Misión robótica que desplegó el rover Curiosity a Marte en 2012
Mars Science Laboratory ( MSL ) es una misión de sonda espacial robótica a Marte lanzada por la NASA el 26 de noviembre de 2011, [2] que aterrizó con éxito Curiosity , un rover de Marte , en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012. [3] [9] [10] [11] Los objetivos generales incluyen investigar la habitabilidad de Marte , estudiar su clima y geología y recopilar datos para una misión humana a Marte . [12] El rover lleva una variedad de instrumentos científicos diseñados por un equipo internacional. [13]
Descripción general
Vista del Hubble de Marte: se puede ver el cráter Gale . Ligeramente a la izquierda y al sur del centro, es una pequeña mancha oscura con un rastro de polvo hacia el sur.
MSL llevó a cabo con éxito el aterrizaje marciano más preciso de cualquier nave espacial conocida en ese momento, alcanzando una pequeña elipse de aterrizaje objetivo de sólo 7 por 20 km (4,3 por 12,4 millas), [14] en la región Aeolis Palus del cráter Gale. En ese caso, MSL logró un aterrizaje a 2,4 km (1,5 millas) al este y 400 m (1300 pies) al norte del centro del objetivo. [15] [16] Esta ubicación está cerca de la montaña Aeolis Mons (también conocida como "Monte Sharp"). [17] [18] La misión del rover está programada para explorar durante al menos 687 días terrestres (1 año marciano) en un rango de 5 por 20 km (3,1 por 12,4 millas). [19]
Los anteriores exploradores estadounidenses exitosos en Marte incluyen al Sojourner de la misión Mars Pathfinder y los exploradores de exploración de Marte Spirit y Opportunity . El Curiosity es aproximadamente el doble de largo y cinco veces más pesado que el Spirit y el Opportunity [22] y transporta diez veces la masa de los instrumentos científicos. [23]
Metas y objetivos
Autorretrato de MSL del cráter Gale sol 85 (31 de octubre de 2012).
(8) Caracterizar el amplio espectro de radiación superficial, incluida la radiación cósmica , los eventos de partículas solares y los neutrones secundarios . Como parte de su exploración, también midió la exposición a la radiación en el interior de la nave espacial mientras viajaba a Marte, y continúa con las mediciones de radiación mientras explora la superficie de Marte. Estos datos serían importantes para una futura misión humana . [25]
Aproximadamente un año después de la misión a la superficie, y habiendo evaluado que el antiguo Marte podría haber sido hospitalario para la vida microbiana, los objetivos de la misión MSL evolucionaron hacia el desarrollo de modelos predictivos para el proceso de preservación de compuestos orgánicos y biomoléculas ; una rama de la paleontología llamada tafonomía . [26]
Especificaciones
Astronave
Laboratorio Científico de Marte en montaje finalDiagrama de la nave espacial MSL: 1- Etapa de crucero; 2- Carcasa trasera; 3- Etapa de descenso; 4- Vehículo explorador Curiosity ; 5- Escudo térmico; 6- Paracaídas
El sistema de vuelo de la nave espacial tenía una masa en el momento del lanzamiento de 3.893 kg (8.583 lb), y constaba de una etapa de crucero alimentada por Tierra-Marte (539 kg (1.188 lb)), el sistema de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) (2.401 kg (5.293 lb) lb), incluidos 390 kg (860 lb) de propulsor de aterrizaje ), y un vehículo móvil de 899 kg (1982 lb) con un paquete de instrumentos integrado. [1] [27]
La nave espacial MSL incluye instrumentos específicos para vuelos espaciales, además de utilizar uno de los instrumentos del rover, el detector de evaluación de radiación (RAD), durante el tránsito del vuelo espacial a Marte.
Instrumento MSL EDL (MEDLI): El objetivo principal del proyecto MEDLI es medir ambientes aerotérmicos, la respuesta del material del escudo térmico subterráneo, la orientación del vehículo y la densidad atmosférica. [28] El conjunto de instrumentación MEDLI se instaló en el escudo térmico del vehículo de entrada MSL. Los datos adquiridos respaldarán futuras misiones a Marte al proporcionar datos atmosféricos medidos para validar los modelos de la atmósfera de Marte y aclarar los márgenes de diseño del módulo de aterrizaje en futuras misiones a Marte. La instrumentación de MEDLI consta de tres subsistemas principales: Conectores de sensores integrados de MEDLI (MISP), Sistema de datos atmosféricos de entrada a Marte (MEADS) y Electrónica de soporte de sensores (SSE).
Vagabundo
Diagrama móvil codificado por colores
El rover Curiosity tiene una masa de 899 kg (1982 lb), puede viajar hasta 90 m (300 pies) por hora en su sistema de bogie basculante de seis ruedas, está propulsado por un generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG) y Se comunica tanto en banda X como en banda UHF.
Computadoras: Las dos computadoras móviles idénticas a bordo, llamadas "Rover Compute Element" (RCE), contienen memoria reforzada contra la radiación para tolerar la radiación extrema del espacio y proteger contra ciclos de apagado. La memoria de cada computadora incluye 256 KB de EEPROM , 256 MB de DRAM y 2 GB de memoria flash . [29] Esto se compara con 3 MB de EEPROM, 128 MB de DRAM y 256 MB de memoria flash utilizados en los Mars Exploration Rovers. [30]
Las computadoras RCE utilizan la CPU RAD750 (sucesora de la CPU RAD6000 utilizada en los Mars Exploration Rovers) que funciona a 200 MHz. [31] [32] [33] La CPU RAD750 es capaz de hasta 400 MIPS , mientras que la CPU RAD6000 es capaz de hasta 35 MIPS. [34] [35] De los dos ordenadores de a bordo, uno está configurado como respaldo y asumirá el control en caso de problemas con el ordenador principal. [29]
El rover tiene una Unidad de Medición Inercial (IMU) que proporciona información de 3 ejes sobre su posición, que se utiliza en la navegación del rover. [29] Las computadoras del rover se autocontrolan constantemente para mantenerlo operativo, por ejemplo, regulando la temperatura del rover. [29] Actividades como tomar fotografías, conducir y operar los instrumentos se realizan en una secuencia de comandos que se envía desde el equipo de vuelo al rover. [29]
Las computadoras del rover ejecutan VxWorks , un sistema operativo en tiempo real de Wind River Systems . Durante el viaje a Marte, VxWorks ejecutó aplicaciones dedicadas a la fase de navegación y guía de la misión, y también contó con una secuencia de software preprogramada para manejar la complejidad de la entrada-descenso-aterrizaje. Una vez aterrizadas, las aplicaciones fueron sustituidas por software para conducir en superficie y realizar actividades científicas. [36] [37] [38]
La antena Goldstone puede recibir señales.Ruedas de un hermano trabajador de Curiosity . El patrón de código Morse (para " JPL ") está representado por agujeros pequeños (puntos) y grandes (rayas) en tres líneas horizontales en las ruedas. El código de cada línea se lee de derecha a izquierda.
Comunicaciones: Curiosity está equipado con varios medios de comunicación, para redundancia. Un pequeño transpondedor de banda X para el espacio profundo para comunicación directa con la Tierra a través de la red de espacio profundo de la NASA [39] y una radio UHF Electra -Lite definida por software para comunicarse con los orbitadores de Marte. [27] : 46 El sistema de banda X tiene una radio, con un amplificador de potencia de 15 W, y dos antenas: una antena omnidireccional de baja ganancia que puede comunicarse con la Tierra a velocidades de datos muy bajas (15 bit/s en el alcance máximo) , independientemente de la orientación del rover, y una antena de alta ganancia que puede comunicarse a velocidades de hasta 32 kbit/s, pero debe apuntar. El sistema UHF tiene dos radios (aproximadamente 9 W de potencia de transmisión [27] : 81 ), que comparten una antena omnidireccional. Este puede comunicarse con el Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) y el 2001 Mars Odyssey orbiter (ODY) a velocidades de hasta 2 Mbit/s y 256 kbit/s, respectivamente, pero cada orbitador sólo es capaz de comunicarse con Curiosity durante unos 8 minutos por día. [40] Los orbitadores tienen antenas más grandes y radios más potentes, y pueden transmitir datos a la Tierra más rápido que el rover podría hacerlo directamente. Por lo tanto, la mayoría de los datos devueltos por Curiosity (MSL) se realizan a través de enlaces de retransmisión UHF con MRO y ODY. La devolución de datos durante los primeros 10 días fue de aproximadamente 31 megabytes por día.
