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Nov 28, 2023

Los ojos del Mars Curiosity Rover

El 6 de agosto de 2012, el rover Mars Curiosity aterrizó con éxito en el suelo de

El 6 de agosto de 2012, el rover Mars Curiosity aterrizó con éxito en el suelo del cráter Gale en Marte. El rover Curiosity tiene aproximadamente el tamaño de un SUV pequeño: 10 pies (3 metros) de largo, sin incluir el brazo, 9 pies (2,7 metros) de ancho y 7 pies (2,2 metros) de alto.

El Laboratorio de Ciencias de Marte es administrado para la NASA por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), una división del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California. JPL diseñó el Curiosity para pasar por encima de obstáculos de hasta 25 pulgadas (65 cm) de altura y viajar hasta unos 660 pies (200 metros) por día en terreno marciano.

A diferencia de los rovers anteriores, Curiosity lleva equipos para recolectar muestras de rocas y suelo, procesarlas y distribuirlas a las cámaras de prueba a bordo en el interior, equipadas con instrumentos analíticos. Al igual que los Mars Exploration Rovers anteriores, el Curiosity tiene tracción en las seis ruedas, un sistema de suspensión de bogie basculante, una cámara de navegación estéreo en su mástil y cámaras estéreo de baja altura para evitar riesgos.

Para garantizar que el rover pueda ver su camino con éxito a través del peligroso paisaje marciano, los ingenieros de la NASA lo equiparon con sensores que brindan capacidades de orientación exitosas. Los "ojos" del rover Curiosity son las cámaras y los instrumentos que le dan al rover información sobre su entorno. El rover tiene diecisiete de estos ojos: cuatro pares son para evitar peligros ("Hazcacams"); dos pares son para navegación ("Navcams"); cuatro son para fotografías científicas y exploración; y uno es un generador de imágenes de descenso.

Los sensores de imagen CCD (dispositivo de par cargado) para las Navcams y Hazcams de Curiosity se construyeron en la fundición de semiconductores Bromont, Quebec de Teledyne DALSA, al igual que los de los rovers anteriores Spirit y Opportunity. Las cámaras para evitar riesgos están instaladas en cada esquina del rover, y las cámaras de navegación estereoscópica 3D son parte del mástil de la cámara del rover. Las Hazcams y Navcams trabajan juntas para proporcionar una vista completa y complementaria del terreno. Cada cámara tiene un conjunto de ópticas específico de la aplicación.

Las Hazcam delanteras y traseras de Curiosity tienen lentes de ojo de pez para permitir que el rover vea una amplia franja de terreno. Con un campo de visión de aproximadamente 120 grados, el rover utiliza pares de imágenes Hazcam para trazar la forma del terreno hasta 10 pies (3 m) frente a él, en forma de "cuña" de más de 13 pies. (4 m) de ancho en la distancia más lejana.

Las cámaras deben tener un amplio rango de visión a cada lado porque, a diferencia de los ojos humanos, las Hazcam no pueden moverse de forma independiente ya que están montadas directamente en el cuerpo del rover. Los operadores de tierra también utilizan las Hazcam para conducir el vehículo y operar el brazo robótico.

Montadas en el mástil del rover, las cámaras Navcam en blanco y negro también usan luz visible y recopilan imágenes panorámicas en 3D del suelo cerca de las ruedas. La unidad de cámara de navegación es un par de cámaras estéreo, cada una con un campo de visión de 45 grados. Los científicos e ingenieros harán planes de navegación de superficie basados ​​en lo que les dicen las imágenes sobre las rocas cercanas u otros obstáculos. Las cámaras de navegación también se utilizan para la detección de obstáculos a bordo. Las Navcams trabajan en cooperación con las Hazcams proporcionando una vista complementaria del terreno.

Además de las cámaras de ingeniería, Curiosity opera cámaras de carga científica para encontrar objetivos científicos potenciales. Estos son la cámara de mástil, que se utiliza para identificar objetivos potenciales para un análisis posterior, el generador de imágenes de lentes de mano de Marte en el brazo y el generador de imágenes microscópicas remotas. Los dos últimos generadores de imágenes proporcionan observaciones a pequeña escala de texturas y características en los objetivos científicos.

A fines de la década de 1990 y principios de la de 2000, los sensores de imagen CCD de alto rendimiento no eran muy comunes. El Jet Propulsion Laboratory tenía experiencia en diseño, empaquetado y pruebas, pero estaba buscando una fundición de obleas para construir un sensor de imagen CCD personalizado que se ajustara a la aplicación.

En términos de proceso, los ingenieros de Teledyne DALSA optaron por un enfoque conservador y simple, con la innovación suficiente para obtener un CCD de alto rendimiento sin arriesgar la confiabilidad. Por ejemplo, el tamaño mínimo de las características no se llevó al límite y la selección de materiales para algunas capas se hizo para evitar posibles problemas de confiabilidad. Se eligieron los CCD porque son una tecnología robusta y están calificados para viajes espaciales. El CCD es bien conocido por su calidad de imagen superior, que a menudo se prefiere a la velocidad.

Finalmente, el diseño personalizado se combinó con el proceso personalizado, para construir CCD de transferencia de fotogramas de 1k por 1k. Después de aproximadamente tres años de desarrollo, se fabricó un lote de CCD y pasaron todas las pruebas para los rovers Spirit y Opportunity.

Los sensores de imagen CCD fabricados a medida de Teledyne DALSA demostraron su fiabilidad en estas misiones anteriores del Mars Exploration Rover, y los componentes se eligieron una vez más para funcionar como tecnología de imagen para los ojos de navegación del rover Curiosity.

Los ingenieros de Teledyne DALSA revisaron el diseño con los ingenieros de la NASA, propusieron cambios, fabricaron máscaras para construir los dispositivos y fabricaron y probaron las obleas. Luego, las obleas se enviaron a la NASA, donde se probó y ensambló el CCD.

El rover Curiosity ha capturado las mentes de muchos e incluso tiene sus propias cuentas de Twitter y Facebook para compartir información y fotos a través de las redes sociales. Las señales de las cámaras del Curiosity tardan unos 14 minutos en viajar a la velocidad de la luz para llegar a la Tierra, y luego deben descargarse y procesarse. Sorprendentemente, estas imágenes se pueden compartir muy rápidamente con el público.

Poco después del aterrizaje, el rover Curiosity comenzó a observar su entorno y a enviar imágenes a la Tierra. A medida que esta misión a Marte continúa buscando condiciones pasadas o presentes favorables para la vida, los componentes de imágenes del rover respaldan la exploración al ayudar al Curiosity a navegar con seguridad por la superficie del Planeta Rojo.

Este artículo fue escrito por Robert Groulx, ingeniero de productos CCD, y Raymond Frost, científico sénior de integración de procesos, en Teledyne DALSA Semiconductor (Waterloo, Ontario, Canadá). Para obtener más información, haga clic aquí.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de diciembre de 2012 de Imaging Technology Magazine.

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