Las futuras misiones planetarias podrían explorar a temperaturas extremadamente frías que obstaculizarian las naves espaciales existentes, gracias a un proyecto en desarrollo en JPL.
Cuando la NASA regrese a la Luna con Artemis, la agencia y sus socios llegarán a regiones inexploradas de la superficie lunar alrededor del Polo Sur, donde puede hacer mucho más frío por la noche que incluso en el gélido Marte. Tales condiciones de la superficie serían un desafío para las naves espaciales actuales, que dependen de calentadores que consumen energía para mantenerse calientes.
Una demostración de tecnología que se está desarrollando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California puede ofrecer una solución que permitiría la exploración durante la oscuridad de la noche lunar, un período que abarca aproximadamente 14 días terrestres. El proyecto, que recientemente se sometió a pruebas en el JPL, se llama Cold Operable Lunar Deployable Arm (COLDArm). Combina varias tecnologías nuevas para crear un sistema de brazo robótico que puede funcionar en temperaturas tan bajas como menos 280 grados Fahrenheit (menos 173 grados Celsius).
“Al ir a la Luna, debemos poder operar durante temperaturas más frías, particularmente durante la noche lunar, sin el uso de calentadores”, dijo el investigador principal del proyecto, Ryan McCormick. “COLDArm permitiría que las misiones continúen trabajando y realizando ciencia incluso en entornos criogénicos extremos”.
Para explicar el proyecto, McCormick recuerda una escena de la película de 1991 “Terminator 2: Judgment Day” en la que un androide hostil hecho de metal líquido es detenido en seco, literalmente congelado, por un derrame gigante de nitrógeno líquido. “El chico malo no puede trabajar en esas temperaturas, pero COLDArm sí”, dijo McCormick.
Si bien COLDArm no operará en nitrógeno líquido, podría operar en un módulo de aterrizaje enviado a un mundo oceánico congelado como la luna Europa de Júpiter, donde la falta de partes calentadas tendría el beneficio adicional de permitir la recolección de materiales volátiles sin afectar significativamente la temperatura. de muestras Podría liberar unas dos horas de tiempo y hasta el 30% del presupuesto de energía diario de una misión que los rovers de Marte como Curiosity y Perseverance pasan calentando sus brazos robóticos para que sus engranajes no se estresen y rompan con el frío.
El brazo de 6 pies y 6 pulgadas (2 metros) está equipado con dos cámaras disponibles en el mercado para mapeo 3D que tienen el mismo sensor de imágenes que está integrado en la cámara a color de 13 megapíxeles utilizada por el helicóptero Ingenuity Mars Helicopter de la NASA, una de varias tecnologías COLDArm se está adaptando desde el pequeño helicóptero. Una variedad de accesorios y pequeños instrumentos podrían colocarse en el extremo del brazo, incluida una cuchara de titanio impresa en 3D para recolectar muestras de la superficie de un cuerpo celeste. Y, al igual que el brazo del módulo de aterrizaje InSight Mars de la NASA, COLDArm podría desplegar instrumentos en la superficie.
En septiembre pasado, en un banco de pruebas del JPL lleno de material para simular regolito lunar (roca rota y polvo en la Luna), COLDArm completó con éxito experimentos que evaluaron su capacidad para recopilar datos sobre las propiedades de ese regolito. Ahora COLDArm ha sido enviado para completar las mismas pruebas rigurosas en condiciones similares al espacio que enfrenta cada misión. Está apuntando a un lanzamiento a finales de la década de 2020.
Qué hace que COLDArm funcione
Varias nuevas tecnologías clave permiten que el sistema COLDArm funcione en entornos extremos. En primer lugar, el brazo utiliza engranajes hechos de vidrio metálico a granel, un material metálico sólido con una composición y estructura únicas que lo hacen más resistente que la cerámica y dos veces más fuerte que el acero, con mejores propiedades elásticas que cualquiera de los dos. Estos engranajes no requieren lubricación ni calefacción para funcionar en el frío.
Debido a que los controladores de motor frío del brazo no necesitan mantenerse calientes en una caja electrónica cerca del núcleo de la nave espacial, pueden instalarse más cerca de los instrumentos científicos, sin necesidad de aislamiento y con un cableado menos pesado.
Y un sensor incrustado en la “muñeca” de COLDArm le da retroalimentación al brazo, lo que le permite “sentir” lo que está haciendo en todas las direcciones, como un humano metiendo una llave en el ojo de la cerradura y girando la cerradura. Ese dispositivo, llamado sensor de par de fuerza de seis ejes, también puede funcionar en condiciones de frío extremo.
Además de emplear cámaras diseñadas para uso comercial, COLDArm aprovecha otra tecnología que se ha probado a bordo de Ingenuity: un poderoso procesador similar a los que se usan en los teléfonos inteligentes de consumo y el software de vuelo de código abierto, llamado F Prime, que desarrolló JPL. Al igual que el helicóptero de Marte, COLDArm podría operar de forma autónoma, realizando tareas y recopilando imágenes y datos de sensores sin la entrada en tiempo real de los controladores de la misión en la Tierra.
Motiv Space Systems, socio de COLDArm, desarrolló los controladores de motor en frío y también construyó secciones del brazo y las ensambló a partir de piezas suministradas por JPL en las instalaciones de la compañía en Pasadena, California.
El proyecto COLDArm está financiado a través de la Iniciativa de Innovación de la Superficie Lunar y administrado por el programa Game Changing Development en la Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA. Caltech en Pasadena administra JPL para la NASA.
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech