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Marte

De momento la última mision de la NASA con destino a Marte es la Mars 2020 Perseverance Rover, lanzada el 30 de julio de 2020, a bordo de un Atlas V desde Cabo Cañaveral (Florida, EE. UU.), y con fecha de aterrizaje 18 de febrero de 2021, a las 21:55 (hora de Madrid), en el cráter Jezero (localizado en el cuadrángulo de Syrtis Major).

Mars 2020 pertenece al Programa de Exploración de Marte de la NASA, junto con Opportunity, Curiosity e InSight, con vario objetivos a corto, medio y largo plazo, hasta culminar en la exploración humana del planeta rojo. Con esta misión no solo se buscan signos de condiciones de habitabilidad en Marte en la antiguedad, sino también signos de vida microbiana en el pasado.

El lugar de aterrizaje, el cráter Jezero, fue seleccionado en noviembre de 2018 porque muchos de los cráteres de Marte que podrían haber contenido antiguos lagos, pero solo este cráter mantiene la evidencia de que ese lago estuvio allí. Ese lago tenía un canal de entrada y uno de salida, lo que indica que el cráter, de 45 kilómetros de diámetro, estaba lleno de agua, pudiéndose observar en la actualidad uno de los depósitos de delta mejor conservados del planeta. Este delta, tan bien conservado, y la mineralogía diversa de Jazero hacen de este un lugar óptimo para que hubiese albergado vida.

La tecnología para la entrada, descenso y aterrizaje (EDL, por las iniciales en inglés) del róver es la misma que la usada en el Curiosity. Así, el aterrizaje, en la misión Mars 2020, incluye un paracaídas, un vehículo de descenso y una aproximación llamada «maniobra de grúa aérea» (skycrane maneuver) para bajar el róver colgado a la superficie durante los últimos segundos previos al aterrizaje. El proceso completo es conocido como «los siete minutos de terror», ya que este es el tiempo que utilizó desde su ingreso en la atmósfera alta de Marte hasta alcanzar de forma segura la superficie del planeta rojo.

Pero, además, en esta misión se han agregado nuevas tecnologías de entrada, descenso y aterrizaje, como Terrain-Relative Navigation (TRN), un sistema sofisticado de navegación que permite que el róver detecte y evite terrenos peligrosos, si se desviase durante su descenso. Asimismo, un micrófono permite a los ingenieros analizar la entrada, el descenso y el aterrizaje y captar los sonidos del róver en el trabajo, lo que da información a los ingenieros sobre las operaciones del róver y sus posibles problemas, además de interés de escucharlo.

Como curiosidad decir que en el dibujo rojiblanco del paracaídas, de 21 metros de diámetro, había encriptados dos mensajes. El primero, en el interior, es "dare mighty things" («atrévete a grandes cosas»), que es el lema del JPL tomado del discurso «Strenuous Life» de Teddy Roosevelt: «Mucho mejor es atreverse a cosas poderosas, ganar gloriosos triunfos, aunque estén marcados por el fracaso, que alinearse con esos pobres espíritus que ni disfrutan ni sufren mucho, porque viven en un crepúsculo gris que no conoce la victoria ni la derrota».

El mensaje del anillo exterior del paracaidas es 34 11 58 N 118 10 31 W, que no es otra cosa que las coordenadas GPS (34°11'58" N 118°10'31" W) para el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, donde se construyó el róver y se gestiona el proyecto.

Cada letra está representada por 5 bits (blanco=0; rojo=1) con los que obtenemos el código binario de las letras (descartando los 3 bits iniciales, que forman los 8 de cada una, ya que coinciden en todas las mayúsculas, que empiezan por 010). Al inicio de cada letra hay dos blancos en el paracaídas. Así, por ejemplo, si nos fijamos en la «Y», vemos que tiene los dos primeros trazos blanco (el inicio de cada letra), seguido de 2 rojos, 2 blancos y 1 rojo. Como las mayúsculas empiezan por 010, el código binario resultante es 01011001, que se corresponde a la letra «Y» en el código ASCII que usan los ordenadores.

