Lo siguiente es un extracto de mi nuevo libro, "Historias increíbles desde el espacio: una mirada detrás de escena a las misiones que cambian nuestra visión del cosmos", que se lanzará mañana, diciembre. El libro es una mirada al interior de varias Misiones robóticas de la NASA, y este extracto es la parte 1 de 3 que se publicará aquí en la revista Space, del Capítulo 2, "Roving Mars with Curiosity". El libro está disponible para su pedido en Amazon y Barnes & Noble.
Siete minutos de terror
Se necesitan aproximadamente siete minutos para que una nave espacial de tamaño moderado, como un rover o un módulo de aterrizaje robótico, descienda a través de la atmósfera de Marte y llegue a la superficie del planeta. Durante esos breves minutos, la nave espacial tiene que desacelerar desde su ardiente velocidad entrante de aproximadamente 13,000 mph (20,900 kph) para aterrizar a solo 2 mph (3 kph) o menos.
Esto requiere una serie de eventos al estilo de Rube Goldberg que tengan lugar en una secuencia perfecta, con coreografías y tiempos precisos. Y todo tiene que suceder automáticamente a través de la computadora, sin la intervención de nadie en la Tierra. No hay forma de guiar la nave espacial remotamente desde nuestro planeta, a unos 150 millones de millas (250 millones de kilómetros) de distancia. A esa distancia, el tiempo de retraso de la señal de radio desde la Tierra hasta Marte lleva más de 13 minutos. Por lo tanto, para cuando finalice el descenso de siete minutos, todos esos eventos han sucedido, o no sucedieron, y nadie en la Tierra sabe cuál. O su nave espacial se sienta magníficamente en la superficie de Marte o se encuentra en un montón estrellado.
Es por eso que los científicos e ingenieros de las misiones a Marte lo llaman "Siete minutos de terror".
Y con la misión Mars Science Laboratory (MSL), que se lanzó desde la Tierra en noviembre de 2011, el miedo y la inquietud por lo que oficialmente se llama "Entrada, Descenso y Aterrizaje" (EDL) aumentó exponencialmente. MSL cuenta con un rover de 1 tonelada (900 kg) de 6 ruedas llamado Curiosity, y este rover iba a utilizar un nuevo sistema de aterrizaje sin probar.
Hasta la fecha, todos los aterrizadores y rovers de Marte han utilizado, en orden, una entrada guiada por cohete, un escudo térmico para proteger y frenar el vehículo, luego un paracaídas, seguido de propulsores para frenar aún más el vehículo. Curiosity usaría esta secuencia también. Sin embargo, un componente final y crucial abarcó uno de los dispositivos de aterrizaje más complejos que se haya volado.
Apodado el "Sky Crane", una etapa de cohete flotante bajaría el rover en cables de 20 pies (66 pies) de cuerda Vectran como un montañero de rappel, con el rover aterrizando suavemente sobre sus ruedas. Todo esto debía completarse en cuestión de segundos, y cuando la computadora de a bordo detectara el aterrizaje, la pirotecnia cortaría las cuerdas, y la etapa de descenso flotante se alejaría a toda velocidad para aterrizar lejos de Curiosity.
Para complicar aún más las cosas, este rover iba a intentar el aterrizaje fuera del mundo más preciso de todos los tiempos, aterrizando dentro de un cráter junto a una montaña a la altura del Monte Rainier.
Una parte importante de la incertidumbre era que los ingenieros nunca podrían probar todo el sistema de aterrizaje todos juntos, en secuencia. Y nada podría simular las condiciones atmosféricas brutales y la gravedad más ligera presente en Marte, excepto estar en Marte. Dado que el aterrizaje real sería la primera vez que se utilizaría la grúa aérea completa, había preguntas: ¿qué pasaría si los cables no se separaran? ¿Qué pasa si la etapa de descenso sigue descendiendo justo encima del rover?
Si el Sky Crane no funcionara, se acabaría el juego para una misión que ya había superado tanto: problemas técnicos, retrasos, sobrecostos y la ira de los críticos que dijeron que este rover de Marte de $ 2.5 mil millones estaba desangrando El resto del programa de exploración planetaria de la NASA.
Misiones a Marte
Con su brillo rojo en el cielo nocturno, Marte ha llamado a los observadores del cielo durante siglos. Como el planeta más cercano a la Tierra que ofrece cualquier potencial para futuras misiones humanas o colonización, ha sido de gran interés en la era de la exploración espacial. Hasta la fecha, se han lanzado más de 40 misiones robóticas al Planeta Rojo ... o más precisamente, se han realizado más de 40 misiones. intentó.
Incluyendo todos los esfuerzos estadounidenses, europeos, soviéticos / rusos y japoneses, más de la mitad de las misiones a Marte han fallado, ya sea debido a un desastre de lanzamiento, un mal funcionamiento en el camino a Marte, un intento fallido de deslizarse en órbita o un aterrizaje catastrófico. Si bien las misiones recientes han tenido mayor éxito que nuestros primeros intentos pioneros de explorar Marte in situ (en el lugar), los científicos e ingenieros espaciales solo bromean parcialmente cuando hablan de cosas como un 'Gran Ghoul Galáctico' o la 'Maldición de Marte' que arruina misiones
Pero también ha habido éxitos maravillosos. Las primeras misiones en los años sesenta y setenta, como los orbitadores marineros y los aterrizadores vikingos, nos mostraron un mundo sorprendentemente hermoso, aunque árido y rocoso, lo que desvaneció cualquier esperanza de "pequeños hombres verdes" como nuestros vecinos planetarios. Pero las misiones posteriores revelaron una dicotomía: una magnífica desolación combinada con tentadores indicios del pasado, o incluso del presente, del agua y la actividad global.
Hoy, la superficie de Marte es fría y seca, y su atmósfera delgada como un susurro no protege al planeta del bombardeo de radiación del Sol. Pero las indicaciones son que las condiciones en Marte no siempre fueron así. Visibles desde la órbita son canales y sistemas intrincados de valle que parecen haber sido tallados por el flujo de agua.
Durante décadas, los científicos planetarios han debatido si estas características se formaron durante períodos breves y húmedos causados por eventos catastróficos como un ataque masivo de asteroides o una repentina calamidad climática, o si se formaron durante millones de años cuando Marte pudo haber estado continuamente cálido y húmedo. Gran parte de la evidencia hasta ahora es ambigua; Estas características podrían haberse formado de cualquier manera. Pero hace miles de millones de años, si hubiera ríos y océanos, al igual que en la Tierra, la vida podría haberse afianzado.
Los rovers
El rover Curiosity es la cuarta nave espacial móvil que la NASA ha enviado a la superficie de Marte. El primero fue un rover de 23 libras (10,6 kg) llamado Sojourner que aterrizó en una llanura marciana cubierta de rocas el 4 de julio de 1997. Aproximadamente del tamaño de un horno de microondas, el Sojourner de 2 pies (65 cm) de largo nunca atravesó a más de 40 pies de distancia de su módulo de aterrizaje y estación base. El rover y el módulo de aterrizaje juntos constituyeron la misión Pathfinder, que se esperaba que durara aproximadamente una semana. En cambio, duró casi tres meses y el dúo devolvió 2.6 gigabits de datos, capturando más de 16,500 imágenes del módulo de aterrizaje y 550 imágenes del vehículo explorador, además de tomar mediciones químicas de rocas y tierra y estudiar la atmósfera y el clima de Marte. Identificó rastros de un pasado más cálido y húmedo para Marte.
La misión tuvo lugar cuando Internet estaba ganando popularidad, y la NASA decidió publicar imágenes del rover en línea tan pronto como fueron transmitidas a la Tierra. Este terminó siendo uno de los eventos más grandes en la historia de la joven Internet, con el sitio web de la NASA (y los sitios espejo configurados para la alta demanda) que recibieron más de 430 millones de visitas en los primeros 20 días después del aterrizaje.
Pathfinder también utilizó un sistema de aterrizaje inusual. En lugar de usar propulsores para aterrizar en la superficie, los ingenieros inventaron un sistema de bolsas de aire gigantes para rodear y proteger la nave espacial. Después de usar el sistema convencional de entrada guiada por cohete, escudo térmico, paracaídas y propulsores, los airbags se inflaron y el módulo de aterrizaje se dejó caer desde 100 pies (30 m) sobre el suelo. Al rebotar varias veces en la superficie de Marte como una pelota de playa gigante, Pathfinder finalmente se detuvo, las bolsas de aire se desinflaron y el módulo de aterrizaje se abrió para permitir que el rover emergiera.
Si bien eso puede sonar como una estrategia de aterrizaje loco, funcionó tan bien que la NASA decidió usar versiones más grandes de los airbags para la próxima misión de rover: dos rovers idénticos llamados Spirit y Opportunity. Los Mars Exploration Rovers (MER) son del tamaño de una cortadora de césped, con una longitud de 5,2 pies (1,6 metros) y un peso de aproximadamente 185 kg (400 lb). Spirit aterrizó con éxito cerca del ecuador de Marte el 4 de enero de 2004, y tres semanas más tarde, Opportunity rebotó en el otro lado del planeta. El objetivo de MER era encontrar evidencia de agua pasada en Marte, y ambos rovers llegaron al premio gordo. Entre muchos hallazgos, Opportunity encontró afloramientos de rocas antiguas que se formaron en el flujo de agua y Spirit encontró rocas de sílice inusuales en forma de coliflor que los científicos aún están estudiando, pero que pueden proporcionar pistas sobre la posible vida antigua de Marte.
Increíblemente, en este escrito (2016) el rover Opportunity todavía está operando, manejando más de un maratón (26 millas / 42 km) y continúa explorando Marte en un gran cráter llamado Endeavour. Sin embargo, Spirit sucumbió a una pérdida de poder durante el frío invierno marciano en 2010 después de quedar atrapado en una trampa de arena. Los dos rovers sobrevivieron a su vida útil prevista de 90 días.
De alguna manera, los rovers desarrollaron una "personalidad" distinta, o tal vez una mejor manera de expresarlo es que las personas asignado Personalidades a los robots. Spirit era una niña problemática y reina del drama, pero tuvo que luchar por cada descubrimiento; Oportunidad, una hermana menor privilegiada e intérprete estrella, ya que los nuevos hallazgos parecían ser fáciles para ella. El espíritu y la oportunidad no fueron diseñados para ser adorables, pero los encantadores rovers capturaron la imaginación de los niños y los veteranos experimentados por igual. El gerente de proyecto de MER, John Callas, llamó a los rovers gemelos "las cosas más lindas del Sistema Solar". A medida que los rovers valientes y de larga duración superaron los peligros y peligros, enviaron postales desde Marte todos los días. Y los terrícolas los amaban por eso.
Curiosidad
Si bien hace tiempo que está en nuestra lista de tareas del espacio, todavía no hemos descubierto cómo enviar humanos a Marte. Necesitamos cohetes y naves espaciales más grandes y más avanzadas, mejor tecnología para cosas como soporte vital y cultivar nuestra propia comida, y realmente no tenemos la capacidad de aterrizar las cargas útiles muy grandes necesarias para crear un asentamiento humano en Marte.
Pero mientras tanto, mientras tratamos de resolver todo eso, hemos enviado el equivalente robótico de un geólogo humano al Planeta Rojo. El rover Curiosity del tamaño de un automóvil está armado con una serie de diecisiete cámaras, un taladro, una primicia, una lente de mano e incluso un láser. Estas herramientas se asemejan a los equipos que usan los geólogos para estudiar rocas y minerales en la Tierra. Además, este rover imita la actividad humana al escalar montañas, comer (figurativamente hablando), flexionar su brazo (robótico) y tomar selfies.
Este geólogo robótico itinerante es también un laboratorio de química móvil. Un total de diez instrumentos en el rover ayudan a buscar carbono orgánico que pueda indicar la materia prima requerida por la vida, y "olfatear" el aire marciano, tratando de oler si hay gases como el metano, que podrían ser un signo de vida. El brazo robótico de Curiosity lleva una navaja suiza de artilugios: una cámara con forma de lente de aumento, un espectrómetro para medir elementos químicos y un taladro para perforar dentro de rocas y alimentar muestras a los laboratorios llamados SAM (Análisis de muestras en Marte) y) y CheMin (Química y mineralogía). El láser ChemCam puede vaporizar rocas de hasta 23 pies (7 metros) de distancia e identificar los minerales del espectro de luz emitida por la roca arruinada. Una estación meteorológica y un monitor de radiación completan los dispositivos a bordo.
Con estas cámaras e instrumentos, el rover se convierte en los ojos y las manos de un equipo internacional de unos 500 científicos terrestres.
Mientras que los rovers anteriores de Marte usaron paneles solares para recolectar luz solar para obtener energía, Curiosity usa un RTG como New Horizons. La electricidad generada por el RTG alimenta repetidamente las baterías recargables de iones de litio, y el calor del RTG también se canaliza al chasis móvil para mantener calientes los componentes electrónicos del interior.
Con el tamaño y el peso de Curiosity, el sistema de aterrizaje del airbag utilizado por los rovers anteriores estaba fuera de discusión. Como explicó el ingeniero de la NASA Rob Manning, "No se puede rebotar algo tan grande". El Sky Crane es una solución audaz.
