Dos nuevas tecnologías ayudarán al Perseverance, el rover más sofisticado de la NASA hasta la fecha, a aterrizar en la superficie de Marte este mes.
Después de un viaje de casi siete meses a Marte, el rover Perseverance de la NASA está programado para aterrizar en el cráter Jezero del planeta rojo el 18 de febrero de 2021, una extensión accidentada elegida por su investigación científica y posibilidades de recolección de muestras.
Pero las mismas características que hacen que el sitio sea fascinante para los científicos también lo convierten en un lugar relativamente peligroso para aterrizar, un desafío que ha motivado pruebas rigurosas aquí en la Tierra para el sistema de visión del módulo de aterrizaje (LVS) con el que el rover contará para aterrizar de manera segura.
“Jezero tiene 28 millas de ancho, pero dentro de esa extensión hay muchos peligros potenciales que el rover podría encontrar: colinas, campos rocosos, dunas, las paredes del cráter en sí, por mencionar solo algunos”, dijo Andrew Johnson, director de robótica e ingeniero de sistemas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Entonces, si aterriza en uno de esos peligros, podría ser catastrófico para toda la misión”.
Navegación Relativa al Terreno (TRN) es la tecnología de misión crítica en el corazón del LVS que captura fotos del terreno de Marte en tiempo real y las compara con mapas a bordo del área de aterrizaje, dirigiendo de manera autónoma al rover para que se desvíe alrededor de peligros conocidos. y obstáculos según sea necesario.
“Para Mars 2020, LVS utilizará la información de posición para averiguar dónde se encuentra el rover en relación con los puntos seguros entre esos peligros. Y en uno de esos lugares seguros es donde aterrizará el rover ”, explicó Johnson.
Si Johnson parece estar seguro de que LVS funcionará para aterrizar Perseverance de manera segura, es porque permite que el rover determine su posición en relación con el suelo con una precisión de aproximadamente 200 pies o menos. Ese bajo margen de error y alto grado de seguridad son parte del diseño y el resultado de pruebas exhaustivas tanto en el laboratorio como en el campo.
“Tenemos lo que llamamos la apuesta de las pruebas”, explicó Swati Mohan, líder de operaciones de orientación, navegación y control de JPL para Mars 2020.
Mohan dijo que las dos primeras áreas de prueba, hardware y simulación, se realizaron en un laboratorio.
“Ahí es donde probamos todas las condiciones y variables que podemos. Vacío, vibración, temperatura, compatibilidad eléctrica: ponemos el hardware a prueba ”, dijo Mohan. “Luego, con la simulación, modelamos varios escenarios que los algoritmos de software pueden encontrar en Marte – un día demasiado soleado, un día muy oscuro, un día ventoso – y nos aseguramos de que el sistema se comporte como se espera independientemente de esas condiciones”.
Pero la tercera pieza de la apuesta, las pruebas de campo, requieren vuelos reales para someter los resultados de laboratorio a un mayor rigor y proporcionar un alto nivel de preparación técnica para las misiones de la NASA. Para las primeras pruebas de vuelo de LVS, Johnson y su equipo montaron el LVS en un helicóptero y lo utilizaron para estimar la posición del vehículo automáticamente mientras volaba.
“Eso nos llevó a un cierto nivel de preparación técnica porque el sistema podía monitorear una amplia gama de terrenos, pero no tenía el mismo tipo de descenso que tendrá Perseverance”, dijo Johnson. “También era necesario demostrar LVS en un cohete”.
Esa necesidad fue satisfecha por el programa Flight Opportunities de la NASA, que facilitó dos vuelos de 2014 en el desierto de Mojave en Xombie de Masten Space Systems, un sistema de despegue y aterrizaje vertical (VTVL) que funciona de manera similar a un módulo de aterrizaje. Las pruebas de vuelo demostraron la capacidad de LVS para indicar a Xombie que cambie de rumbo de forma autónoma y evite peligros en el descenso mediante la adopción de una ruta recién calculada hacia un lugar de aterrizaje seguro. Los vuelos anteriores en el sistema VTVL de Masten también ayudaron a validar los algoritmos y el software utilizados para calcular las trayectorias de combustible óptimo para los aterrizajes planetarios.