Tiene un tamaño semejante a Curiosity y un peso algo mayor (126 kg más pesado); sus dimensiones son, aproximadamente, 3 metros de largo, 2,7 metros de ancho y 2,2 metros de alto), y su peso 1.025 kilogramos. El diseño del róver está también basado en el de su predecesor Curiosity, pero con ciertas mejoras, como un nuevo diseño de rueda más eficaz, con un alumino más grueso y duradero, un nuevo dibujo de neumático con mayor tracción para permitir escaladas más pronunciadas, una menor anchura, que permite aumentar el diámetro, favoreciendo su rendimiento..

El vehículo lleva incorporadoen su brazo, por primera vez, un taladro para extraer muestras de rocas y suelo marciano. Estas muestras, de unos 15 gramos cada una, son almacenadas en tubos, que son tapados y sellados herméticamente, ubicándo cada uno en un estante de almacenamiento, de titanio, en su chasis. Posteriormente, según lo decide el equipo de la misión, son almacenados ordenadamente, todos ellos, en un punto concreto de la superficie marciana. Probablemente creará múltiples depósitos más adelante en la misión.

Así, las muestras podrán ser recuperadas en futuras misiones y traídas a la Tierra para un análisis exhaustivo en laboratorio. Las imágenes tomadas por los orbitadores pueden identificar las ubicaciones de las muestras con una precisión de aproximadamente un metro. Además, las imágenes tomadas por las propias cámaras del róver aumentan esa precisión a un centímetro, aproximadamente.

La misión propuesta para recuperar esas muestras y traerlas a la Tierra se llama Mars Sample Return, y su planificación se está llevando a cabo por la NASA conjuntamente con la Agencia Espacial Europea (ESA).

El róver Perseverance cuenta con los siguientes instrumentos científicos:

Perseverance busca rocas que se formaron o fueron alteradas por entornos que podrían haber albergado vida microbiana en el pasado antiguo de Marte. También rocas capaces de preservar rastros químicos de vida antigua (biofirmas), si hubiese. En este momento su prioridad es llegar lo antes posible a un antiguo delta de un río dentro del cráter Jezero, zona ideal para la búsqueda de signos de antigua vida microscópica.

Otra capacidad del Perseverance es la extracción, de oxígeno de la atmósfera marciana (integrada en un 96% por dióxido de carbono) mediante una tecnología en pruebas. De esta forma contribuye a buscar técnicas para la explotación de los recursos naturales de Marte en la futura exploración humana. El róver también monitorea el clima y el polvo en la atmósfera marciana. Con ello se intentan entender los cambios diarios y estacionales en Marte, ayudando a los futuros exploradores humanos a predecir mejor el clima marciano.

Los conductores del róver, desde el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, planean los trayectos usando monitores y gafas 3D para observar el terreno a partir de las fotos tomadas el día anterior. Aunque cada vez confían más en el sistema automático llamado AutoNav. Solo le indican las paradas que debe hacer, pero no por dónde debe ir.

Este programa de conducción autónoma le permite a Perseverance desplazarse evitando obstáculos sin necesitar órdenes humanas enviadas desde la Tierra. Es un software muy evolucionado: los procesos autónomos que precisaban minutos en un róver como Opportunity se resuelven en menos de un segundo en Perseverance. Además, mientras que los anteriores róveres, como Curiosity, necesitaban detenerse para tomar imágenes, procesarlas y elegir un camino seguro, Perseverance puede hacer todo eso mientras conduce.

Su velocidad máxima es de 160 metros por hora, lo cual permite un desplazamiento diario de más de 275 metros, manteniendo el róver a salvo.

El róver Perseverance cuenta con los siguientes instrumentos científicos:

• Mastcam-Z: una cámara avanzada con capacidad de imágenes panorámicas y estereoscópicas con zoon. El instrumento también determina la mineralogía de la superficie marciana y ayuda con las operaciones del róver.
• MEDA (Analizador de Dinámica Ambiental de Marte): es un conjunto de sensores que proporcionan mediciones de temperatura, velocidad y dirección del viento, presión, humedad relativa y tamaño y forma del polvo.
• MOXIE (Experimento ISRU de oxígeno de Marte): la tecnología en investigación para producir oxígeno a partir del dióxido de carbono atmosférico marciano.
• PIXL (Instrumento planetario para litoquímica de rayos X): un espectrómetro de fluorescencia de rayos X que también contendrá un generador de imágenes de alta resolución para determinar la composición elemental a escala fina de los materiales de la superficie marciana, con más detalle que nunca.
• RIMFAX (Generador de imágenes de radar para el experimento del subsuelo de Marte): un radar de penetración terrestre que proporciona una resolución a escala de centímetros de la estructura geológica del subsuelo.
• SHERLOC (Escaneo de entornos habitables con Raman y luminiscencia para productos orgánicos y químicos): un espectrómetro que obtiene imágenes a escala fina y utiliza un láser ultravioleta (UV) para determinar la mineralogía, también a escala fina, y detectar compuestos orgánicos. SHERLOC está asociada con una cámara que lleva el nombre del ayudante del novelesco detective, WATSON, que es el sensor topográfico de gran angular para operaciones e ingeniería.
• Supercámara: cámara que puede proporcionar imágenes, análisis de composición química y mineralogía, además de detectar la presencia de compuestos orgánicos en rocas y regolito a distancia.