Normalmente se transmiten 225 kbit/día de comandos al rover directamente desde la Tierra, a una velocidad de datos de 1 a 2 kbit/s, durante una ventana de transmisión de 15 minutos (900 segundos), mientras que los mayores volúmenes de datos recopilados por el rover se devuelven a través de retransmisión satelital. [27] : 46 El retraso en la comunicación unidireccional con la Tierra varía de 4 a 22 minutos, dependiendo de las posiciones relativas de los planetas, siendo el promedio 12,5 minutos. [41]
En el aterrizaje, la telemetría fue monitoreada por el orbitador Mars Odyssey de 2001 , el Mars Reconnaissance Orbiter y el Mars Express de la ESA . Odyssey es capaz de transmitir telemetría UHF a la Tierra en tiempo real. El tiempo de relevo varía según la distancia entre los dos planetas y fue de 13:46 minutos en el momento del aterrizaje. [42] [43]
Sistemas de movilidad: El Curiosity está equipado con seis ruedas en una suspensión de bogie basculante , que también sirvió como tren de aterrizaje para el vehículo, a diferencia de sus predecesores más pequeños. [44] [45] Las ruedas son significativamente más grandes (50 centímetros (20 pulgadas) de diámetro) que las utilizadas en vehículos exploradores anteriores. Cada rueda tiene tacos y se acciona y engrana de forma independiente, lo que permite escalar en arena blanda y trepar por rocas. Las cuatro ruedas de las esquinas se pueden girar de forma independiente, lo que permite que el vehículo gire en su lugar y realice giros en arco. [27] Cada rueda tiene un patrón que le ayuda a mantener la tracción y deja huellas estampadas en la superficie arenosa de Marte. Las cámaras a bordo utilizan ese patrón para juzgar la distancia recorrida. El patrón en sí es el código Morse para " JPL " ( •−−− •−−• •−•• ). [46] Según el centro de masa, el vehículo puede soportar una inclinación de al menos 50 grados en cualquier dirección sin volcarse, pero los sensores automáticos limitarán que el rover exceda las inclinaciones de 30 grados. [27]
La estrategia de análisis general comienza con cámaras de alta resolución para buscar características de interés. Si una superficie particular es de interés, Curiosity puede vaporizar una pequeña porción de ella con un láser infrarrojo y examinar la firma del espectro resultante para consultar la composición elemental de la roca. Si esa firma intriga, el rover usará su largo brazo para girar sobre un microscopio y un espectrómetro de rayos X para observar más de cerca. Si la muestra justifica un análisis más detallado, Curiosity puede perforar la roca y entregar una muestra en polvo a los laboratorios analíticos SAM o CheMin dentro del rover. [47] [48] [49]
CheMin : CheMin es la abreviatura de 'Química y Mineralogía' y es unanalizador de difracción de rayos X y fluorescencia de rayos X. [50] [51] [52] Identificará y cuantificará los minerales presentes en las rocas y el suelo y evaluará así la participación del agua en su formación, deposición o alteración. [51] Además, los datos de CheMin serán útiles en la búsqueda de posibles biofirmas minerales , fuentes de energía para la vida o indicadores de entornos habitables en el pasado. [50] [51]
Comparación de dosis de radiación: incluye la cantidad detectada en el viaje de la Tierra a Marte por el RAD en el MSL (2011-2013). [57] [58] [59]
Detector de evaluación de radiación (RAD): este instrumento fue el primero de diez instrumentos MSL que se encendió. Tanto en ruta como en la superficie del planeta, caracterizará el amplio espectro de radiación que se encuentra en el entorno marciano. Encendido después del lanzamiento, registró varios picos de radiación causados por el Sol. [60] El 31 de mayo de 2013, científicos de la NASA informaron que una posible misión humana a Marte puede implicar un gran riesgo de radiación basado en la cantidad de radiación de partículas energéticas detectada por el RAD en el Mars Science Laboratory mientras viajaba de la Tierra a Marte en 2011-2012. [57] [58] [59]
Albedo dinámico de neutrones (DAN): una fuente de neutrones pulsadosy un detector para medir hidrógeno o hielo y agua en la superficie marciana o cerca de ella. [61] [62] El 18 de agosto de 2012 (sol 12) se encendió el instrumento científico ruso, DAN, [63] marcando el éxito de una colaboración ruso-estadounidense en la superficie de Marte y el primer instrumento científico ruso en funcionamiento. en la superficie marciana desde que Mars 3 dejó de transmitir hace más de cuarenta años. [64] El instrumento está diseñado para detectar agua subterránea. [63]
MastCam : este sistema proporciona múltiples espectros e imágenes en color real con dos cámaras.
Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : este sistema consta de una cámara montada en un brazo robótico del rover, que se utiliza para adquirir imágenes microscópicas de rocas y suelo. Dispone de LEDs blancos y ultravioleta para iluminación.
ChemCam: Diseñado por Roger Wiens es un sistema de instrumentos de teledetección que se utilizan para erosionar la superficie marciana hasta 10 metros de distancia y medir los diferentes componentes que componen la tierra. [73] La carga útil incluye el primer sistema de espectroscopía de ruptura inducida por láser (LIBS) que se utilizará para la ciencia planetaria, y la quinta cámara científica del Curiosity , la microimagen remota (RMI). El RMI proporciona imágenes en blanco y negro con una resolución de 1024×1024 en un campo de visión de 0,02 radianes (1,1 grados). [74] Esto equivale aproximadamente a una lente de 1500 mm en una cámara de 35 mm .
MARDI ve la superficie
Mars Descent Imager (MARDI) : Durante parte del descenso a la superficie marciana, MARDI adquirió 4 imágenes en color por segundo, a 1600×1200 píxeles, con un tiempo de exposición de 0,9 milisegundos. Se tomaron imágenes 4 veces por segundo, comenzando poco antes de la separación del escudo térmico a 3,7 km de altitud, hasta unos segundos después del aterrizaje. Esto proporcionó información de ingeniería sobre el movimiento del rover durante el proceso de descenso e información científica sobre el terreno que rodea inmediatamente al rover. La NASA analizó MARDI en 2007, pero Malin Space Science Systems lo aportó con sus propios recursos. [75] Después del aterrizaje, se podían tomar vistas de la superficie de 1,5 mm (0,059 pulgadas) por píxel, [76] la primera de estas fotografías posteriores al aterrizaje se tomó el 27 de agosto de 2012 (sol 20). [77]
Cámaras de ingeniería: Hay 12 cámaras adicionales que apoyan la movilidad:
Cámaras para evitar peligros (Hazcams): El rover tiene un par de cámaras de navegación en blanco y negro ( Hazcams ) ubicadas en cada una de sus cuatro esquinas. [78] Estos proporcionan vistas cerradas de posibles obstáculos a punto de pasar bajo las ruedas.
Cámaras de navegación (Navcams): el rover utiliza dos pares de cámaras de navegación en blanco y negro montadas en el mástil para respaldar la navegación terrestre. [78] Estos proporcionan una vista a mayor distancia del terreno por delante.
El Laboratorio Científico de Marte fue recomendado por el comité de Encuesta Decenal del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos como la misión de clase media a Marte de máxima prioridad en 2003. [79] La NASA convocó a propuestas para los instrumentos científicos del rover en abril de 2004, [80] y se presentaron ocho propuestas. seleccionado el 14 de diciembre de ese año. [80] Las pruebas y el diseño de componentes también comenzaron a finales de 2004, incluido el diseño de Aerojet de un motor monopropulsor con la capacidad de acelerar del 15 al 100 por ciento de empuje con una presión de entrada de propulsor fija. [80]
Sobrecostos, retrasos y lanzamiento
En noviembre de 2008 se completó la mayor parte del desarrollo de hardware y software y continuaron las pruebas. [81] En ese momento, los sobrecostos ascendían aproximadamente a 400 millones de dólares. En los intentos de cumplir con la fecha de lanzamiento, se eliminaron varios instrumentos y un caché para muestras y se simplificaron otros instrumentos y cámaras para simplificar las pruebas y la integración del rover. [82] [83] El mes siguiente, la NASA retrasó el lanzamiento hasta finales de 2011 debido al tiempo inadecuado de prueba. [84] [85] [86] Finalmente, los costes para desarrollar el rover alcanzaron los 2.470 millones de dólares, es decir, para un rover que inicialmente había sido clasificado como una misión de coste medio con un presupuesto máximo de 650 millones de dólares, pero la NASA todavía tuvo que pedir 82 millones de dólares adicionales para cumplir con el lanzamiento previsto para noviembre. En 2012, el proyecto sufrió un sobrecosto del 84 por ciento. [87]
