Primero en vuelo: la NASA acaba de demostrar que es posible volar en Marte; el siguiente es el sistema solar

Imagínese la escena: un pequeño dron del tamaño de una maleta desciende a una oscura grieta marciana, tal vez un tubo de lava que se formó hace miles de millones de años por la actividad volcánica en el planeta rojo. El dron ilumina su entorno, registrando vistas nunca antes vistas por ojos humanos mientras su conjunto de instrumentos busca signos de biología alienígena pasada o presente. Finalmente, su reconocimiento completo, el dron vuela de regreso a una zona de aterrizaje en la superficie para transmitir datos invaluables a la Tierra. Después de absorber la luz del sol marciana para recargar sus baterías, continúa explorando terrenos inaccesibles para cualquier otra máquina.

Lejos de ser un vuelo fantástico, una misión de este tipo pronto podría convertirse en una realidad gracias al rotundo éxito del helicóptero Ingenuity de la NASA, a veces denominado helicóptero o dron, una demostración de tecnología que tuvo lugar en Marte en el pasado. pocas semanas. Llevada al planeta por el rover Perseverance de la NASA, que aterrizó el 18 de febrero, esta pequeña máquina, con un peso miserable de 1.8 kilogramos, fue el primer intento de vuelo aéreo controlado en otro mundo, más de un siglo después de que esa misma hazaña se dominara en la Tierra. por los hermanos Wright. “Ahora podemos decir que los seres humanos han volado una nave rover en otro planeta”, dijo MiMi Aung, gerente de proyectos de Ingenuity en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, en un discurso a su equipo desde el control de la misión luego del exitoso primer vuelo en 19 de abril. “Juntos ahora tenemos el momento de nuestros hermanos Wright”.

Con el éxito de Ingenuity, los científicos espaciales están contemplando las funciones que podrían desempeñar los vehículos aéreos en nuestra exploración del sistema solar. Pocos mundos poseen las condiciones necesarias para un vuelo aerodinámico motorizado, a saber, una atmósfera y una superficie rocosa como la de Marte o la Tierra, pero hay otros dos notables. “La técnica general de vuelo aéreo es aplicable a lugares como [Saturn’s moon] Titán y Venus ”, dijo Bob Balaram, ingeniero jefe del equipo Ingenuity, en una conferencia de prensa después del primer vuelo. Las temperaturas y presiones extremadamente altas de este último plantean algunos desafíos únicos: “Cerca de la superficie es más cercano a nadar”, dice Paul Byrne, científico planetario de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. Sin embargo, volar allí no es imposible, como lo demostraron los globos Vega de la Unión Soviética en 1985. Con un helicóptero llamado Dragonfly que ya se está desarrollando para visitar Titán en la próxima década y el trabajo continúa en un sucesor conceptual de Ingenuity, el futuro parece brillante para las aeronaves. exploración de mundos alienígenas. “Este podría ser el comienzo de una nueva era”, dice Byrne.

El primer vuelo de Ingenuity, desde una franja de tierra en el cráter Jezero de Marte que ahora se conoce como “Wright Brothers Field”, fue modesto pero impresionante: la atmósfera del planeta es increíblemente delgada, solo el 1 por ciento de la de la Tierra, por lo que generar sustentación es extremadamente difícil. “Es similar a la Tierra a unos 100.000 pies sobre el suelo”, dice Ben Pipenberg, ingeniero del contratista de defensa AeroVironment, quien ayudó a construir Ingenuity. Con Perseverance observando desde una distancia segura, Ingenuity hizo girar sus palas a 2.500 revoluciones por minuto (rpm) para elevarse a una altitud de tres metros, donde flotó durante 30 segundos y realizó una rotación de 96 grados. Luego descendió de nuevo al suelo, aterrizando sobre sus cuatro patas, con un tiempo total de vuelo de 39,1 segundos.

A partir de ahí, las cosas se volvieron más complejas. El segundo vuelo duró 51,9 segundos, alcanzando una altura de cinco metros. E incluyó un movimiento lateral de unos dos metros, algo que no se intentó en los confines de la cámara de prueba en la Tierra donde Ingenuity voló por primera vez en condiciones simuladas de Marte. El tercer vuelo vio a Ingenuity viajar la mitad de la longitud de un campo de fútbol, ​​unos 50 metros, alcanzando una velocidad máxima de poco más de dos metros por segundo. El cuarto vuelo el 30 de abril empujó los límites una vez más, con Ingenuity permaneciendo en el aire durante casi dos minutos (117 segundos) y alcanzando una velocidad impresionante de 3.5 metros por segundo mientras exploraba una posible zona de aterrizaje futura en un viaje de ida y vuelta. de más de 260 metros. El quinto vuelo de Ingenuity, completado el 7 de mayo e inicialmente planeado como el último, lo envió en un viaje de ida a la nueva zona de aterrizaje para esperar la llegada de Perseverance, su nave nodriza.

