Hablando estrictamente, Curiosity se encontrará descansando sobre la superficie de Marte 13,8 minutos antes, pero aquí en la Tierra recibiremos la señal con retraso debido al tiempo que le toma a las ondas de radio, viajando a la velocidad de la luz, recorrer la distancia entre los dos planetas, de aproximadamente 248 millones de kilómetros en el momento del descenso.
Marte es el cuarto planeta del sistema Solar, el último de los considerados “planetas interiores”, y tiene un diámetro de 6.780 kilómetros; esto es casi la mitad del tamaño de la Tierra, pero el doble del tamaño de la Luna. Su árida superficie recuerda a un desierto helado y rocoso, y vista desde el espacio presenta una gama de colores marrones y rojizos. Marte posee una decima parte de la masa de la Tierra, por lo cual tiene una gravedad sólo 38% de fuerte comparada con la de nuestro planeta. Las temperaturas en su superficie varían entre -128°C y 27°C, con un promedio de -53°C.
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Ruta trazada por el Mars Science Laboratory desde su
lanzamiento hasta su arribo en el planeta Marte, y posiciones de ambos planetas
en sus órbitas en el momento inicial y final del recorrido.
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Habiendo realizado esta breve introducción, analizaremos a continuación las metas y objetivos de la misión Mars Science Laboratory (a partir de ahora MSL), las características principales del rover Curiosity, los instrumentos de investigación científica incorporados a Curiosity y la forma en que se producirá el descenso sobre la superficie de Marte.
- Metas y objetivos de la misión: investigaciones del Mars Science Laboratory
Condiciones de habitabilidad
Es importante indicar que la misión en sí misma no está destinada a responder la pregunta acerca de si ha existido o existe vida en Marte. En cambio, lo que la misión está destinada a hacer es evaluar si el área que Curiosity explorará ha sido, en algún momento, un potencial hábitat para la vida en Marte. Curiosity no lleva experimentos para detectar procesos que indiquen vida presente, ni tampoco tiene capacidad para fotografiar microrganismos o fósiles de estos. Sin embargo, si ésta misión encuentra condiciones favorables para la habitabilidad y para la conservación de evidencia de vida, entonces los resultados podrán generar nuevas futuras misiones que sí traerán muestras a nuestro planeta, o que estarán equipadas con dispositivos más avanzados para el análisis de vida en Marte.
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Lugar de descenso del vehículo rover Curiosity (marcado en
color amarillo) en el cráter Gale, sobre la superficie de Marte.
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Las tres condiciones esenciales para la habitabilidad que siempre se consideran en astrobiología son la presencia de agua líquida, de compuestos químicos usados normalmente por la vida y de fuentes de energía. En cada medio ambiente de la Tierra donde hay agua líquida podemos encontrar vida microbiana. Es por esto que Curiosity descenderá en una región donde éste elemento clave en los requisitos de la vida ya se ha determinado: a través del análisis de las rocas de la zona, se ha determinado que en el pasado dicha región se encontraba mojada.
Además de la búsqueda de evidencias de agua, Curiosity también hará un inventario de otros ingredientes básicos para la vida, principalmente compuestos que contengan carbono, también denominados moléculas orgánicas. Si Curiosity detecta moléculas orgánicas como los aminoácidos, importantes para la vida en la Tierra, éstas podrían tener su explicación en un origen biológico; pero no debemos olvidar que también podrían provenir de fuentes no biológicas, así que la cuestión no quedaría esclarecida tan fácilmente. Curiosity también buscará otros elementos importantes para la vida, como nitrógeno, fósforo, azufre y oxígeno.
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Concepción artística del rover Curiosity utilizando uno de
sus instrumentos científicos (ChemCam) para analizar las condiciones químicas
de las rocas y el suelo.
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La energía para la vida en Marte podría provenir de la luz del Sol, del calor o la mezcla de productos químicos (alimentos) con un gradiente de energía que pudiera ser explotado por metabolismos biológicos. La información que Curiosity recolecte sobre los minerales y sobre el medio ambiente actual de la zona serán analizados en busca de pistas acerca de las posibles fuentes de energía pasadas y presentes para la existencia de vida.
Para cumplir la meta de determinar la condición de habitabilidad de la región, Curiosity deberá satisfacer los siguientes cuatro objetivos científicos:
- Evaluar el potencial biológico de al menos un entorno objetivo, determinando la naturaleza e inventario de los compuestos de carbono orgánico, buscando los componentes químicos básicos de la vida e identificando características que puedan registrar las acciones de procesos biológicos relevantes.