MSL se lanzó en un cohete Atlas V desde Cabo Cañaveral el 26 de noviembre de 2011. [88] El 11 de enero de 2012, la nave espacial refinó con éxito su trayectoria con una serie de encendidos de motores propulsores de tres horas, lo que adelantó el tiempo de aterrizaje del rover en aproximadamente 14 horas. Cuando se lanzó MSL, el director del programa era Doug McCuistion de la División de Ciencias Planetarias de la NASA. [89]
Curiosity aterrizó con éxito en el cráter Gale a las 05:17:57.3 UTC el 6 de agosto de 2012, [3] [9] [10] [11] y transmitió imágenes Hazcam que confirman la orientación. [11] Debido a la distancia entre Marte y la Tierra en el momento del aterrizaje y a la velocidad limitada de las señales de radio, el aterrizaje no se registró en la Tierra hasta pasados 14 minutos. [11] El Mars Reconnaissance Orbiter envió una fotografía del Curiosity descendiendo bajo su paracaídas, tomada por su cámara HiRISE , durante el procedimiento de aterrizaje.
Seis miembros de alto rango del equipo Curiosity presentaron una conferencia de prensa unas horas después del aterrizaje, fueron: John Grunsfeld , administrador asociado de la NASA; Charles Elachi , director del JPL; Peter Theisinger , director de proyectos de MSL; Richard Cook, subdirector de proyectos de MSL; Adam Steltzner , líder de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) de MSL; y John Grotzinger , científico del proyecto MSL. [90]
Nombrar
Entre el 23 y el 29 de marzo de 2009, el público en general clasificó nueve nombres de rovers finalistas (Adventure, Amelia, Journey, Perception, Pursuit, Sunrise, Vision, Wonder y Curiosity) [91] mediante una encuesta pública en el sitio web de la NASA. [92] El 27 de mayo de 2009, se anunció que el nombre ganador sería Curiosity . El nombre había sido presentado en un concurso de ensayos por Clara Ma, una estudiante de sexto grado de Kansas. [92] [93] [94]
La curiosidad es la pasión que nos impulsa en nuestra vida cotidiana. Nos hemos convertido en exploradores y científicos con nuestra necesidad de hacer preguntas y maravillarnos.
Se evaluaron más de 60 lugares de aterrizaje y, en julio de 2011, se eligió el cráter Gale. Un objetivo principal al seleccionar el lugar de aterrizaje fue identificar un entorno geológico particular, o un conjunto de entornos, que sustentaría la vida microbiana. Los planificadores buscaron un sitio que pudiera contribuir a una amplia variedad de posibles objetivos científicos. Preferían un lugar de aterrizaje con evidencia tanto morfológica como mineralógica de agua pasada. Además, se prefirió un sitio con espectros que indicaran múltiples minerales hidratados ; Los minerales arcillosos y las sales de sulfato constituirían un sitio rico. Se sugirieron como posibles sustratos para la preservación de fósiles hematita , otros óxidos de hierro , minerales de sulfato, minerales de silicato , sílice y posiblemente minerales de cloruro . De hecho, se sabe que todos facilitan la preservación de morfologías y moléculas fósiles en la Tierra. [97] Se favoreció el terreno difícil para encontrar evidencia de condiciones habitables, pero el rover debe poder llegar con seguridad al sitio y conducir dentro de él. [98]
Las limitaciones de ingeniería exigían un lugar de aterrizaje a menos de 45° del ecuador marciano y a menos de 1 km por encima del punto de referencia . [99] En el primer taller sobre sitios de aterrizaje de MSL, se identificaron 33 sitios potenciales de aterrizaje. [100] Al final del segundo taller a finales de 2007, la lista se redujo a seis; [101] [102] en noviembre de 2008, los líderes del proyecto en un tercer taller redujeron la lista a estos cuatro lugares de aterrizaje: [103] [104] [105] [106]
Un cuarto taller sobre el lugar de aterrizaje se llevó a cabo a finales de septiembre de 2010, [111] y el quinto y último taller del 16 al 18 de mayo de 2011. [112] El 22 de julio de 2011, se anunció que el cráter Gale había sido seleccionado como lugar de aterrizaje. de la misión Mars Science Laboratory.