Ahora, este dron de demostración de tecnología tremendamente exitoso está entrando en una nueva fase de su misión: un segundo conjunto de pruebas operativas más ambiciosas de un mes de duración. Estas pruebas están destinadas a mostrar cómo los drones aerotransportados “podrían desempeñar un papel activo en una futura misión científica de rover”, dice Dave Lavery, ejecutivo del programa Ingenuity en la sede de la NASA en Washington, DC. Aunque Ingenuity no apoyará directamente los objetivos científicos de Perseverance, es decir, buscar signos de vida pasada en Marte, ayudará a explorar la ruta potencial del rover por delante mientras el equipo planea su camino óptimo a través de las riquezas del cráter Jezero, o incluso fotografiar lugares cercanos no en la trayectoria planificada del rover. Incluso hay una pequeña posibilidad de que Ingenuity pueda apoyar la misión posterior del rover, si sobrevive. “Podríamos ver la posibilidad de mirar por encima del borde del cráter”, dice Lavery.

Se ha hablado mucho de cómo estos vehículos podrían algún día apoyar misiones humanas, actuando como drones de reconocimiento para que los humanos exploren regiones de interés cerca de un lugar de aterrizaje o transporten herramientas entre ubicaciones. A corto plazo, las perspectivas de una ciencia robótica más emocionante están en el horizonte, tal vez de la misma manera que el rover Sojourner en 1997, en sí mismo un prototipo de exploración sobre ruedas y parte de la misión Pathfinder de la NASA, allanó el camino para sus sucesores Spirit, Oportunidad, curiosidad y ahora perseverancia. “Creo que veremos algunos vehículos voladores en el futuro”, dice Michael Meyer, científico principal del Programa de Exploración de Marte de la NASA en la sede de la agencia en Washington, DC “Ahora será parte de nuestra cartera de métodos que utilizar para la exploración. Hay cosas que puedes hacer con un helicóptero que no puedes hacer con otras plataformas “.

Los ejemplos podrían incluir explorar los tubos de lava antes mencionados o quizás acercarse a las paredes del cráter —demasiado alto y empinado para que un rover lo escale— donde un helicóptero podría tomar imágenes y realizar un análisis de cerca también. Otro ejemplo podría ser el estudio de líneas de pendiente recurrentes, flujos oscuros en Marte que posiblemente se han relacionado con el agua líquida que fluye en la superficie. Perversamente, es esta posibilidad de agua — y el riesgo que la acompaña de contaminación con bacterias importadas de la Tierra — lo que esencialmente prohíbe a cualquier persona o cosa poner un pie (o rueda) allí para buscar señales de vida nativa marciana. Pero un dron suspendido podría mirar sin tocar, ofreciendo una ruta novedosa de exploración. “Un helicóptero nos daría la capacidad de ir y mirar de cerca algo que de otro modo no consideraríamos adecuado para un rover”, dice Byrne, “ya sea por problemas de protección planetaria o porque es demasiado peligroso”.

Ya se está investigando un concepto para un posible vehículo aéreo más allá de Ingenuity. Conocido como el helicóptero científico de Marte, este hexacóptero de seis palas pesaría casi 30 kilogramos. Y estaría equipado con varios kilogramos de instrumentos para analizar diferentes regiones de la superficie marciana y tendría la capacidad de volar durante minutos a lo largo de varios kilómetros. “Estamos tratando de aprender de Ingenuity y preguntarnos: ‘¿Qué podríamos lograr si lo impulsamos más?’”, Dice Theodore Tzanetos de JPL, que es parte del equipo conceptual de Mars Science Helicopter. La ciencia que tales rasgos proporcionarían sería tremenda, y pondría de repente al alcance grandes franjas de la superficie marciana. El récord de distancia actual en Marte lo tiene el rover Opportunity de la NASA, que viajó más de 42 kilómetros en poco más de 11 años. Un helicóptero podría lograr la misma hazaña en semanas.