- Caracterizar la geología del lugar de estudio, investigando la composición química, isotópica y mineralógica de los materiales de la superficie, e interpretando los procesos que han formado las rocas y los suelos.
- Investigar los procesos planetarios relevantes para la habitabilidad pasada, incluyendo el rol del agua, mediante la evaluación de la evolución atmosférica a larga escala y determinando el estado presente, la distribución y el ciclo del agua y dióxido de carbono.
- Caracterizar el amplio espectro de radiación en la superficie, incluyendo la radiación cósmica, los eventos solares de protones y de neutrones secundarios.
Conservación de evidencias sobre la vida
Paradójicamente, algunas de las condiciones favorables para la vida pueden ser muy poco favorables para la conservación de la evidencia acerca de la existencia de vida. Por ejemplo, el agua, los oxidantes y el calor son excelentes para la habitabilidad, pero todos ellos eliminan por completo los rastros dejados por la actividad biológica.
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Concepción artística de Curiosity dejando su rastro sobre la
superficie marciana a medida que realiza su trabajo de investigación científica.
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Si tomamos como ejemplo nuestro planeta, la vida ha existido durante más de 3 mil millones de años, pero solamente una ínfima parte de la evidencia ha sido conservada hasta el presente. Para averiguar si Marte albergó vida en algún momento, un paso clave es aprender donde podrían conservarse las evidencias de la vida. La mayoría de las claves se encuentran en las texturas de las rocas, así como en la composición mineral y química de las mismas.
También algunas condiciones y procesos, tales como las bajas temperaturas y el rápido tapamiento bajo sedimentos, pueden favorecer la conservación de materia orgánica y la evidencia acerca de la vida. Del mismo modo, algunos minerales y otros materiales geológicos, tales como sulfatos, fosfatos, carbonatos y sílice, pueden ayudar a preservar las evidencias sobre la vida. Curiosity estudiará todos estos aspectos en búsqueda de condiciones favorables de conservación.
Medio ambiente moderno
Curiosity también estudiará las características actuales del medio ambiente de la región donde descenderá. Para lograrlo, lleva consigo una estación meteorológica, un instrumento para el seguimiento de la radiación natural de alta energía y un instrumento que puede detectar la humedad del suelo y minerales que contengan agua en el suelo bajo el vehículo. Verificará la existencia de metano en la atmósfera; debido a que el metano es conocido por desaparecer de las atmósferas en unos pocos siglos si no es remplazado por una fuente activa, su presencia en el medio ambiente moderno sería sorpresiva.
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Concepción artística del vehículo Curiosity con uno de sus
brazos extendidos, realizando algún trabajo de investigación científica.
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Otro aspecto importante de la misión se refiere al estudio del ambiente con el objetivo de obtener información para eventuales misiones humanas a Marte. Curiosity supervisará y analizará los niveles de radiación provenientes del Sol y los rayos cósmicos, para asegurar la seguridad de los astronautas en futuras misiones a Marte.
- Características principales del vehículo rover Curiosity
Curiosity es el más grande, pesado, avanzado e increíble vehículo robotizado que haya sido enviado hasta el momento a otro planeta. Tiene un peso total de 900 kg, pero es bueno resaltar que 80 kg de su peso corresponden a instrumental científico, siendo la mayor cantidad de instrumental que un vehículo de este tipo ha cargado hasta el momento (en comparación, los rovers de la última misión cargaban con sólo 7 kg de instrumental).
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| Comparación de tamaños entre tres generaciones de vehículos rovers enviados en misiones a Marte: un rover igual a Sojourner (en el medio y al frente, el más pequeño), un rover igual a Spirit y Opportunity (izquierda) y un rover igual a Curiosity (derecha). |
En cuanto a sus dimensiones, Curiosity es mucho más grande que los previos rovers, contando con 3 metros de largo, 2.8 metros de ancho y una altura de 2.1 metros. Recorrerá la superficie marciana a una velocidad máxima de 90 metros por hora con navegación automática, lo cual puede parecer no muy impresionante, pero debemos tener en cuenta que Curiosity deberá analizar y tener en consideración diversas variables, incluyendo niveles de energía, dificultad del terreno, deslizamiento y visibilidad. Se espera que recorra un mínimo de 19 km durante los dos años de duración de la misión.