La primera y la segunda etapa, junto con los motores sólidos del cohete, fueron apiladas el 9 de octubre de 2011, cerca de la plataforma de lanzamiento. [115] El carenado que contenía MSL fue transportado a la plataforma de lanzamiento el 3 de noviembre de 2011. [116]
Animación de la trayectoria del Mars Science Laboratory. Tierra · Marte · Laboratorio de Ciencias de Marte
etapa de crucero
La etapa de crucero llevó la nave MSL a través del vacío del espacio y la llevó a Marte. El viaje interplanetario cubrió una distancia de 352 millones de millas en 253 días. [120] La etapa de crucero tiene su propio sistema de propulsión en miniatura , que consta de ocho propulsores que utilizan combustible de hidracina en dos tanques de titanio . [121] También tiene su propio sistema de energía eléctrica , que consta de un panel solar y una batería para proporcionar energía continua. Al llegar a Marte, la nave dejó de girar y un cortador de cables separó la etapa de crucero del aeroshell. [121] Luego, la etapa de crucero se desvió hacia una trayectoria separada hacia la atmósfera. [122] [123] En diciembre de 2012, el Mars Reconnaissance Orbiter ubicó el campo de escombros de la etapa de crucero . Dado que se conocen el tamaño inicial, la velocidad, la densidad y el ángulo de impacto del hardware, proporcionará información sobre los procesos de impacto en la superficie de Marte y las propiedades atmosféricas. [124]
Órbita de transferencia de Marte
La nave espacial MSL abandonó la órbita terrestre y fue insertada en una órbita de transferencia heliocéntrica de Marte el 26 de noviembre de 2011, poco después del lanzamiento, por la etapa superior Centaur del vehículo de lanzamiento Atlas V. [118] Antes de la separación de Centaur, la nave espacial se estabilizó por rotación a 2 rpm para controlar la actitud durante el crucero a Marte a 36.210 km/h (22.500 mph). [125]
Durante el crucero, se utilizaron ocho propulsores dispuestos en dos grupos como actuadores para controlar la velocidad de giro y realizar maniobras de corrección de trayectoria axial o lateral . [27] Al girar sobre su eje central, mantuvo una actitud estable. [27] [126] [127] A lo largo del camino, la etapa de crucero realizó cuatro maniobras de corrección de trayectoria para ajustar la trayectoria de la nave espacial hacia su lugar de aterrizaje. [128] La información se envió a los controladores de la misión a través de dos antenas de banda X. [121] Una tarea clave de la etapa de crucero fue controlar la temperatura de todos los sistemas de naves espaciales y disipar el calor generado por fuentes de energía, como células solares y motores, en el espacio. En algunos sistemas, las mantas aislantes mantenían los instrumentos científicos sensibles a temperaturas más altas que la temperatura cercana al cero absoluto del espacio. Los termostatos monitoreaban las temperaturas y encendían o apagaban los sistemas de calefacción y refrigeración según fuera necesario. [121]
Entrada, descenso y aterrizaje (EDL)
Sistema de nave espacial EDL
Aterrizar una gran masa en Marte es particularmente desafiante ya que la atmósfera es demasiado delgada para que los paracaídas y el aerofrenado por sí solos sean efectivos, [129] y al mismo tiempo sigue siendo lo suficientemente espesa como para crear problemas de estabilidad y choque al desacelerar con retrocohetes . [129] Aunque algunas misiones anteriores han utilizado bolsas de aire para amortiguar el impacto del aterrizaje, el rover Curiosity es demasiado pesado para que esto sea una opción. En cambio, Curiosity se depositó en la superficie marciana utilizando un nuevo sistema de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) de alta precisión que formaba parte de la etapa de descenso de la nave espacial MSL. La masa de este sistema EDL, incluido el paracaídas, la grúa aérea, el combustible y el aeroshell , es de 2.401 kg (5.293 lb). [130] El novedoso sistema EDL colocó al Curiosity dentro de una elipse de aterrizaje de 20 por 7 km (12,4 por 4,3 millas), [96] en contraste con la elipse de aterrizaje de 150 por 20 km (93 por 12 millas) de los sistemas de aterrizaje utilizados por el Rovers de exploración de Marte. [131]
El sistema de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) se diferencia de los utilizados para otras misiones en que no requiere un plan de misión interactivo generado desde tierra. Durante toda la fase de aterrizaje, el vehículo actúa de forma autónoma, basándose en software y parámetros precargados. [27] El sistema EDL se basó en una estructura aeroshell y un sistema de propulsión derivados de Viking para una entrada guiada con precisión y un aterrizaje suave, en contraste con los aterrizajes con bolsas de aire que se utilizaron a mediados de la década de 1990 en las misiones Mars Pathfinder y Mars Exploration Rover. . La nave espacial empleó varios sistemas en un orden preciso, con la secuencia de entrada, descenso y aterrizaje dividida en cuatro partes [131] [132] , que se describen a continuación a medida que se desarrollaron los eventos del vuelo espacial el 6 de agosto de 2012.
