Curiosidades de Curiosity

Marte, el planeta rojo, nuestro vecino que durante muchos años fue escenografía de innumerables historias de ciencia ficción que involucraban seres vivos extraños e incluso plantas súper desarrolladas. El planeta que, aunque ya ha recibido bastantes visitas de robots y aparatos de origen terrestre, nos sigue llamando y creando cada vez más curiosidad sobre los secretos que esconde. Cada visita a Marte implica un nuevo hallazgo que viene de la mano con una nueva pregunta. Actualmente hay varias misiones llevándose a cabo en este planeta; particularmente, hay un róver increíble explorando a nuestro vecino rojo. Antes de presentarlo me gustaría dar una pequeña introducción sobre lo que nos ayudará a comprender ¿por qué está ahí?

La pregunta definitiva de la exploración de Marte es: ¿hay vida ahí? Así que con esa duda en mente, el planeta comenzó a ser visitado. Hace varios años la estrategia de exploración del Programa de Exploración de Marte de la NASA era “sigue al agua”. Luego de que grandes orbitadores, láseres y espectrómetros encontraran la presencia de hematita (un mineral que se forma en el agua), el róver Opportunity fue enviado a investigar. Opportunity encontró esferas de hematita formadas como las perlas en las ostras cuando la roca estaba saturada de agua salada, en otras palabras, ¡encontró que alguna vez hubo agua líquida en Marte!

El gemelo de Opportunity, Spirit, exploró un lugar que se pensaba que era un lago antiguo. Spirit descubrió un suelo rico en sílice blanco, cuya creación pudo ser debida al agua y al intenso calor, es decir que pudo haber habido fuentes termales. También, un orbitador detectó grandes cantidades de hidrógeno justo debajo de la superficie del planeta. El hidrogéno es comúnmente una señal de presencia de agua por lo que, ¡esta estrategia reveló la presencia de agua en Marte hoy en día!

Más tarde, una sonda espacial llamada Phoenix trató de demostrar esto en la región del polo norte. Phoenix cabó en la superficie encontrando unas matas blancas que se evaporaron, demostrando ser hielo de agua.

Ya se habían descubierto dos de los tres ingredientes para la vida en Marte, energía del sol y agua líquida, así que ahora seguía buscar el tercer ingrediente: moléculas orgánicas.

“Busca señales de vida” es la estrategia actual del Programa de Exploración de Marte. Esta tarea implica tecnología mucho más compleja, un esfuerzo increíblemente grande y una gran… curiosidad.

El 5 de agosto del 2012 un grupo de científicos e ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL por sus siglas en inglés) hicieron historia. Ellos construyeron el róver más complejo enviado a Marte y lograron que amartizara a salvo en su superficie.

Pero, ¿qué hace a este róver tan especial? Curiosity está conformado por instrumentos científicos hechos a la medida, conectado para la comunicación interplanetaria y con una batería nuclear. Curiosity fue posible gracias a muchos ingenieros y científicos que trabajaron muy duro, proponiendo muchas ideas y probándolas mediante cientos de experimentos, tanto divertidos, como arriesgados y largos.

La tarea de Curiosity no es sencilla, para ello, necesita tecnología muy avanzada. De hecho, tiene herramientas que muchos geólogos aquí en la Tierra envidiarían.

Para observar los granitos que componen la roca, Curiosity tiene una herramienta equivalente a la lupa utilizada por los geólogos: el Generador Manual de Imágenes y Lente de Marte o MAHLI, por sus siglas en inglés (The Mars Hand Lens Imager), que puede observar rocas estando cerca y también lejos de ellas. Además, cuenta con 17 cámaras, que le brindan capacidad teleobjetivo, de media distancia, a campo cercano y también le permiten tomar videos. Sin mencionar que gracias a estas cámaras existe la famosa Selfie que nos regaló.

Para conseguir rocas que no estén muy expuestas a la superficie, un geólogo utilizaría un martillo y luego lo llevaría a un laboratorio que analice la composición de la misma. Curiosity cuenta con un láser que puede vaporizar un punto muy pequeñito que esté hasta 7 metros a lejos. Este láser produce un destello de luz con color que nos dice la composición química de la roca. Curiosity también tiene un taladro que pulveriza la roca y recolecta el polvo que se forma. El brazo robótico del róver alimenta con el polvo de las rocas y el suelo a dos mini laboratorios situados dentro de él. Uno de ellos, identifica los minerales por medio de rayos X y el otro — ¿te imaginas? — analiza la presencia de moléculas orgánicas que podrían asociarse con la vida.

Curiosity pesa casi una tonelada y para poder hacer que un róver tan pesado amartice sano y salvo se necesitaba un nuevo sistema de amartizaje (diferente al divertido método de las bolsas de aire gigantes). ¿Qué otra opción había?

