El helicóptero «ingenio» de la NASA volará sobre Marte

La Nasa tiene prevista la fecha del próximo 8 de abril para el primer vuelo controlado sobre Marte del helicóptero Ingenuity. Pero antes de que el helicóptero de 1,8 kilogramos pueda intentar su primer vuelo, tanto él como su equipo deben cumplir una serie de hitos abrumadores.

Ingenuity permanece adherido al rover Perseverance de la Nasa, que aterrizó en Marte el pasado 18 de febrero. El pasado domingo, el rover desplegó el escudo de escombros compuesto de grafito con forma de caja de guitarra que protegió a Ingenuity durante el aterrizaje. El rover se encuentra actualmente en tránsito hacia el “aeródromo” donde Ingenuity intentará volar. Una vez desplegado, Ingenuity tendrá 31 días para realizar su campaña de vuelos de prueba.

“Cuando el rover Sojourner de la Nasa aterrizó en Marte en 1997, demostró que recorrer el Planeta Rojo era posible y redefinió por completo nuestro enfoque sobre cómo exploramos Marte. De manera similar, queremos aprender sobre el potencial que tiene Ingenuity para el futuro de la investigación científica”, dijo Lori Glaze, directora de la División de Ciencias Planetarias en la sede de la Nasa. “Acertadamente bautizado, Ingenuity es una demostración de tecnología que apunta a ser el primer vuelo propulsado en otro planeta y, si tiene éxito, podría expandir aún más nuestros horizontes y ampliar el alcance de lo que es posible con la exploración de Marte”.

Volar de manera controlada en Marte es mucho más difícil que volar en la Tierra. El Planeta Rojo tiene una gravedad significativa (alrededor de un tercio de la de la Tierra), pero su atmósfera es solo un 1% más densa que la de la atmósfera terrestre a nivel del mar. Durante el día marciano, la superficie del planeta recibe solo la mitad de la cantidad de energía solar que llega a la Tierra durante el día y las temperaturas nocturnas pueden descender hasta -90 grados Celsius, lo que puede congelar y agrietar componentes eléctricos desprotegidos.

Para encajar dentro de los alojamientos disponibles proporcionados por el rover Perseverance, el helicóptero Ingenuity debe ser pequeño. Para volar en el entorno de Marte, debe ser liviano. Para sobrevivir a las gélidas noches marcianas, debe tener suficiente energía para alimentar los calentadores internos. El sistema, desde el rendimiento de sus rotores en aire enrarecido hasta sus paneles solares, calentadores eléctricos y otros componentes, ha sido probado y vuelto a probar en las cámaras de vacío y laboratorios de pruebas del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la Nasa en el sur de California.

“Cada paso que hemos dado desde que comenzó este viaje hace seis años ha sido un territorio inexplorado en la historia de las aeronaves”, dijo Bob Balaram, ingeniero jefe de Mars Helicopter en JPL. “Y aunque ser desplegado en la superficie será un gran desafío, sobrevivir esa primera noche solo en Marte, sin el rover protegiéndolo y manteniéndolo encendido, será aún más grande“.

Despliegue del helicóptero

Antes de que Ingenuity emprenda su primer vuelo a Marte, debe estar directamente en el medio de su aeródromo: una superficie de 10 x 10 metros de bienes raíces marcianos elegidos por su planitud y ausencia de obstrucciones. Una vez que los equipos del helicóptero y del rover confirman que Perseverance está situado exactamente donde quieren que esté dentro del aeródromo, comienza el elaborado proceso para desplegar el helicóptero en la superficie de Marte.

“Como con todo, con el helicóptero este tipo de despliegue nunca se había hecho antes”, dijo Farah Alibay, responsable de integración de Mars Helicopter en el rover Perseverance. “Una vez que comenzamos el despliegue no hay vuelta atrás. Todas las actividades están estrechamente coordinadas, son irreversibles y dependen unas de otras. Si hay incluso un indicio de que algo no va como se esperaba, podemos decidir esperar un día o más hasta que tengamos una mejor idea de lo que está sucediendo “.

El proceso de despliegue del helicóptero tomará unos seis soles (seis días, cuatro horas en la Tierra). En el primer sol, el equipo en la Tierra activará un dispositivo para romper pernos, liberando un mecanismo de bloqueo que ayudó a sostener el helicóptero firmemente adherido al rover durante el lanzamiento y el aterrizaje en Marte. Al siguiente día, dispararán un dispositivo pirotécnico cortacables, lo que permitirá que el brazo mecanizado que sostiene a Ingenuity comience a girar el helicóptero fuera de su posición horizontal. Aquí también es cuando el helicóptero extenderá dos de sus cuatro patas de aterrizaje.

Durante el tercer día de la secuencia de despliegue, un pequeño motor eléctrico terminará de girar Ingenuity hasta engancharse, elevando el helicóptero completamente vertical. Durante el cuarto día, las dos últimas patas de aterrizaje encajarán en su posición. En cada uno de esos cuatro días, el generador de imágenes del sensor topográfico gran angular para operaciones e ingeniería (WATSON) tomará imágenes de confirmación de Ingenuity a medida que se desarrolla gradualmente en su configuración de vuelo. En su posición final, el helicóptero colgará suspendido a unos 13 centímetros sobre la superficie marciana. En ese momento, solo un perno y un par de docenas de pequeños contactos eléctricos conectarán el helicóptero a Perseverance. En el quinto día de implementación, el equipo aprovechará la última oportunidad para utilizar Perseverance como fuente de energía y cargar las seis celdas de batería de Ingenuity.

“Una vez que cortamos el cable con Perseverance y dejamos caer esas últimas cinco pulgadas a la superficie, queremos que nuestro gran amigo se vaya lo más rápido posible para que podamos recibir los rayos del sol en nuestro panel solar y comenzar a recargar nuestras baterías”, dijo Balaram.

En el sexto y último día programado de esta fase de despliegue, el equipo deberá confirmar tres cosas: que las cuatro patas del Ingenuity están firmemente en la superficie del cráter Jezero, que el rover, de hecho, condujo unos cinco metros. de distancia y que tanto el helicóptero como el rover se comunican a través de sus radios a bordo. Este hito también inicia el periodo de 30 días durante el cual deben realizarse todas las comprobaciones previas al vuelo y las pruebas de vuelo.

“Ingenuity es una prueba de vuelo de ingeniería experimental; queremos ver si podemos volar a Marte”, dijo Mimi Aung, responsable del proyecto Ingenuity Mars Helicopter en JPL. “No hay instrumentos científicos a bordo ni objetivos para obtener información científica. Estamos seguros de que todos los datos de ingeniería que queremos obtener tanto en la superficie de Marte como en el aire se pueden realizar dentro de esta ventana de 30 días”.

Al igual que con el despliegue, los equipos de helicópteros y rover abordarán metódicamente la próxima prueba de vuelo. Si el equipo falla o tiene preguntas sobre un hito importante antes del vuelo, es posible que necesiten uno o más días para comprender mejor el problema. Sin embargo, si el helicóptero sobrevive a la primera noche del período de secuencia en la superficie de Marte, el equipo pasará los siguientes soles haciendo todo lo posible para garantizar un vuelo exitoso, incluido mover las palas del rotor y verificar el rendimiento de la unidad de medición inercial, además de probar todo el sistema de rotor durante un giro a 2.537 rpm (mientras que el tren de aterrizaje del Ingenuity permanece firme en la superficie).

Primera prueba de vuelo

Una vez que el equipo esté listo para intentar el primer vuelo, Perseverance recibirá y transmitirá a Ingenuity las instrucciones de vuelo finales de los controladores de la misión JPL. Varios factores determinarán el tiempo preciso para el vuelo, incluido el modelado de los patrones de viento locales más las mediciones tomadas por el Analizador de Dinámica Ambiental de Marte (MEDA), construido en España, a bordo del Perseverance. El Ingenuity hará funcionar sus rotores a 2.537 rpm y, si todas las autocomprobaciones finales se ven bien, despegará. Después de ascender a una velocidad de aproximadamente un metro por segundo, el helicóptero volará a tres metros sobre la superficie durante hasta 30 segundos. Luego, el helicóptero de Marte descenderá y volverá a aterrizar en la superficie marciana.

Varias horas después de que se haya producido el primer vuelo, Perseverance bajará el primer conjunto de datos de ingeniería de Ingenuity y, posiblemente, imágenes y videos de las cámaras de navegación y Mastcam-Z del rover. A partir de los datos descargados esa primera noche después del vuelo, el equipo de Mars Helicopter espera poder determinar si su primer intento de volar a Marte fue un éxito.

Al día siguiente, todos los datos de ingeniería restantes recopilados durante el vuelo, así como algunas imágenes en blanco y negro de baja resolución de la propia cámara de navegación del helicóptero, podrían conectarse a JPL. El tercer sol de esta fase, deberían llegar las dos imágenes tomadas por la cámara a color de alta resolución del helicóptero. El equipo de Mars Helicopter utilizará toda la información disponible para determinar cuándo y cómo avanzar con su próxima prueba.

“Marte es duro”, dijo Aung. “Nuestro plan es trabajar lo que el Planeta Rojo nos depare de la misma manera que manejamos todos los desafíos que hemos enfrentado durante los últimos seis años: juntos, con tenacidad, mucho trabajo duro y un poco de ingenio”.

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