El explorador documenta su viaje según avanza y las imágenes enviadas, sin procesar, pueden verse en la correspondiente página web de la NASA. El róver envía fotos nuevas cada día. Además se puede votar para elegir la foto de la semana preferida del público.

El róver fue lanzado unos meses después de que la pandemia COVID-19 azotase el mundo, por ello, y como homenaje a la perseveranica de los sanitarios, el vehículo lleva una placa de aluminio en el lado izquierdo con una serpiente envuelta en un bastón, la vara de Esculapio (emblema habitual de la Medicina y la Sanidad).

Otra placa de aluminio, asida al róver, tiene un gráfico grabado con láser que representa la Tierra y Marte unidos por el Sol. Los rayos solares llevan codificados en morse un mensaje que reza «explore as one» («explorar como uno»). En cada rayo de Sol, las rayitas cortas son 0 y las largas 1. El dibujo también rinde homenaje a las placas a bordo de la nave espacial Pioneer y las Voyagers 1 y 2.

En esa placa se insertaron tres chips con los casi 11 millones de nombres, entre ellos el mío, de los participantes en la campaña «envía tu nombre a Marte». Cabe destacar el aumento de interés entre la población, ya que Curiosity solo llevaba en sus chips 1,2 millones de nombres. Los chips también incluian los ensayos de los 155 finalistas en el concurso «ponle nombre al róver» de la NASA y los anombres de los estudiantes que los presentaron..

También, según artículo del Diario de Jaén, lleva otra placa honorífica de la ciudad de Baeza, de donde es nativo el ingeniero baezano José Vicente Siles, adscrito a Jet Propulsion Laboratory. El brillante profesional se convirtió, en 2019, en el primer español premiado como investigador joven de la NASA

Hay más «secretos» que porta Perseverance, como los dibujos grabados en la Mastcam-Z, con formas de vida tempranas en la Tierra, que incluyen incluidas cianobacterias, un helecho y un dinosaurio. También hay un hombre y una mujer similares a los de las placas de Pioneer y el Disco de Oro. Todo es un tributo a la misión de astrobiología de la misión. Junto a los dibujos, la inscripción «TWO WORLDS, ONE BEGINNING» («dos mundos, un comienzo»).

En el borde exterior del objetivo de calibración hay una inscripción adicional con el texto «¿Estamos solos? Vinimos aquí para buscar señales de vida y recolectar muestras de Marte para estudiarlas en la Tierra. Para quienes lo sigan, deseamos un buen viaje y la alegría del descubrimiento». Alrededor del mensaje está la frase «Joy of Discovery» («Alergía del Descubrimiento» en una variedad de idiomas.

También en el instrumento SHERLOC hay otro «extra»: una moneda con la inscripción «221BBAKER», en alusión a la dirección postal, 221B Baker Street, del detective Sherlock Holmes, al que imita el nombre del instrumento. SHERLOC lleva, además, un fragmento de meteorito marciano, que sirve de calibración para el instrumento, y material de visera, de guante y de trajes espaciales, en estos casos como prueba de estos materiales ante la radiación en futuras misiones espaciales.

Y volviendo al citado concurso «ponle nombre al róver», la NASA mantuvo su tradición de elegir el nombre de su misión de los ensayos presentados por niños. En esta ocasión fue Alex Mather, un estudiante de séptimo grado de Springfield, Virginia (EE. UU.) el que presentó el ensayo ganador de entre los 28.000 presentados. Según se lee en la web de la NASA, Alex, de 13 años, se inspiró en el camino de los róveres anteriores de la NASA Spirit, Opportunity y Curiosity para describir nuestras características como especie.