En cuanto a sus fuentes de energía, el rover contará con un "generador termoeléctrico de radioisótopos" (RTG), el cual produce electricidad por el decaimiento natural del plutonio-238. El modelo incorporado en Curiosity es la última generación de RTG, puede generar 2.5 kilovatios-hora por día y su vida media está estimada en 14 años. Además, Curiosity también es alimentado por baterías de iones de litio (Li-Ion).
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| Colocación del generador termoeléctrico de radioisótopos, fuente principal de energía de Curiosity. |
En cuanto al sistema computacional de Curiosity, posee dos computadoras idénticas, de las cuales solamente utilizá una a la vez, y mantendrá a la otra como sistema de respaldo y redundancia. En cuanto a memoria, cada computadora posee 256 KB de EEPROM, 256 MB de DRAM y 2 GB de memoria flash (en comparación, las computadoras de los rovers de la misión anterior poseían 3 MB de EEPROM, 128 MB de DRAM y 256 MB de memoria flash). En cuanto a velocidad de procesamiento, cuentan con un CPU IBM RAD750 de 200 MHz (en comparación, los rovers anteriores contaban con procesadores de 20 MHz).
En materia de comunicación, Curiosity tiene dos formas principales de establecer comunicación: un transmisor y receptor de banda X, que puede comunicarse directamente con la Tierra; y un radio definido por software UHF Electra-Lite, que puede comunicarse con los orbitadores de Marte. Se prevé que la comunicación con los orbitadores será el método principal para enviar datos a la Tierra, puesto que estos últimos poseen más energía y antenas más grandes.
- Instrumentos de investigación científica en Curiosity
Curiosity lleva consigo diez instrumentos diferentes para la investigación científica, una cantidad que supera ampliamente a todo lo llevado previamente a la superficie marciana (por supuesto, el instrumental también supera en calidad a lo llevado previamente). Estos diez instrumentos comprenden unos 80 kilogramos del peso total del vehículo. Veremos brevemente de que se trata cada uno de ellos.
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Nombres y ubicación de los instrumentos científicos incorporados
en el rover Curiosity.
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1) Mast Camera (Mastcam): dos cámaras de 2 megapíxeles a color, ubicadas en el mástil, son los ojos principales de Curiosity. Cada una puede tomar y almacenar miles de imágenes a todo color, además serán capaces de grabar video en alta definición. Estas versátiles cámaras tienen capacidades complementarias para mostrar el entorno del rover con exquisito detalle y en movimiento.
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| Mast Camera (Mastcam) |
2) Chemistry and Camera (ChemCam): la investigación usando un laser vaporizador de rocas y un telescopio montado sobre el mástil de Curiosity es lo que se denomina “Chemistry and Camera Suite” (suite de Química y Cámara) o ChemCam. También incluye espectrómetros y electrónica en el interior del rover. La idea es que el laser podrá impactar sobre rocas o suelo con la suficiente energía para excitar un pequeño punto y convertirlo en brillante gas ionizado, denominado plasma. El instrumento luego observará la chispa con el telescopio y analizará el espectro de la luz, para identificar los elementos químicos del objetivo.
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| Chemistry and Camera (ChemCam) |
3) Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS): su traducción sería “espectrómetro de rayos X por radiación alfa” y se trata de un espectrómetro ubicado en el brazo robótico, que identificará los elementos químicos en las rocas y suelos. Su funcionamiento se basa en irradiar muestras con partículas alfa energéticas y rayos X, para luego proceder a analizarlas a partir del espectro generado por los rayos X re-emitidos.
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| Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) |
4) Mars Hand Lens Imager (MAHLI): una espectacular cámara a color ubicada al final del brazo robótico de Curiosity. Los investigadores la usarán para obtener vistas cercanas y amplificadas de las rocas y los suelos, así como también para visiones panorámicas amplias del suelo, del paisaje e incluso del rover. En esencia, se trata de una cámara en mano con un objetivo macro y enfoque automático.
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| Mars Hand Lens Imager (MAHLI) |
5) Chemistry and Mineralogy (CheMin): el experimento de Química y Mineralogía, o CheMin, es una de las dos investigaciones que analizarán, a través de la difracción y fluorescencia de rayos X, las rocas en polvo y muestras de suelo entregadas por el brazo robótico de Curiosity. Además éste identificará y cuantificará los minerales en las muestras. Los minerales proporcionan un registro duradero de las condiciones ambientales del pasado, incluyendo información sobre posibles ingredientes y fuentes de energía para la vida.