La misión de Curiosity: descubrir cómo evolucionó Marte durante miles de millones de años y determinar si alguna vez fue, o incluso ahora, capaz de soportar la vida microbiana.
El objetivo de la curiosidad para la exploración: una montaña de Marte, de 3.4 millas (5.5 km) de altura, los científicos llaman Mt. Sharp (conocido formalmente como Aeolis Mons) que se encuentra en el centro del cráter Gale, una cuenca de impacto de 96 millas (155 km) de diámetro.
Gale fue elegido entre 60 sitios candidatos. Los datos de naves espaciales en órbita determinaron que la montaña tiene docenas de capas de roca sedimentaria, tal vez construida durante millones de años. Estas capas podrían contar la historia de la historia geológica y climática de Marte. Además, tanto la montaña como el cráter parecen tener canales y otras características que parecen estar talladas por el agua que fluye.
El plan: MSL aterrizaría en una parte más baja y plana del cráter y cuidadosamente subiría hacia la montaña, estudiando cada capa, esencialmente haciendo un recorrido por las épocas de la historia geológica de Marte.
La parte más difícil sería llegar allí. Y el equipo de MSL solo tuvo una oportunidad para hacerlo bien.
Noche de aterrizaje
El aterrizaje de Curiosity el 5 de agosto de 2012 fue uno de los eventos de exploración espacial más esperados en la historia reciente. Millones de personas vieron cómo se desarrollaban los eventos en línea y en la televisión, con las redes sociales repletas de actualizaciones. La transmisión de TV de la NASA desde el control de la misión de JPL se transmitió en vivo en las pantallas en Time Square de Nueva York y en lugares de todo el mundo que organizan "fiestas de aterrizaje".
Pero el epicentro de la acción fue en JPL, donde cientos de ingenieros, científicos y funcionarios de la NASA se reunieron en las instalaciones de operaciones de vuelo espacial de JPL. El equipo de EDL, todos con polos azul claro a juego, monitoreaban las consolas de computadora en el control de la misión.
Se destacaron dos miembros del equipo: el líder del equipo de EDL, Adam Steltzner, que lleva el pelo recogido en un copete tipo Elvis, se paseaba de un lado a otro entre las filas de consolas. El director de vuelo Bobak Ferdowski lucía un elaborado mohawk de barras y estrellas. Obviamente, en el siglo XXI, los peinados exóticos han reemplazado las gafas negras y los protectores de bolsillo de los años 60 para los ingenieros de la NASA.
En el momento del aterrizaje, Ashwin Vasavada era uno de los científicos más antiguos en el equipo de la misión, se unió a MSL como Científico Adjunto del Proyecto en 2004 cuando el rover estaba en construcción. En aquel entonces, una gran parte del trabajo de Vasavada era trabajar con los equipos de instrumentos para finalizar los objetivos de sus instrumentos y supervisar a los equipos técnicos para ayudar a desarrollar los instrumentos e integrarlos con el vehículo explorador.
Cada uno de los diez instrumentos seleccionados trajo un equipo de científicos, por lo que con ingenieros, personal adicional y estudiantes, había cientos de personas preparando el rover para su lanzamiento. Vasavada ayudó a coordinar todas las decisiones y modificaciones que pudieran afectar la eventual ciencia realizada en Marte. Durante el aterrizaje, sin embargo, todo lo que pudo hacer fue mirar.
"Estaba en la habitación contigua a la sala de control que se mostraba en la televisión", dijo Vasavada. "Para el aterrizaje no había nada que pudiera hacer, excepto darme cuenta de los últimos ocho años de mi vida y todo mi futuro estaba en los siete minutos de EDL".
Además, el hecho de que nadie sabría el destino real del rover hasta 13 minutos después del hecho debido al tiempo de retraso de la radio llevó a una sensación de impotencia para todos en JPL.
"Aunque estaba sentado en una silla", agregó Vasavada, "creo que estaba acurrucado mentalmente en posición fetal".
A medida que Curiosity se acercaba a Marte, otras tres naves espaciales veteranas que ya orbitaban el planeta se colocaron en posición para poder vigilar al recién llegado MSL mientras transmitía información sobre su estado. Al principio, MSL se comunicaba directamente con las antenas de la Red de Espacio Profundo (DSN) en la Tierra.
