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El helicóptero que volará en Marte

Ciencia tecnología e innovación El Mundo Al Instante 25 de enero de 2021
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(Ilustración: NASA JPL / Caltech)

Cuando el rover robótico Perseverance de la NASA llegue a Marte el 18 de febrero de 2021, llevará un pequeño pero portentoso pasajero: el Ingenuity (“Ingenio”), un helicóptero robótico.

El helicóptero, que solo pesa unos 2 kilogramos en la Tierra y tiene un fuselaje del tamaño de una caja de pañuelos, comenzó hace seis años como un desafío que parecía poco plausible superar. Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, en el sur de California, sabían que era teóricamente posible volar en la tenue atmósfera de Marte, pero nadie estaba seguro de poder construir un vehículo lo suficientemente potente como para volar, comunicarse y sobrevivir de forma autónoma con las extremas restricciones de su masa.

Luego, el equipo tuvo que demostrar en pruebas terrestres que el helicóptero podía volar en un entorno similar al de Marte. Ahora ya solo queda afrontar el momento de la verdad, probar al Ingenuity en el ambiente real de Marte.

“Nuestro equipo del Helicóptero para Marte ha hecho cosas que nunca se habían hecho antes, y que al principio nadie estaba seguro de que pudieran hacerse”, destaca MiMi Aung, directora del proyecto Ingenuity en el JPL. Estamos encantados de estar ahora tan cerca de demostrar en Marte lo que el Ingenuity puede hacer realmente”.

Ingenuity sobrevivió a las intensas vibraciones del lanzamiento al espacio el 30 de julio de 2020, y ha superado todos sus controles de salud desde entonces.

El helicóptero no intentará su primer vuelo hasta más de un mes después del aterrizaje ya que los ingenieros del rover y del helicóptero necesitan tiempo para asegurarse de que ambos robots están listos.

El helicóptero de Marte es lo que se conoce como una demostración tecnológica, un proyecto con un enfoque limitado que solo busca probar una nueva capacidad por primera vez. Entre las demostraciones tecnológicas anteriores se encuentran el primer vehículo que circuló sobre la superficie de Marte (el Sojourner), y los diminutos CubeSats de Mars Cube One (MarCO) que sobrevolaron Marte.

El helicóptero no lleva instrumentos científicos y no forma parte de la misión científica del Perseverance. El objetivo del Ingenuity es solo de ingeniería: demostrar el vuelo de un helicóptero en la extremadamente tenue atmósfera de Marte, que tiene apenas un 1 por ciento de la densidad de la atmósfera de la Tierra.

El Ingenuity intentará realizar hasta cinco vuelos de prueba en un plazo de demostración de 30 días marcianos (unos 31 días terrestres). Sus aspiraciones, dado el carácter pionero de las mismas, son similares a las del avión de los hermanos Wright que logró el primer vuelo motorizado y controlado, en la Tierra.

Dado que la atmósfera de Marte es muy tenue y ofrece por tanto una pobre sustentación aerodinámica en el aire, solo compensada en parte por la menor fuerza de gravedad, el Ingenuity está diseñado para ser ligero, con palas de rotor mucho más grandes y que giran mucho más rápido de lo que se necesitaría para un helicóptero de la masa del Ingenuity en la Tierra.

Además, el Planeta Rojo tiene temperaturas más bajas que las de la Tierra. En el cráter Jezero, el lugar de aterrizaje del rover y del helicóptero, la temperatura durante las noches puede llegar a ser de unos 90 grados centígrados bajo cero. Estas temperaturas pondrán a prueba la resistencia del robot al frío. Las pruebas realizadas en la Tierra a las temperaturas previstas indican que las piezas del Ingenuity deberían funcionar bien a tan bajas temperaturas, tal y como fueron diseñadas, pero el equipo está deseando realizar la prueba real en Marte.

El Ingenuity depende de la misión Mars 2020 Perseverance para llegar a Marte y operar en la superficie del Planeta Rojo. El Ingenuity viaja tumbado de costado bajo la panza del Perseverance con una cubierta para protegerlo de las piedrecitas y el polvo que se levantarán del suelo durante el aterrizaje. Tanto el rover como el helicóptero se encuentran resguardados dentro de una cápsula en forma de almeja diseñada para resistir la entrada a la atmósfera de Marte. La nave nodriza Mars 2020 en la que viaja la cápsula con su contenido se encuentra en la etapa final de su viaje de 471 millones de kilómetros a Marte. Durante el trayecto, el sistema de energía de la Mars 2020 ha recargado periódicamente las baterías del Ingenuity.

Para descender a la superficie marciana, el Ingenuity viajará sujeto al Perseverance y aterrizará con él. El sistema de entrada atmosférica, descenso y aterrizaje del rover cuenta con un paracaídas supersónico, nuevos “cerebros” para evitar peligros de forma autónoma y componentes para la maniobra que será ejecutada por una “grúa celeste”, el llamativo sistema que descuelga el rover en la superficie de Marte desde un vehículo de descenso detenido en el aire a muy poca altura y que se hizo famoso por su uso en el aterrizaje del robot Curiosity en Marte en 2012. Aterrizar en Marte no es fácil; solo un 50% de todos los intentos de aterrizaje en Marte han tenido éxito.

Una vez que se encuentre un lugar adecuado para desplegar el helicóptero, en el rover un sistema encargado de ello desprenderá la cubierta de aterrizaje, pondrá en posición vertical al helicóptero y lo dejará posado sobre sus patas en la superficie marciana. Eso ocurrirá en algún momento de los primeros meses después del aterrizaje. Durante la puesta en marcha del helicóptero y la campaña de pruebas de vuelo, el rover colaborará en las comunicaciones de ida y vuelta con la Tierra. El equipo del rover también tiene previsto recoger imágenes del Ingenuity.

Los retrasos en las comunicaciones desde y hacia la Tierra son inevitables cuando las naves espaciales se encuentran a distancias interplanetarias, lo que significa que nadie podrá pilotar desde la Tierra al helicóptero. De hecho, los miembros del equipo ni siquiera podrán ver los datos de ingeniería ni las imágenes de cada vuelo hasta mucho después de que este se haya realizado.

Así que el Ingenuity tomará por su cuenta muchas decisiones. Para ello se basará en los parámetros establecidos por sus ingenieros en la Tierra. Por ejemplo, el helicóptero tiene una especie de termostato programable que lo mantendrá caliente en Marte. Durante cada vuelo, el Ingenuity analizará los datos de los sensores y las imágenes del terreno para asegurarse de que se mantiene en la trayectoria de vuelo diseñada por los ingenieros del proyecto.

El objetivo del Ingenuity es demostrar las tecnologías y las operaciones básicas necesarias para volar en la atmósfera marciana. Si tienen éxito, estas tecnologías y la experiencia de hacer volar un helicóptero en otro planeta podrían permitir otros vehículos voladores robóticos avanzados que podrían formar parte de futuras misiones robóticas y humanas a Marte. Los posibles usos de un futuro helicóptero en Marte incluyen ofrecer un punto de vista único que no ofrecen las actuales naves en órbita a Marte ni los rovers y aterrizadores en el suelo; obtener imágenes de alta definición de zonas inexploradas para facilitar el acceso posterior a ellas de otros robots o de humanos; y explorar terrenos demasiado escarpados para ser recorridos por rovers e incluso humanos. Un futuro helicóptero podría incluso ayudar a transportar cargas útiles ligeras pero vitales de un sitio a otro de Marte.

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