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| Chemistry and Mineralogy (CheMin) |
6) Sample Analysis at Mars (SAM): traducido como “análisis de muestras en Marte”, este instrumento utilizará tres herramientas analíticas para el estudio de la química relevante para la vida. Una de sus tareas clave es la verificación de compuestos basados en carbono, que en la Tierra son los bloques constituyentes de la vida. También examinará el estado químico de otros elementos importantes para la vida, y evaluará diferentes proporciones de pesos atómicos de ciertos elementos en busca de pistas sobre el cambio planetario y los procesos en curso.
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| Sample Analysis at Mars (SAM) |
7) Rover Environmental Monitoring Station (REMS): este instrumento registrará información sobre los cambios diarios y estacionales en el clima marciano. Se trata básicamente de una estación meteorológica que medirá la presión atmosférica, humedad, dirección y fuerza del viento, así como la temperatura ambiental y los niveles de radiación ultravioleta.
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| Rover Environmental Monitoring Station (REMS) |
8) Radiation Assessment Detector (RAD): este detector y evaluador de radiación monitoreará partículas atómicas y subatómicas de alta energía provenientes del Sol, de supernovas distantes y otras fuentes. Estas partículas constituyen la radiación de origen natural que podría ser perjudicial para microbios en la superficie marciana o para astronautas en una futura misión a Marte.
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| Radiation Assessment Detector (RAD) |
9) Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): con este nombre tan poco común, el experimento “albedo dinámico de neutrones” puede detectar agua unida a minerales subterráneos poco profundos en la trayectoria de Curiosity. Sus instrumentos dispararán neutrones al suelo y medirán la forma en que se dispersan, dándole una alta sensibilidad para encontrar hidrogeno a una profundidad de 50 centímetros directamente debajo del vehículo.
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| Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) |
10) Mars Descent Imager (MARDI): durante los últimos minutos de vuelo de Curiosity sobre la superficie de Marte, el “visor de descenso en Marte” grabará un video a todo color de la superficie del planeta. Esto le proveerá al equipo de investigación toda la información necesaria sobre el lugar de descenso y sus alrededores, para facilitar la interpretación de los puntos de vista del rover y planificar los movimientos iniciales. Cientos de imágenes tomadas por esta cámara mostrarán características más pequeñas que las que pueden observarse en imágenes tomadas desde la órbita. Este video también dará a todos los fans en el mundo una sensación sin precedentes de estar en una nave espacial descendiendo en la superficie de Marte.
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| Mars Descent Imager (MARDI) |
- Un descenso detallado sobre la superficie marciana
Descender apropiadamente un delicado vehículo de experimentación de casi una tonelada de peso sobre la superficie de otro planeta no es una cuestión sencilla. Son muchas las etapas de descenso y deben ser planificadas con el mayor de los cuidados, utilizando cálculos exactos y minimizando los errores que pudieran producirse.
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| Esquema de las diferentes partes de la nave que transporta al Mars Science Laboratory y al vehículo rover Curiosity en su camino hacia el planeta Marte. |
La atmósfera de Marte es tan gruesa como para impedir que puedan usarse cohetes para proveer una desaceleración significativa, pero no es lo suficientemente gruesa como para que los paracaídas y el aerofrenado por sí mismos sean eficaces. Aunque misiones previas han utilizado bolsas de aire para amortiguar el impacto, el MSL es demasiado grande como para que esa fuera una opción. En cambio, Curiosity descenderá sobre la superficie marciana usando un sistema de alta precisión denominado “Instrumento de Entrada, Descenso y Aterrizaje de MSL” (MEDLI, por sus siglas en inglés), que consta de un conjunto de sensores que tomaran mediciones y realizaran análisis durante el descenso completo.
Para ejemplificar lo complicado que será el descenso, podemos indicar que requerirá seis configuraciones diferentes de los vehículos, 76 dispositivos pirotécnicos, el más grande paracaídas supersónico jamás construido y más de 500.000 líneas de código informático. La nave empleará diferentes sistemas en un orden preciso, donde la secuencia de la entrada, descenso y aterrizaje se dividirá en cuatro partes. A continuación analizaremos brevemente las diferentes partes del descenso de Curiosity sobre la superficie de Marte.
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Gráfica detallada sobre las diferentes etapas del complejo descenso
del vehículo Curiosity sobre la superficie marciana.