Otras ideas implican el uso de helicópteros para realizar estudios del hielo de agua expuesto en regiones de la superficie marciana inaccesibles para los rovers. Los drones podrían sumergirse en los valles marcianos como el Mawrth Vallis de dos kilómetros de profundidad, en busca de evidencia de arcillas vinculadas a la astrobiología, o tal vez usar instrumentos para sondear los confines de la atmósfera marciana, dice Shannah Withrow-Maser, el sistema de vehículos Mars Science Helicopter líder en el Centro de Investigación Ames de la NASA en California. Y todo esto podría hacerse junto con una misión de rover más grande o como misiones independientes más rentables y mucho más ligeras, lo que permitiría una exploración más generalizada de una variedad de lugares marcianos. “Personalmente, me encantaría”, dice Withrow-Maser.

En otras partes del sistema solar, las opciones de vuelo son más limitadas. Uno podría imaginar un helicóptero en la atmósfera de uno de los gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno, donde teóricamente sería posible volar. Pero llegar allí sería un problema. “El problema, por supuesto, es la desaceleración y la cantidad de energía que tomaría” al llegar al planeta, dice Byrne. Pero Titán, la intrigante luna de Saturno con una atmósfera increíblemente espesa y lagos de hidrocarburos en su superficie, es una perspectiva muy tentadora. En 2019, la NASA seleccionó una misión que intentaría desplegar el helicóptero Dragonfly en la luna. Está previsto que Dragonfly se lance a partir de 2026 y llegue en 2034, y su equipo ha estado siguiendo muy de cerca los éxitos de Ingenuity.

“Lo hemos estado siguiendo con gran interés”, dice Elizabeth Turtle, líder de la misión Dragonfly en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins. “Estamos muy ansiosos por ver qué lecciones podemos llevar adelante con Dragonfly”. Al igual que Ingenuity, Dragonfly volará de forma autónoma, por lo que hará uso de capacidades de procesamiento de imágenes a bordo similares para decidir dónde aterrizar en la superficie del Titanian. (Ingenuity realiza mapas del terreno tomando 30 imágenes del suelo por segundo). Pero Dragonfly es un mamut en comparación con Ingenuity, pesa casi media tonelada métrica y funciona con plutonio. Y es una misión independiente en lugar de un paseo como Ingenuity. “Es como la perseverancia [in scale], excepto que volamos en lugar de conducir a través de la superficie ”, dice Turtle.

A pesar de que Titán es un mundo alienígena mucho más distante que Marte, con un tiempo de viaje ligero desde la Tierra de aproximadamente una hora, en comparación con los 20 minutos del Planeta Rojo, el vuelo es relativamente más fácil allí. La gravedad de Titán es solo el 14 por ciento de la de la Tierra y mucho menor que la de Marte, mientras que la atmósfera mucho más espesa de la Luna hace que generar sustentación sea una brisa comparativa. “Una persona podría ponerse alas y volar sobre la superficie de Titán”, dice Turtle. Los vientos en Titán también son mucho más lentos, apenas más de un kilómetro por hora frente a decenas de kilómetros por hora en Marte. Y mientras que las cuchillas de Ingenuity requieren 2.500 rpm para levantar su frágil cuerpo de 1.8 kg de la superficie, la libélula de media tonelada métrica el volumen se puede elevar simplemente con sus rotores girando a 800 rpm. El mayor desafío de Titán es su temperatura, que tiene un promedio de sólo 180 grados Celsius, de ahí la necesidad de una fuente de energía de plutonio generadora de calor de larga duración. “Ciertamente hace frío”, dice Turtle. “Es un desafío nada trivial”.

Con Dragonfly en el horizonte, y quizás misiones futuras como el Mars Science Helicopter en proceso, hay mucho de qué emocionarse más allá de Ingenuity. Esta pequeña máquina ha demostrado, por primera vez, que el vuelo en mundos alienígenas es posible, tanto desde el punto de vista físico como logístico. Ahora esta nueva era emocionante de descubrimientos aguarda, y aunque solo un puñado de mundos brindan las condiciones adecuadas para este método de exploración, el cielo es en gran medida el límite para la ciencia que podrían realizar los vehículos aéreos en estos cielos alienígenas. “Hay cosas que resolver”, dice Meyer. “Entonces creo que vamos a empezar a ver algunas plataformas de helicópteros nuevas y mejoradas que pueden transportar cargas útiles tentadoras”.

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