Evento EDL: 6 de agosto de 2012
Eventos de entrada a la atmósfera marciana desde la separación de la etapa de crucero hasta el despliegue del paracaídas
A pesar de lo tarde que era, especialmente en la costa este de los Estados Unidos, donde era la 1:31 am, [9] el aterrizaje generó un importante interés público. 3,2 millones vieron el aterrizaje en vivo y la mayoría lo vio en línea en lugar de por televisión a través de NASA TV o redes de noticias por cable que cubrieron el evento en vivo. [133] El lugar de aterrizaje final del rover estaba a menos de 2,4 km (1,5 millas) de su objetivo después de un viaje de 563.270.400 km (350.000.000 millas). [38] Además de la transmisión por secuencias y la visualización de videos tradicionales, el JPL creó Eyes on the Solar System , una simulación tridimensional en tiempo real de entrada, descenso y aterrizaje basada en datos reales. El tiempo de aterrizaje del Curiosity representado en el software, basado en las predicciones del JPL, fue menos de 1 segundo diferente de la realidad. [134]
La fase EDL de la misión de vuelo espacial MSL a Marte duró sólo siete minutos y se desarrolló automáticamente, según lo programado de antemano por los ingenieros del JPL, en un orden preciso, con la secuencia de entrada, descenso y aterrizaje ocurriendo en cuatro fases distintas: [131] [ 132]
Entrada guiada
La entrada guiada es la fase que permitió a la nave espacial dirigirse con precisión al lugar de aterrizaje previsto.
La entrada guiada de precisión hizo uso de la capacidad informática a bordo para dirigirse hacia el lugar de aterrizaje predeterminado, mejorando la precisión del aterrizaje desde un rango de cientos de kilómetros a 20 kilómetros (12 millas). Esta capacidad ayudó a eliminar algunas de las incertidumbres de los peligros de aterrizaje que podrían estar presentes en elipses de aterrizaje más grandes. [135] La dirección se logró mediante el uso combinado de propulsores y masas de equilibrio eyectables. [136] Las masas de equilibrio eyectables desplazan el centro de masa de la cápsula, lo que permite la generación de un vector de elevación durante la fase atmosférica. Una computadora de navegación integró las mediciones para estimar la posición y actitud de la cápsula que generó comandos de torque automatizados. Esta fue la primera misión planetaria que utilizó técnicas de aterrizaje de precisión.
