rover era de tan sólo 20 centímetros por lo que el este debía viajar con las ruedas plegadas. 15

4 Una de las innovaciones de la misión que se quería probar para aplicar en futuros lanzamientos de sondas fue el uso de paracaídas y airbags en combinación con retrocohetes para tomar tierra de manera segura (ver diagrama). Este sistema sería posteriormente utilizado con los rover gemelos MER-A y MER-B (Mars Exploration Rover). Con el rover Curiosity se utilizó un sistema de amartizaje más complejo, debido a su mayor tamaño y masa. El Sojourner exploró Marte durante aproximadamente 3 meses hasta finales de septiembre del mismo año. La duración de la misión triplicó el tiempo esperado, la estación base recibió su última comunicación con la tierra el 27 de septiembre de y el final oficial de la misión fue el 10 de marzo de Durante su misión envió alrededor de imágenes de Marte ( de la sonda espacial y 550 del Sojourner), así como datos relevantes sobre la composición química de las rocas presentes en la superficie marciana y diversa información meteorológica sobre el planeta. 16

5 2. MARS EXPLORATION ROVER (MER): SPIRIT Y OPPORTUNITY Tal y como Hemos visto en la sección anterior, el proyecto Mars Pathfinder fue un experimento técnico para probar sistemas tecnológicos con el fin de situar con éxito un rover más pesado y complejo en la superficie de Marte. La misión resultó muy exitosa por lo que la Nasa junto con el JPL (Jet Propulsion Laboratoy) ya estaban preparados en el para hacer aterrizar en Marte dos rovers geológicos más avanzados, grandes y con mayores prestaciones que el Sojourner. La finalidad le los dos nuevos rover gemelos era buscar restos de la existencia de agua pasada o presente en Marte ya que esto es condición necesaria (aunque no suficiente) para el desarrollo de la vida en otros planetas. Situar estos dos rover en Marte era como llevar dos Geólogos robóticos al Planeta Rojo. Equipados con taladros, herramientas de abrasión de rocas y analizadores químicos más avanzados que el del Sojourner, su meta principal era analizar una amplia gama de rocas y de suelos, los cuales encierran claves para descifrar la presencia y la actividad del agua en el pasado de Marte. Las naves fueron enviadas a lugares con interés geológico de Marte donde se creía que podían haber sido afectados por agua líquida en el pasado. La duración inicial de su misión era de aproximadamente 3 meses aunque hoy en día, y después de 10 años, uno de los dos rover todavía sigue en activo, siendo hasta este momento los rover más productivos y duraderos en cuanto a información geológica y fotografías obtenidas de Marte. Lo más importante es que mediante el análisis de rocas y sedimentos, han proporcionado pruebas prácticamente irrefutables de que en Marte hubo agua en estado líquido en la antigüedad. 17

6 SPIRIT (MER A) OPPORTUNITY (MER B) Fecha de lanzamiento 10 de junio de julio Llegada a Marte 4 de enero de enero Fin de la misión Inactivo desde 22 de marzo Activo Distancia recorrida 7,7 Km > 36 Km (mayo 2.013) INSTRUMENTOS Y DETALLES TÉCNICOS DE LOS ROVER Masa y dimensiones: aproximadamente 185 Kg y el tamaño de un quad. La altura de estos rover es 5 veces mayor que la del Sojourner si contamos con el Mastcam. El Mastcam es el mástil que contiene las cámaras fotográficas de navegación y un analizador químico. 18

7 Fuentes de energía: paneles solares de alta eficiencia que pueden generar hasta 800 vatios por hora (similar a lo que consume una lavadora). La superficie total de los paneles es de 1,3 metros cuadrados. Los acumuladores eran baterías de Li-ion. Cámara Panorámica (Pancam): sirve para determinar la textura del terreno y las rocas cercanas al rover por si pudieran tener interés geológico. Es la cámara principal de la nave y la encargada de realizar las fotografías panorámicas de alta resolución, en estéreo y en color. Equipo de Imágenes Microscópicas (MI). Es una cámara que lleva acoplado un microscopio. Sirve para tomar imágenes con muchos aumentos de rocas hayan sido analizadas por otros instrumentos del rover. Herramienta de Abrasión de Rocas (RAT). Es una herramienta geológica similar a un taladro que sirve para remover la superficie exterior de la roca a analizar y así exponer el material para el estudio con los analizadores. Velocidad y distancia recorrida. Antes de descender sobre Marte, la meta de cada rover era recorrer un total de un kilómetro de distancia pero este objetivo ha sido ampliamente superado por los dos rover. Analizadores químicos. Entre los instrumentos del rover destacan varios analizadores avanzados de composición química de las rocas de Marte. cámara panorámica PANCAM 10 años de los MER. La odisea de Spirit y Opportunity, los infatigables exploradores marcianos [BLOG] 19