Claro, el método que utilizaron los astronautas del Apollo. Un descenso propulsado por cohete y unas patitas en el alunizador que ayudarían a disminuir el impacto. Para llevar a cabo esto, se coloca el cohete en la parte de abajo del alunizador y este descansa sobre sus patas. Los astronautas del Apollo alunizaron de esta manera y por medio de una escalera salieron a explorar. El problema para un “amartizador con patas” era que el peso en la parte superior del amartizador sería demasiado con un róver tan grande como Curiosity. ¿Qué pasa si en lugar de que amartice sobre unas patas, lo hiciera sobre sus propias llantas? Esto se podría lograr si se pone el cohete ahora también en la parte superior del amartizador. Con esto en mente, se ideó un sistema de amartizaje completamente nuevo que funciona de la siguiente manera: primero, Curiosity toca la atmósfera de Marte a casi 21,000 kilómetros por hora, la fricción desacelera la nave espacial a casi 1,500 kilómetros por hora, luego se despliega el paracaídas. Cuando se llega a 1.6 kilómetros sobre la superficie, el módulo de descenso se desprende y se encienden los cohetes. Luego comienza algo llamado “la maniobra de la grúa aérea”. En esta maniobra, el módulo de descenso baja al róver con cables. Cuando llega al suelo, los cables se cortan y el módulo de descenso sale volando para estrellarse a una distancia segura. Toda esta secuencia dura tan sólo 7 minutos y requiere una precisión perfecta.

Para lograr esta precisión los ingenieros y científicos tuvieron que hacer millones de pruebas de cada elemento que compone al sistema, habiendo diferentes equipos encargados de diferentes cosas. Empezando por el paracaídas, este fue el más grande que se haya usado en otro planeta, con un diámetro de 15.5 metros y capaz de soportar 30,000 kilogramos de fuerza. Para probarlo, el equipo responsable fue al túnel de viento más grande del mundo en el centro de investigación AMES de la NASA. Las pruebas no salieron muy bien que digamos. La primera prueba fue exitosa, pero durante la prueba número dos, el paracaídas terminó en muy malas condiciones. El equipo estaba devastado, pero con ello iniciaron una investigación bastante minuciosa para saber por qué el paracaídas explotó de esa manera y si eso representaba una amenaza para la misión. Repitieron el experimento usando cámaras de alta resolución muchas veces, porque parece que el paracaídas no quería fallar otra vez. Cuando por fin lograron que fallara de nuevo, estudiaron los videos por meses, llegando a la conclusión de que en el túnel el paracaídas tardaba mucho más en inflarse de lo que tardaría en la atmósfera marciana. Mientras se está inflando en el túnel, el flameo del paracaídas puede permitir que partes de él se encimen, produciendo pequeñas bolsas de aire que terminan rompiéndolo. Además, durante la prueba se estaba inflando al paracaídas de costado por lo que la gravedad lo jalaba hacia abajo haciendo que la parte de arriba del paracaídas intentara irse para abajo, aumentando el riesgo de que la tela se encime. Esto no ocurriría en Marte porque, por supuesto, el paracaídas se abriría en vertical. Así, el equipo confió de que en Marte el paracaídas se comportaría adecuadamente.

Justo después de que el paracaídas se abra y el escudo de calor se desprenda, comienza a participar el sistema de radar haciendo rebotar ondas de radio en la superficie de marte. Este radar mide la altitud y velocidad de Curiosity para poder decirle cuando es tiempo de descender mediante los cohetes. Está compuesto por 6 antenas demasiado capaces (cada antena realiza 20 mediciones por segundo) y con haces muy angostos, montadas sobre el módulo de descenso. El radar empieza a funcionar a 8 kilómetros sobre la superficie de Marte mientras cae a casi 500 kilómetros por hora. Para probar los radares se llevó al sistema al Centro de Investigaciones de Vuelo Dryen. Ellos montaron una antena de radar debajo del ala de un avión supersónico FA-18. El piloto subió unos 15,000 metros, desaceleró, volteó y cayó del cielo. Durante esa caída de entre 5 y 8 segundos el radar envió mediciones del altitud y velocidad y por supuesto, los números eran correctos. También se colocó el radar en la base de helicópteros para probarlo en alturas menores sobre el desierto de Mojave, volando sobre dunas, flujos de lava y cráteres, superficies muy similares a las de Marte. Mediante esta prueba se observó que la grúa representaba un problema para el radar pues mientras el róver es bajado al suelo, puede interferir con algunos de los haces, lo que confundiría al radar. Los ingenieros decidieron apagar 4 haces y mover los otros dos a un ángulo lejos del róver, lo cual fue una solución muy acertada. Ahora, el trabajo del radar termina una vez que el róver toque el suelo.