En su ensayo indicaba que los nombres de los anteriores róveres, referidos a cualidades humanas, faltaba la principal: la perseverancia. De ahí su elección para nombrar este róver.

Perseverance lleva sobre Marte XXX años, XXX días, XX horas, XX minutos, XX segundos.

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Pero si ya de por sí esta misión tiene elementos innovadores, hay un gran avance en ella respecto a todas las demás: el helicóptero marciano Ingenuity, que viajo a Marte acoplado al vientre del róver Perseverance, siendo la primera aeronave en lograr un vuelo controlado con motor fuera de la Tierra.

El ingenio, de 1,8 kg de peso (0,7 kg en Marte) y apenas 50 cm de alto, se equipó con unos rotores de 1,2 metros (de punta a punta), hechos de núcleo de espuma de fibra de carbono, para darle la capacidad suficiente para mantenerse en vuelo y desplazarse en una atmósfera de una densidad de menos del 1% de la terrestre. La energía para el vuelo era suministrada por baterías de litio, cargadas con un panel solar, que permitían una capacidad de vuelo de 90 segundos por día marciano (a unos 350 vatios de potencia promedio durante el vuelo).

Tras su liberación el 3 de abril de 2021 en terreno seguro, Ingenuity llevó a cabo su primer vuelo el 19 de abril de 2021 a las 13:30 (hora peninsular), un mes y medio después de la llegada de Perseverance a Marte. En este vuelo inaugural, el helicóptero se elevó unos 3 metros, flotó brevemente en el aire, completó un giro y luego aterrizó. La velocidad de giro de las palas del rotor para volar en Marte es de unas 2.400 rpm.

Estaba diseñado como una demostración de tecnología, por lo que el planteamiento era que hiciera unos cinco vuelos, como máximo, sin embargo alcalzó la impresionante cifra de 72 vuelos. Con los sistemas de energía, telecomunicaciones y navegación en vuelo del Mars Helicopter funcionando más allá de lo esperado, se pudo permitir que el helicóptero continuara explorando sus capacidades, sin afectar significativamente la programación del róver. Por el contrario, Ingenuity realizó observaciones aéreas de los objetivos científicos del róver, las posibles rutas del róver y las características inaccesibles, al mismo tiempo que capturaba imágenes estéreo para mapas de elevación digitales.

El helicóptero era autónomo, despegando, volando y aterrizando con un mínimo de comandos de la Tierra enviados por adelantado.

Tras tres años de su llegada a Marte, el 18 de enero de 2024, en su 71º vuelo, el Ingenuity llevó a cabo un aterrizaje de emergencia. Eso dio pie a que el equipo de Tierra planease un corto vuelo vertical el 18 de enero para determinar su ubicación. Según lo previsto, el helicóptero alcanzó una altitud máxima de 12 metros y flotó durante 4,5 segundos antes de comenzar su descenso a una velocidad de 1 metro por segundo. Pero aproximadamente a 1 metro de altura, Perseverance perdió contacto con el helicóptero. Al día siguiente, se restablecieron las comunicaciones y se empezaron a transmitir datos sobre el vuelo a los controladores del JPL de la NASA. Varios días después llegaron las tristes imágenes que mostraban daños en una pala del rotor, casi con toda seguridad por un problema de orientación del helicóptero a la hora de tomar tierra que hizo chocar la pala contra el suelo. Tras analizar las imágenes de las sombras de las palas del rotor girando el 11 de febrero de 2024 (un mes tra el accidente), se constató que al rotor superior de Ingenuity, el primer rotor que se ve en el vídeo adjunto, le faltaba una pala.

Recepcionada la imagen de la rotura del aspa tras el vuelo del 18 de enero, Bill Nelson, el administrador de la NASA, declaró que «el viaje histórico del Ingenuity, el primer avión en otro planeta, ha llegado a su fin», dándose la misión por concluida el 25 de enero de 2024. Durante su estancia en el planeta, el Ingenuity supero dificultades de importancia, como la muerte de un sensor, rediseño para superar los apagones de energía durante la noche marciana por congelación (estaba diseñado para operar en primavera), autolimpieza con el movimiento de sus aspas para limpiar sus placas solares tras tormentas de polvo del planeta, etc.