8 3. MARS SCIENCE LABORATORY: ROVER CURIOSITY Curiosity, cuyo nombre formal es Mars Science Laboratory (Laboratorio Científico de Marte) es considerado como el vehículo robotizado más grande, avanzado y caro que haya sido enviado hasta el momento a otro planeta. El rover Curiosity fue lanzado el 26 de noviembre del año a bordo de un cohete Atlas V para comenzar su viaje de casi nueve meses y 482 millones de kilómetros al Planeta Rojo, y amartizó el 6 de agosto de mediante un complejo sistema totalmente automatizado que requería seis configuraciones vehiculares, 76 dispositivos pirotécnicos, el mayor paracaídas supersónico jamás construido, y más de medio millón de líneas de código de programación. Cualquier pequeño error técnico durante el proceso de descenso y aterrizaje en Marte habría convertido un robot de 900 Kg de masa y 2500 millones de dólares en un amasijo de metales esparcidos sobre la superficie del Planeta Rojo. No en vano, al proceso de entrada y descenso de este robot se le denominó los siete minutos de terror. Afortunadamente todos los sistemas funcionaron a la perfección y el proyecto durará algo menos de dos años terrestres (686 días), o un año marciano completo, pero la NASA espera que como en el caso de rovers anteriores, Curiosity supere este margen de tiempo. Es el instrumento más avanzado que se ha enviado al espacio, es la joya de la corona en la exploración espacial, y de momento, salvo algunos leves percances, parece que todo va bien. Este rover está equipado con más de 80 Kg de instrumentos científicos, esto es más de 10 veces el peso de los instrumentos científicos que llevaban a bordo los MER Spirit y Opportunity. Los objetivos de la misión son la determinación de la habitabilidad de Marte estudiando su climatología y aspectos geológicos, así como recoger datos sobre moléculas orgánicas como el metano. 20

9 Curiosity durante su desarrollo en las instalaciones del Jet Propulsion Laboratory (JPL). En la parte de atrás del rover se puede observar la fuente de energía eléctrica: el generador termoeléctrico de radioisótopos. El rover Curiosity tiene un tamaño aproximado de un coche pequeño. 21

10 SECUENCIA DE ENTRADA, DESCENSO Y ATERRIZAJE Los siete minutos de terror, o como los científicos de la NASA denominan al periodo de tiempo que comprende la entrada, descenso y aterrizaje, comienza en la parte superior de la atmósfera marciana que es 100 veces menos densa que la de la Tierra. En estos siete minutos la nave que contiene el rover debe reducir su velocidad desde km/h hasta detenerse completamente sobre el suelo marciano. Animación de la entrada, descenso y aterrizaje de Curiosity ENTRADA. Durante la entrada el complejo que contiene el rover utiliza 8 pequeños motores jet que lo posicionan para entrar en la atmósfera marciana con un ángulo correcto. La fricción reduce su velocidad hasta km/h y el escudo protector alcanza temperaturas cercanas a los 2.000ºC. DESCENSO. Se reduce su velocidad hasta aproximadamente Km/h, momento en el cual se despliega el paracaídas de nylon y polyester. 90 segundos después la velocidad de la nave se sitúa en torno a 290 Km/h a una altura aproximada de 8 Km. ATERRIZAJE. A una altura aproximada de metros se activan los retrocohetes del módulo de descenso para frenar su velocidad hasta que a una altura de 25 metros sobre la superficie, se activa la grúa. La función de esta grúa es posar el rover con suavidad a una velocidad de 3 Km/h. 22

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12 INSTRUMENTOS Y DETALLES TÉCNICOS DE CURIOSITY Masa y dimensiones. 900 Kg y el tamaño aproximado de un coche pequeño. Fuentes de energía. Generador termoeléctrico de radioisótopos (MMRTG) y baterías de iones de Litio Li-ion que generan una potencia aproximada de 900 W/h. Debido al elevado consumo eléctrico del sistema, no es viable el uso de paneles solares en este rover. Cámaras de fotos (MastCam, MAHLI, MARDI, Hazcams y Navams). El rover Curiosity está equipado con 5 sistemas de captación de fotografías con funciones y características específicas. MASTCAM Este sistema proporciona imágenes en diferentes espectros y en color real a través de cámaras con visión estereoscópica (3-D). Es Un modelo similar al de los MER aunque más avanzado. MAHLI Mars Hand Lens Imager. Este sistema consiste en una cámara montada en el brazo robótico del rover, y se usa para obtener imágenes microscópicas de las rocas y suelo marciano. Es similar al MI (Microscopic Imager) de los MER. 24

13 MARDI Mars Descent Imager. Sistema encargado de tomar fotografías durante el descenso a la superficie marciana cuyo objetivo es fotografiar y hacer un mapeo del terreno alrededor del punto de aterrizaje. HAZCAMS Hazard Avoidance Cameras o cámaras de evasión de riesgos. Son cuatro pares de cámaras de navegación en blanco y negro situadas en la parte delantera, izquierda, derecha y trasera del rover. Se utilizan para la prevención de riesgos del rover y para la colocación segura del brazo robótico en las rocas y suelo. NAVCAMS Cámaras de navegación. Son dos pares de cámaras de navegación en montadas sobre el mástil del rover. Sirven de apoyo a las otras cámaras de navegación y pueden realizar fotografías en 3-D. Analizadores químicos (APXS, ChemCam, CheMin, SAM). El rover Curiosity está equipado con una cantidad instrumentos destinados al análisis químico de rocas y minerales que supera ampliamente a todo lo llevado previamente a la superficie marciana. Estación meteorológica REMS (Rover Environmental Monitoring Station). Es una estación meteorológica desarrollada en España con tecnología de vanguardia. Web oficial de la NASA sobre la misión Mars Science Laboratory. Curiosity. Un año en Marte. [BLOG] 25