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Nov 25, 2023

Cómo funciona el rover Mars Curiosity

Muévanse, Spirit y Opportunity: Hay un nuevo rover de Marte en el planeta a partir de

Muévanse, Spirit y Opportunity: Hay un nuevo rover de Marte en el planeta a partir de agosto de 2012. Con su tracción en las seis ruedas, sistema de suspensión de balancín y cámaras montadas en el mástil, puede parecerse a sus venerables predecesores, pero solo en la forma. una camioneta se parece a un Humvee. Estamos hablando de un monstruoso camión de la ciencia con propulsión nuclear y láser, completo con paquete de cohetes: una ganga de $ 2.5 mil millones (impuestos, título, tarifas de atraque y flete incluidos).

El Laboratorio de Ciencias de Marte, también conocido como Curiosity, domina la sala de exhibición del rover de Marte, se extiende el doble de largo (alrededor de 10 pies o 3 metros) y está construido cinco veces más pesado (1,982 libras o 899 kilogramos) que los modelos Spirit de 2003 que establecieron récords de la NASA. y Oportunidad. Viene listo para todoterreno, sin cubos para bloquear (y nadie para bloquearlos). Seis ruedas de aluminio de 51 centímetros (20 pulgadas) superan obstáculos que se acercan a 75 centímetros (30 pulgadas) de alto y acumulan 200 metros (660 pies) por día en terreno marciano.

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Damas y caballeros, el Curiosity 2011 incluye más dispositivos que un almacén de Ronco: todo, desde equipo para recolectar muestras de suelo y roca en polvo, hasta tamices para prepararlos y clasificarlos, e instrumentos a bordo para analizarlos. El láser de Curiosity es un espectrómetro sintonizable diseñado para identificar compuestos orgánicos (que contienen carbono) y determinar las proporciones de isótopos de elementos clave. Lo mejor de todo es que su sistema de energía nuclear probado y verdadero, utilizado durante mucho tiempo en satélites, naves espaciales y equipos lunares que vuelan a bordo de las misiones Apolo, garantiza que no lo dejará varado en una tormenta de polvo.

Sí, de hecho, la NASA volvió a la mesa de dibujo para este, soñando con un arreglo similar a un fractal para empacar la mejor selección de pertrechos científicos compactos en el espacio más pequeño posible. Pero no confíe en nuestra palabra: pregúntele a Rob Manning, ingeniero jefe de sistemas de vuelo en Jet Propulsion Laboratory, quien lo llama "por mucho, la cosa más compleja que jamás hayamos construido" [fuente: JPL].

No se escatimaron esfuerzos para el rover más ambicioso de la NASA hasta la fecha. Este caballo de batalla llevará a cabo más investigaciones científicas a bordo, utilizando un conjunto más grande de instrumentos y sensores de laboratorio, que cualquier modelo marciano anterior. Haga su pedido hoy y la NASA lo entregará en un radio de 12 millas (20 kilómetros) de su puerta (se aplican algunas limitaciones; la puerta debe estar dentro de un área de entrega de 250 millones de millas (402 millones de kilómetros)). Su rover aterrizará con más precisión y cubrirá un terreno más accidentado que cualquier otro, y tendrá la mejor oportunidad hasta ahora de capturar la historia del flujo de agua y la posibilidad de entornos habitables antiguos en Marte. Sí, si la revista Motor Trend tuviera una categoría para buggies espaciales, Curiosity sin duda ganaría el Rover del año.

Ahora, ¿por qué no nos dejas guardar tus llaves mientras lo pruebas?

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Años de pruebas, desarrollo y tolerancias a fallas incorporadas culminaron a las 10:02 am EST del 26 de noviembre de 2011, cuando el Laboratorio de Ciencias de Marte (MSL) se lanzó desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral a bordo de un cohete Atlas V. Aterrizó con éxito en Marte a la 1:32 am EDT, 6 de agosto de 2012.

Antes de cargar el Curiosity en su caparazón, los ingenieros sometieron al rover a una serie rigurosa de pruebas que simulaban tanto fallas internas como problemas externos, castigos que incluyeron centrífugas, pruebas de caída, pruebas de tracción, pruebas de manejo, pruebas de carga, pruebas de esfuerzo y pruebas de cortocircuito [ fuente: JPL].

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Mientras tanto, la NASA tenía que decidir dónde exploraría el nuevo rover, cómo llegaría allí y cómo la agencia espacial podría aterrizarlo de manera segura, más fácil decirlo que hacerlo.

La Tierra y Marte giran alrededor del sol a diferentes velocidades: 686,98 días terrestres para Marte frente a 365,26 para la Tierra, lo que significa que su distancia relativa varía enormemente. Llegar a Marte con la menor cantidad de combustible posible significaba lanzar cuando el planeta rojo pasa más cerca de nosotros [fuente: NASA]. Esta no fue una consideración menor: Marte gira más de siete veces más lejos de la Tierra en su extremo más lejano (249,3 millones de millas o 401,3 millones de kilómetros) que en su aproximación más cercana (34,6 millones de millas o 55,7 millones de kilómetros) [fuente: Williams ].

Como un mariscal de campo que lanza un pase, el sistema de lanzamiento apuntaba no hacia donde estaba Marte, sino hacia dónde estaría cuando llegara la nave. La NASA lanzó ese pase, y el rover-balón llegó a su receptor redondo y rojo más de 250 días después, y aterrizó el domingo 6 de agosto de 2012 (hora del este).

Sin embargo, la NASA no "arrojó" MSL desde la superficie de la Tierra; la agencia lo lanzó desde la órbita planetaria. Así es como: una vez que el vehículo de elevación llegó al espacio desde Cabo Cañaveral, su cono de nariz, o carenado, se abrió como una concha y cayó, junto con la primera etapa del cohete, que se cortó y cayó en picado al Océano Atlántico. La segunda etapa, un motor Centaur, se puso en marcha y colocó la nave en una órbita de estacionamiento. Una vez que todo estuvo correctamente alineado, el cohete inició un segundo encendido, impulsando la nave hacia Marte.

Aproximadamente 44 minutos después del lanzamiento, MSL se separó de su cohete y comenzó a comunicarse con la Tierra. Mientras continuaba su camino, hizo correcciones de rumbo planificadas ocasionales.

Una vez que llegó a la atmósfera marciana, la diversión realmente comenzó.

Curiosity comenzó su viaje explorando Gale, un cráter de impacto ubicado entre las tierras altas del sur de Marte y las tierras bajas del norte. Con 96 millas (154 kilómetros) de ancho, Gale se extiende sobre un área equivalente a Connecticut y Rhode Island juntas.

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Dentro de Marte, elevándose más alto que las torres del Monte Rainier sobre Seattle, se encuentra una montaña de sedimentos de 3 millas (5 kilómetros) de altura. Compuestas de capas de minerales y suelos, incluidas arcillas y sulfatos, que apuntan a una historia acuosa, estas capas proporcionarán un mapa invaluable de la historia geológica marciana [fuentes: Siceloff; Zubritsky].

El agua del pasado habría fluido hacia las tierras bajas de Gale y se habría acumulado en ellas, convirtiéndolas en un depósito probable de los restos de arroyos, estanques y lagos y, por lo tanto, en un lugar ideal para encontrar pruebas de la habitabilidad pasada de Marte.

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Al igual que la "araña paciente silenciosa" de Walt Whitman, Curiosity pronto estará aislado en un promontorio, enviando datos desde los cuales sus controladores de misión decidirán "cómo explorar el vasto entorno vacío". Sin embargo, su parecido arácnido no termina con la licencia poética o incluso con sus piernas delgadas y articuladas; se extiende a la forma en que el rover aterrizó en la superficie marciana.

Sin embargo, antes de desentrañar eso, echemos un vistazo al salto asistido por cohete que hizo la nave cuando llegó a Marte por primera vez.

Cuando la nave espacial que transportaba a Curiosity entró en la atmósfera marciana a 125 kilómetros (78 millas) sobre el suelo, giró y frenó a través de una serie de curvas en S como las que utilizan los transbordadores espaciales. Durante los minutos previos al aterrizaje, a unas 7 millas (11 kilómetros) de altura, la nave saltó un paracaídas para frenar su descenso a 900 mph (1448 kph). Luego expulsó su escudo térmico desde la parte inferior del cono, creando una salida para Curiosity.

El rover, con su etapa superior sujeta a su espalda como un caparazón de tortuga, se salió del cono. Unos momentos después, los retrocohetes montados en el borde del escenario superior cobraron vida, estabilizando a la pareja en una posición flotante a unos 66 pies (20 metros) sobre la superficie; desde aquí, el escenario superior actuaba como una grúa aérea, bajando a Curiosity como una araña sobre seda. Una vez que el rover estuvo a salvo en el suelo, se cortó la correa y Curiosity emprendió su viaje [fuentes: NASA; JPL].

Poco antes del aterrizaje, el Mars Descent Imager tomó un video en color de alta definición de la zona de aterrizaje. Este metraje ayudó con el aterrizaje y proporcionó una vista panorámica del área de exploración para los investigadores y especialistas de la misión en casa. Otro conjunto de instrumentos, el conjunto de instrumentos de entrada, descenso y aterrizaje del Laboratorio de Ciencias de Marte, medirá las condiciones atmosféricas y el rendimiento de la nave espacial. La NASA utilizará estos datos cuando planifique y diseñe futuras misiones.

El novedoso sistema de aterrizaje era más complicado, pero también controlado con mayor precisión que cualquier otro anterior, lo que permitió a los planificadores de la misión acertar en el objetivo largamente deseado del cráter Gale. Aterrizar dentro del área objetivo de 12 millas (20 kilómetros) de Curiosity dentro del cráter hubiera sido imposible para Spirit y Opportunity, que necesitaban cinco veces más área cuando rebotaban en su envoltura de burbujas de la era espacial. Este éxito abrió una gran cantidad de sitios deseables, incluidos cráteres de paredes empinadas que antes estaban fuera de los límites debido a su terreno complicado.

Curiosity también sentará las bases para futuras misiones, al igual que las excursiones anteriores a Marte hicieron posible la expedición del nuevo rover. Dichas misiones podrían incluir recoger rocas y llevarlas a casa, o llevar a cabo estudios de superficie de mayor alcance, en busca de evidencia de vida microbiana marciana y sus ingredientes químicos clave [fuente: NASA].

Ahora que hemos aterrizado sanos y salvos, echemos un vistazo a qué tipo de equipo viene de serie con el paquete Mars Science Laboratory.

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Ya sea empacar para unas vacaciones de dos semanas o aprovisionarse para una expedición científica en un desierto hostil a millones de kilómetros de distancia, el problema básico sigue siendo el mismo:

Que llevar, que llevar....

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A diferencia de un turista terrestre, que puede ir a la tienda de la esquina para reemplazar un cepillo de dientes olvidado, Curiosity está completamente solo. Cuando no hay personal de reparación de guardia, no hay piezas de repuesto en el maletero y cada señal de la Tierra tarda unos 14 minutos (a partir de agosto de 2012) en llegar a usted, la autosuficiencia es todo lo que tiene.

Sin embargo, Curiosity no está en Marte para hacer turismo. Tiene la tarea de recolectar muestras de rocas y suelo y colocarlas en instrumentos a bordo para su análisis. Con esto en mente, el rover viene equipado con un mástil de cámara de 2,1 metros (7 pies) y un brazo robótico de tres articulaciones de 7 pies con más accesorios que una aspiradora industrial. Este sistema de adquisición/preparación y manejo de muestras recogerá, pulverizará, taladrará, pulverizará, recolectará, clasificará, tamizará y entregará muestras a una variedad de activos analíticos [fuentes: JPL; NASA; Webster]:

El mástil o mástil del Curiosity también está adornado con instrumentación:

Más allá de estos instrumentos de análisis de muestras, el rover también incluye dispositivos científicos que examinarán las condiciones locales, lo que podría resultar relevante para futuras misiones humanas o comprender la capacidad del planeta para albergar vida:

Esa es una impresionante variedad de citas de lujo, pero no le hará mucho bien a la NASA a menos que Curiosity lo tenga bajo el capó. Echemos un vistazo a los poderes de este cachorro.

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El "camión monstruo de la ciencia" no es un coche divertido que quema nitro, que escupe fuego, o un simple y viejo traga-gasolina de combustión interna. Tampoco luce los paneles solares que generaban energía para sus predecesores. No, en esta misión, la NASA se volvió nuclear.