Para hacer que la telemetría de la nave espacial sea lo más eficiente posible durante la EDL, Curiosity envió 128 tonos simples pero distintos que indicaban cuándo se activaron los pasos en el proceso de aterrizaje. Allen Chen, un ingeniero en la sala de control, anunció cada uno cuando llegaron: un sonido indicaba que la nave espacial entró en la atmósfera de Marte; otro señaló a los propulsores disparados, guiando la nave espacial hacia Gale Crater. Los aplausos y las sonrisas tentativas vinieron del equipo de Mission Control en los primeros tonos, y las emociones aumentaron a medida que la nave espacial se acercaba más y más a la superficie.
A mitad del descenso, MSL se fue por debajo del horizonte marciano, quedando fuera de comunicación con la Tierra. Pero los tres orbitadores, Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter y Mars Express, estaban listos para capturar, registrar y transmitir datos al DSN.
A la perfección, los tonos seguían llegando a la Tierra a medida que cada paso del aterrizaje continuaba sin problemas. El paracaídas desplegado. El escudo térmico se cayó. Un tono señaló que la etapa de descenso que llevaba el rover soltó el paracaídas, otro indicó vuelo propulsado y descenso hacia la superficie. Otro tono significaba que el Sky Crane comenzó a bajar el rover a la superficie.
Llegó un tono que indica que las ruedas de Curiosity tocaron la superficie, pero incluso eso no significó éxito. El equipo tuvo que asegurarse de que la maniobra voladora de Sky Crane funcionara.
Luego, llegó el tono que esperaban: "Touchdown confirmado", vitoreó Chen. "¡Estamos a salvo en Marte!"
El pandemonio y la alegría estallaron en el control de la misión de JPL, en los sitios del grupo de desembarco y en las redes sociales. Parecía que el mundo celebraba juntos en ese momento. Los excesos de costos, los retrasos, todas las cosas negativas que se dijeron sobre la misión MSL parecieron desvanecerse con el triunfo del aterrizaje.
"¡Bienvenido a Marte!" El Director del Laboratorio de Propulsión a Chorro, Charles Elachi, dijo en una conferencia de prensa luego del dramático aterrizaje: “Esta noche aterrizamos, mañana comenzamos a explorar Marte. Nuestra curiosidad no tiene límites ".
"Los siete minutos realmente fueron muy rápidos", dijo Vasavada. “Se terminó antes de que nos dimos cuenta. Entonces todos saltaron arriba y abajo, a pesar de que la mayoría de nosotros todavía estábamos procesando que todo fue tan exitoso ".
Que el aterrizaje haya ido tan bien, de hecho perfectamente, puede haber sorprendido a algunos miembros del equipo de JPL. Si bien habían ensayado el aterrizaje de Curiosity varias veces, notablemente, nunca pudieron aterrizar el vehículo en sus simulaciones.
"Tratamos de ensayarlo con mucha precisión", dijo Vasavada, "para que todo estuviera sincronizado, tanto la telemetría que habíamos simulado que vendría desde la nave espacial, como las animaciones en tiempo real que se habían creado". Era una cosa bastante compleja, pero en realidad nunca funcionó. Así que el aterrizaje real y real fue la primera vez que todo funcionó correctamente ".
La curiosidad fue programada para tomar fotos inmediatas de sus alrededores. A los dos minutos del aterrizaje, las primeras imágenes fueron transmitidas a la Tierra y aparecieron en las pantallas de visualización en JPL.
"Habíamos cronometrado a los orbitadores para que volaran durante el aterrizaje, pero no sabíamos con certeza si su enlace de retransmisión duraría lo suficiente como para obtener las imágenes iniciales", dijo Vasavada. “Esas primeras imágenes fueron bastante raídas porque las cubiertas protectoras todavía estaban en las cámaras y los propulsores habían levantado mucho polvo en las cubiertas. Realmente no pudimos verlo muy bien, pero aún así saltamos de un lado a otro porque eran imágenes de Marte ".
Sorprendentemente, una de las primeras imágenes mostró exactamente lo que el rover había sido enviado a estudiar.
“Habíamos aterrizado con las cámaras básicamente mirando directamente al monte. Afilado —dijo Vasavada, sacudiendo la cabeza. “En la imagen de HazCam (cámara de peligro), justo entre las ruedas, tuvimos esta hermosa foto. Ahí estaba la montaña. Fue como una vista previa de toda la misión, justo en frente de nosotros ".
Mañana: Parte 2 de "Roving Mars With Curiosity", con "Living on Mars Time" y "Discoveries"
Page Street Publishing, una subsidiaria de Macmillan, publica “Historias increíbles desde el espacio: una mirada detrás de escena de las misiones que cambian nuestra visión del cosmos”.