El helicóptero permaneció erguido, pero la misión no pudo continuar, obviamente. Desde ese día el helicóptero permaneció en comunicación con el rover Perseverance Mars, estación base de Ingenuity, hasta que el equipo se reunión, por última vez, el martes 16 de abril en el JPL de la agencia, en el sur de California, para monitorear la transmisión desde el ya histórico helicóptero, la cual se recibió a través de las antenas de la Red de Espacio Profundo de la NASA. Desde entonces, Ingenuity sirve como banco de pruebas estacionario.

El nuevo software que se le instaló ordena al helicóptero que continúe recopilando datos mucho después de que hayan cesado las comunicaciones con el rover. Ahora diariamente activará sus computadoras de vuelo y probará el rendimiento de su panel solar, baterías y equipos electrónicos. Además, el helicóptero tomará una fotografía de la superficie con su cámara a color y recopilará datos de temperatura de los sensores colocados por todo el helicóptero. Los ingenieros de Ingenuity y los científicos de Marte opinan que esta recopilación de datos a largo plazo beneficiará no sólo a los futuros diseñadores de aviones y otros vehículos para Marte, sino que también proporcionaría una perspectiva a largo plazo sobre los patrones climáticos y el movimiento del polvo marciano.

Si en el futuro fallase algún componente que causase la detención de la recopilación de datos, o si el helicóptero finalmente agota su batería por la acumulación de polvo en su panel solar, cualquier información que Ingenuity haya recopilado permanecerá almacenada a bordo. El equipo ha calculado que la memoria de Ingenuity podría contener potencialmente unos 20 años de datos diarios.

En total, Ingenuity llevó a cabo un total de 128,8 minutos de vuelo a lo largo de 17,0 km y alcanzando altitudes de hasta 24,0 m, Hay un informe sobre todos los vuelos del helicóptero en esta página web de la NASA, junto con los datos de la distancia total volada, la máxima altitud alcanzada, la mayor velocidad de avance y el tiempo de vuelo total.

El director del proyecto de Ingenuity, Teddy Tzanetos del JPL de la NASA, tras la conclusión de la misión, hizo una analogía con el Wright Flyer (también conocido como Flyer I), el primer avión a motor, construida por los hermanos Wright y que se alzó al cielo en Carolina del Norte, el 17 de diciembre de 1903. Un pequeño trozo de la tela del ala del Wright Flyer fue adherida a la parte inferior del panel solar del helicóptero como homenaje a ese primer hito de la aeronáutica. El Apolo 11 también llavó una muestra del avión como reconocimiento a ese otro hecho histórico de la exploración humana de la Luna. La información y la fotografía de la muestra en el helicóptero pueden verse en esta página de la NASA.

Además de los elementos de aviónica se incorporaron dos cámaras comerciales disponibles en el mercado (COTS¹): una cámara de regreso a la Tierra (RTE) de alta resolución y una cámara de navegación (NAV) de menor resolución. La cámara RTE tiene un sensor de color con resolución de 4.208 × 3.120 píxeles con una matriz de filtros de color. La cámara NAV consta de un sensor en blanco y negro de 640 × 480. Esta última debía estar en continuo funcionamiento durante cada vuelo, ya que sus imágenes eran utilizadas para la odometría visual, con la que se determina la posición y el movimiento de la aeronave durante el vuelo.

Para bautizar al helicóptero, los funcionarios de la NASA volviero a revisar las propuestas que los estudiantes de secundaria del país habían enviado para el concurso de la elección del nombre del róver. El nombre elegido, Ingenuity, fue enviado por Vaneeza Rupani,de 17 años, estudiante de tercer año de la escuela secundaria en Northport, Alabama (EE. UU.).

El ensayo rezaba así: «el ingenio y la brillantez de las personas que trabajan duro para superar los desafíos de los viajes interplanetarios son lo que nos permite a todos experimentar las maravillas de la exploración espacial. El ingenio es lo que permite a las personas lograr cosas asombrosas, y nos permite expandir nuestros horizontes a los límites del universo».

La demostración tecnológica de Ingenuity será, posiblemente, la base para el desarrollo de futuras aeronaves para la exploración aérea de Marte y otros mundos.

El primer vuelo de un helicóptero, Ingenuity, en otro planeta se logró hace XXX años, XXX días, XX horas, XX minutos, XX segundos.