Curiosity extrae energía del óxido de plutonio. A medida que el radioisótopo se desintegra, emite calor, que el rover convierte en electricidad mediante termopares. Este generador termoeléctrico de radioisótopos para múltiples misiones (MMRTG) mantendrá la batería del rover llena con 110 vatios de energía eléctrica.

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El sistema contiene más energía que el enfoque solar y no tiene partes móviles que se rompan, pero ¿puede este generador superar a los viejos paneles de arseniuro de galio? Después de todo, Spirit operó hasta la primavera de 2010, y el intransigente Opportunity sigue girando su odómetro, habiendo acumulado 21 millas (34 kilómetros) a 328 pies (100 metros, aproximadamente la longitud de un campo de fútbol americano) por día. Estos vehículos excepcionales excedieron con creces sus mandatos de misión de 90 días, en parte debido a la energía solar renovable y gratuita.

Bueno, no destruyas la bomba nuclear todavía. La esperanza de vida de 14 años del sistema de radioisótopos podría durar más que el propio rover, y nunca será víctima de los caprichos del clima marciano, el polvo o el invierno [fuente: JPL]. Además, la potencia adicional vale la pena: Curiosity cubrirá más terreno que sus predecesores, viajando aproximadamente al doble de su velocidad. En el único año marciano (alrededor de 687 días terrestres) de su misión inicial, acumulará 12 millas (19 kilómetros) dentro del cráter Gale, transportando una carga útil científica de 10 a 15 veces más masiva que Spirit u Opportunity. La energía permanecerá disponible todo el tiempo, al igual que el exceso de calor que Curiosity utilizará para mantener calientes sus instrumentos vitales [fuente: NASA].

Para ayudar a Curiosity a hacer un uso efectivo de esa potencia, se encuentra el antiguo y mejorado chasis de bogie oscilante del rover de la NASA (ver recuadro), un conjunto de tubos de titanio articulados unidos a seis ruedas de aluminio tan delgadas que se flexionan como caucho. Las cuatro ruedas de las esquinas pueden girar 90 grados, lo que permite que el rover gire en su lugar. Los ingenieros reforzaron un poco la suspensión del Curiosity para adaptarlo a su nuevo rol como tren de aterrizaje y para acomodar un vehículo más pesado que debe atravesar terrenos más accidentados [fuentes: Harrington; JPL].

Poco después de aterrizar, ese chasis llevará el rover a su primer destino: un afloramiento rocoso apodado "la cerca". La NASA apuntó a este peñasco porque las observaciones anteriores de Marte revelaron que contiene depósitos acuosos, minerales formados en el agua. A partir de ahí, Curiosity se aventurará en cañones, laderas rocosas y colinas que recuerdan a las rocas rojas de Sedona, Arizona, que también se formaron en un entorno acuático. Para entonces, su primer año marciano habrá ido y venido.

A partir de ahí, el rover se adentrará en un terreno más rocoso y accidentado. Explorar esta área requerirá varios años, pero, una vez que haya cruzado, las cámaras del rover recibirán un panorama del camino que Curiosity ha recorrido [fuente: NASA].

A lo largo del camino, el Laboratorio de Ciencias de Marte investigará si existen, o han existido alguna vez, condiciones que podrían sustentar la vida microbiana en Marte, y si las pistas de tal vida permanecen preservadas en las rocas y el suelo de Marte.

¿Curioso por más información sobre Marte y cómo llegar allí? Pase a los enlaces de la página siguiente.

Curiosity luce el mismo sistema de suspensión de balancín-bogie que llevó a los rovers de Marte anteriores Sojourner, Spirit y Opportunity sobre colinas y valles marcianos. El sistema, que no emplea ejes ni resortes, se mantiene estable porque cada rueda puede moverse hacia arriba y hacia abajo de forma independiente. Gracias a la gravedad marciana y la ingeniosa ingeniería terrícola, el rover mantiene pasivamente las seis ruedas en el suelo y constantemente bajo carga, incluso cuando limpia obstrucciones que se aproximan a las 30 pulgadas (75 centímetros). Este equilibrio de fuerzas proporciona una tracción vital, especialmente en entornos arenosos y blandos. La suspensión flexible también puede "absorber" parte de la inclinación de las pendientes, manteniendo así el rover más nivelado [fuentes: Harrington; JPL].

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