Ahora es tiempo de hablar sobre los elementos que protegen al róver del impacto contra el suelo, es decir, las seis ruedas, la suspensión y demás mecanismos que también permiten al róver explorar el terreno. El róver llega al suelo a casi 90 centímetros por segundo, quizá piensas que no es mucho, pero el peso es demasiado, este peso va a cada rueda y lo que las ruedas no absorben va a la suspensión. Por lo tanto, necesitaban hacer un sistema muy fuerte y a la vez liviano. Para ello se basaron en la bicicleta moderna. Ellos básicamente llevaron una rueda de bicicleta al extremo e hicieron una rueda de bicicleta marciana, con radios curvos de titanio y una piel de aluminio flexible, haciendo que las ruedas sean muy resistentes. Como las ruedas todavía no están en su lugar para ese momento se tiene que idear una manera de ponerlas en su lugar en tan solo 6 segundos mientras es bajado por la grúa aérea. Para lograr esto, se utilizó una pequeña pirotecnia que liberaba al sistema de ruedas. Pirotecnia es lo que se necesita para que 90 kilogramos de herramienta se muevan 60 grados en 6 segundos y estén listos para el amartizaje. Tanto este movimiento como el mismo impacto de las ruedas también fue probado con modelos de róver, claro, siempre teniendo los nervios del equipo hasta el cielo. Otro punto importante de mencionar sobre las ruedas de Curiosity es que su anchura le permitía no hundirse en dunas, las cuales han sido un obstáculo para los róvers anteriores.

Ya había hablado un poco sobre cómo recolecta muestras de suelo marciano, pero en realidad la principal herramienta que permite que esto sea posible es su brazo robótico tan fuerte y preciso, una obra maestra de la ingeniería. Cuenta con 5 articulaciones: articulación azimut (como el movimiento a los lados del hombro), la elevación (brazo moviéndose hacia arriba y hacia abajo), el codo (funciona como un codo de verdad), la muñeca (funciona justo como la muñeca) y después la torrecilla (que perite que la “mano del róver” gire 360 grados).

El taladro del que también hablé al principio representó otro gran desafio para el equipo encargado. Se colocó un sistema recolector de polvo alrededor de la broca del taladro. La rotación del taladro lleva el polvo de la roca que se perfora adentro de la torrecilla, donde pasa por un tamiz para filtrar las partículas grandes. Para mantener la muestra fluyendo por el sistema se necesita mucha agitación y entender cómo construir este sistema de perforación que no agitara mucho la parte del brazo o la computadora del róver fue un reto muy complicado. Como Curiosity puede perforar en terrenos disparejos o inclinados el róver puede resbalarse y jalar el brazo dañándolo, si el taladro se atasca el róver puede quedarse anclado a ese lugar para siempre. Por ello, se ideó un plan de emergencia: si la broca se atasca, se dejaría allí pues Curiosity cuenta con dos taladros de emergencia. ¡Imagínense la precisión del proceso completo de muestreo! Desde la perforación, hasta el tamizado y su envío, estamos hablando de una muestra pequeñísima, pero claro, suficiente para hacer ciencia.

Las misiones pasadas necesitaban terrenos muy grandes y suaves para su amartizaje, pero Curiosity realizó una técnica llamada “entrada guiada”. ¿En qué consiste esta técnica? Justo antes de entrar a la atmósfera de Marte la nave se deshace de dos cargas, lo que mueve su centro de masa y genera una sustentación como la sustentación debajo del ala de un avión, con ello, la nave ahora puede volar. Mientras vuela, monitorea la atmósfera y enciende los propulsores para moverse más arriba, más abajo, a la derecha o a la izquierda, ajustes que lo ayudan a seguir en curso. Esto permitió acortar la zona de amartizaje, de más de 100 kilómetros a tan solo ¡20 kilómetros! Con esto, se podrían elegir muchas más zonas de amartizaje, había tantas opciones, que se necesitaron más de 100 expertos y 5 años para elegir una. El ganador fue el cráter Gale, de casi 160 kilómetros de diámetro elegido porque este cráter podría alguna vez estar inundado en agua. Además, sobre el suelo del cráter se encuentra una montaña de roca con capas llamada Monte Sharp, la cual se eleva casi 5 kilómetros sobre el suelo del cráter y cuyas capas más bajas contienen minerales que se forman en el agua.

Después de que todo estuviera listo y probado, el gran día llegó. El 5 de agosto del 2012 Curiosity puso sus ruedas por primera vez en la superficie de Marte y lo continúa haciendo hasta hoy, demostrando la capacidad de amartizar un róver muy grande y pesado en la superficie de Marte, logrando una precisión de 20 kilómetros como área de amartizaje y una movilidad de largo alcance para estudiar diversos entornos y analizar muestras encontradas en diferentes entornos. No cabe duda que Curiosity es una maravilla de la ciencia y la tecnología. ¿Cuál es tu explorador espacial favorito?

Escrito por: Ileana E. Monsalvo F.
Imagen de portada: NASA

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