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1. Entrada Guiada
El rover se encuentra plegado dentro de un aero-escudo que lo protege durante el viaje y la entrada atmosférica. Diez minutos antes de la entrada atmosférica, el aero-escudo se separará de la plataforma de viaje que proporcionó energía, comunicación y propulsión durante el largo vuelo hacia el planeta.
Un minuto tras la separación de la plataforma de viaje, los propulsores en el aero-escudo se encenderán para cancelar la rotación de la nave y conseguir una orientación con el escudo térmico apuntando hacia Marte. Este escudo térmico, el más grande que ha sido usado en el espacio, reducirá la velocidad de la nave por ablación contra la atmosfera marciana, pasando de 5.8 km/s a sólo 470 m/s; el despliegue de los paracaídas será posible cuatro minutos después.
Un minuto y 15 segundos después de la entrada el escudo térmico experimentará un máximo de temperatura de más de 2,090 °C, a medida que la fricción atmosférica convierta la velocidad en calor.
2. Descenso en Paracaídas
Cuando la fase de entrada esté completa y la cápsula se haya frenado a Mach2 (470 m/s) y a una altitud de 11 kilómetros, será desplegado el paracaídas supersónico. Dicho paracaídas consta de 80 líneas de suspensión, tiene más de 50 metros de largo y 16 metros de diámetro.
Después de que el paracaídas se haya desplegado, el escudo térmico se separará y caerá. Una cámara en la parte inferior del rover registrará el descenso a partir de este momento.
3. Descenso Motorizado
Tras el frenado por paracaídas, a aproximadamente 1,8 kilómetros de altitud, aun viajando a 100 m/s, el rover y la plataforma de descenso se separarán del aero-escudo. Esta última es una plataforma sobre el rover que posee 8 cohetes propulsores para frenar el descenso. Cada uno de estos propulsores, denominados “Mars Lander Engine (MLE)”, producen de 400 N a 3100 N de empuje. Mientras tanto, el rover se transformará de su configuración de vuelo a su configuración de aterrizaje, mientras es descendido bajo la plataforma de descenso por el sistema de grúa aérea.
4. Grúa Aérea
Para solucionar los muchos problemas que planteaba el descenso de un vehículo tan grande y pesado como el MSL, los ingenieros proporcionaron una alternativa novedosa nunca antes usada: la grúa aérea. Este sistema descenderá suavemente al rover usando una cuerda de 7,6 metros de largo, para obtener un suave aterrizaje (con las ruedas hacia abajo) sobre la superficie.
El sistema se compone de tres riendas para descender al vehículo y un cable umbilical llevando señales eléctricas entre la plataforma de descenso y el rover. A medida que los cables de soporte y de datos se desenrollen, las seis ruedas del rover se ajustarán en la posición correcta. A 7,5 metros debajo de la plataforma de descenso, los sistemas de la grúa aérea se detendrán y el rover aterrizará. Después que el rover aterrice, esperará dos segundos para confirmar que el vehículo se encuentra sobre tierra firme, detectando el peso en las ruedas.
Una vez confirmado esto, encenderá varios dispositivos explosivos pequeños, activando los cortadores de las riendas y los cables umbilicales, para liberarse de la plataforma de descenso. La plataforma de descenso se irá volando hacia un lugar, al menos 150 metros alejado, para estrellarse en la superficie.
- Conclusión
Poco después de aterrizar, las computadoras del rover cambiarán del modo “entrada, descenso y aterrizaje” a modo "superficie". Esto dará inicio a las actividades autónomas de Curiosity para el primer día marciano en la superficie de Marte, denominado técnicamente Sol 0. El momento del día en el lugar del aterrizaje será media tarde, alrededor de las 3 PM tiempo solar medio local en el cráter Gale.
Sin duda será este un acontecimiento histórico para la ciencia astronómica planetaria. Quién sabe que clase de evidencias o pistas pueda encontrar este maravilloso vehículo robotizado computarizado sobre la superficie de nuestro planeta vecino. Lo único que resta es esperar que todo se produzca según lo calculado, y que Curiosity, junto con su increíble abanico de instrumental científico, llegue sano y salvo a su destino. Y a partir de ese momento, la investigación, la emoción y el descubrimiento recién comienzan.
Todos aquellos que deseen visualizar en vivo el descenso de Curiosity en Marte, podrán hacerlo via Internet a través de la web oficial de la misión MSL: http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
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