“Las pruebas en el cohete descartaron casi todas las dudas restantes y respondieron afirmativamente a una pregunta crítica para la operación LVS”, dijo Nikolas Trawny de JPL, un ingeniero de sistemas de control de carga útil y puntería que trabajó en estrecha colaboración con Masten en las pruebas de campo de 2014. “Fue entonces cuando supimos que LVS funcionaría durante el descenso vertical de alta velocidad típico de los aterrizajes en Marte”.
Johnson agregó que las pruebas suborbitales de hecho aumentaron el nivel de preparación de la tecnología para obtener la luz verde final de aceptación en la misión Mars 2020.
“Las pruebas que Flight Opportunities está preparada para proporcionar no tenían precedentes en la NASA en ese momento”, dijo Johnson. “Pero ha demostrado ser tan valioso que ahora se espera que realice este tipo de pruebas de vuelo. Para LVS, esos vuelos de cohetes fueron la piedra angular de nuestro esfuerzo de desarrollo tecnológico “.
Con la tecnología aceptada para Mars 2020, el equipo de la misión comenzó a construir la versión final de LVS que volaría en Perseverance. En 2019, una copia de ese sistema voló en una demostración más de helicópteros en Death Valley, California, facilitada por el programa de misiones de demostración tecnológica de la NASA. El vuelo en helicóptero proporcionó una verificación final de más de seis años de múltiples pruebas de campo.
Pero Mohan señaló que incluso con estas demostraciones exitosas, habrá más trabajo por hacer para garantizar un aterrizaje seguro. Ella estará en Mission Control para el aterrizaje, monitoreando el estado del sistema en cada paso del camino.
“La vida real siempre te da sorpresas. Por lo tanto, estaremos monitoreando todo durante la fase de crucero, verificando la alimentación de la cámara y asegurándonos de que los datos fluyan como se espera “, dijo Mohan. “Y una vez que recibamos la señal del rover que dice, ‘He aterrizado y estoy en terreno estable’, entonces podemos celebrar”.
Sobre las oportunidades de vuelo
El programa Flight Opportunities está financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD) de la NASA y administrado en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en Edwards, California. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California gestiona la solicitud y evaluación de tecnologías para ser probadas y demostradas en vehículos comerciales de vuelo.
Acerca de las misiones de demostración de tecnología
También bajo el paraguas de STMD, el programa tiene su sede en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. El programa cierra la brecha entre los desafíos científicos y de ingeniería y las innovaciones tecnológicas necesarias para superarlos, lo que permite nuevas misiones espaciales sólidas.
Más sobre la misión
Un objetivo clave de la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover caracterizará la geología del planeta y el clima pasado, allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo y será la primera misión en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos (rocas y polvo).
Las misiones posteriores, que actualmente está siendo considerada por la NASA en cooperación con la Agencia Espacial Europea, enviarían naves espaciales a Marte para recolectar estas muestras almacenadas en caché de la superficie y devolverlas a la Tierra para un análisis en profundidad.
La misión Mars 2020 es parte de un programa más amplio que incluye misiones a la Luna como una forma de prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo. Encargada de devolver astronautas a la Luna para 2024, la NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para 2028 a través de los planes de exploración lunar Artemis de la NASA.
JPL, que es administrado por la NASA por Caltech en Pasadena, California, construyó y administra las operaciones del rover Perseverance.
Para más información sobre el Perseverance: mars.nasa.gov/mars2020/ y nasa.gov/perseverance
Traducción no oficial con fines divulgativos. Créditos:
DC Agle, Laboratorio de propulsión a chorro, Pasadena, California.
Escrito original en Ingles por Nicole Quenelle, Programa de oportunidades de vuelo de la NASA