El rover estaba plegado dentro de un aeroshell que lo protegió durante el viaje por el espacio y durante la entrada a la atmósfera en Marte. Diez minutos antes de la entrada en la atmósfera, el aeroshell se separó de la etapa de crucero que proporcionó energía, comunicaciones y propulsión durante el largo vuelo a Marte. Un minuto después de la separación de la etapa de crucero, los propulsores del aeroshell se dispararon para cancelar la rotación de 2 rpm de la nave espacial y lograron una orientación con el escudo térmico mirando a Marte en preparación para la entrada a la atmósfera . [137] El escudo térmico está hecho de un ablador de carbón impregnado de fenólico (PICA). El escudo térmico de 4,5 m (15 pies) de diámetro, que es el escudo térmico más grande jamás volado en el espacio, [138] redujo la velocidad de la nave espacial por ablación contra la atmósfera marciana , desde la velocidad de interfaz atmosférica de aproximadamente 5,8 km/s ( 3,6 mi/s) hasta aproximadamente 470 m/s (1500 pies/s), donde el despliegue del paracaídas fue posible unos cuatro minutos más tarde. Un minuto y 15 segundos después de la entrada, el escudo térmico experimentó temperaturas máximas de hasta 2090 °C (3790 °F) cuando la presión atmosférica convirtió la energía cinética en calor. Diez segundos después del calentamiento máximo, esa desaceleración alcanzó un máximo de 15 g . [137]
Gran parte de la reducción del error de precisión del aterrizaje se logró mediante un algoritmo de guía de entrada, derivado del algoritmo utilizado para guiar los módulos de comando Apollo que regresan a la Tierra en el programa Apollo . [137] Esta guía utiliza la fuerza de elevación experimentada por el aeroshell para "despejar" cualquier error detectado en el alcance y así llegar al lugar de aterrizaje objetivo. Para que el aeroshell tenga sustentación, su centro de masa está desplazado de la línea central axial, lo que resulta en un ángulo de compensación descentrado en vuelo atmosférico. Esto se logró expulsando masas de lastre que consistían en dos pesas de tungsteno de 75 kg (165 lb) minutos antes de la entrada a la atmósfera. [137] El vector de elevación estaba controlado por cuatro conjuntos de dos propulsores del sistema de control de reacción (RCS) que producían aproximadamente 500 N (110 lbf) de empuje por par. Esta capacidad de cambiar la orientación de la dirección de elevación permitió a la nave espacial reaccionar al entorno ambiental y dirigirse hacia la zona de aterrizaje. Antes del despliegue del paracaídas, el vehículo de entrada expulsó más masa de lastre que consistía en seis pesas de tungsteno de 25 kg (55 lb), de modo que se eliminó el desplazamiento del centro de gravedad . [137]
descenso en paracaídas
El paracaídas de MSL tiene 16 m (52 pies) de diámetro.El rover Curiosity de la NASA y su paracaídas fueron detectados por el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA mientras la sonda descendía a la superficie. 6 de agosto de 2012.
Cuando se completó la fase de entrada y la cápsula disminuyó su velocidad a aproximadamente 470 m/s (1500 pies/s) a aproximadamente 10 km (6,2 millas) de altitud, el paracaídas supersónico se desplegó, [139] como lo hicieron los módulos de aterrizaje anteriores como el Viking . Mars Pathfinder y los Mars Exploration Rovers. El paracaídas tiene 80 líneas de suspensión, mide más de 50 m (160 pies) de largo y aproximadamente 16 m (52 pies) de diámetro. [140] Capaz de desplegarse a Mach 2,2, el paracaídas puede generar hasta 289 kN (65.000 lbf) de fuerza de arrastre en la atmósfera marciana. [140] Después de que se desplegó el paracaídas, el escudo térmico se separó y cayó. Una cámara debajo del rover adquirió aproximadamente 5 fotogramas por segundo (con una resolución de 1600 × 1200 píxeles) por debajo de 3,7 km (2,3 millas) durante un período de aproximadamente 2 minutos hasta que los sensores del rover confirmaron el aterrizaje exitoso. [141] El equipo del Mars Reconnaissance Orbiter pudo adquirir una imagen del MSL descendiendo bajo el paracaídas. [142]
descenso motorizado
La etapa de descenso motorizado
Después del frenado del paracaídas, a aproximadamente 1,8 km (1,1 millas) de altitud, todavía viajando a aproximadamente 100 m/s (220 mph), el rover y la etapa de descenso se salieron del aeroshell. [139] La etapa de descenso es una plataforma sobre el rover con ocho propulsores de cohetes de hidracina monopropulsor de empuje variable en brazos que se extienden alrededor de esta plataforma para frenar el descenso. Cada propulsor de cohete, llamado Mars Lander Engine (MLE), [126] produce de 400 a 3100 N (90 a 697 lbf) de empuje y se deriva de los utilizados en los módulos de aterrizaje Viking. [143] Un altímetro de radar midió la altitud y la velocidad, alimentando datos a la computadora de vuelo del rover. Mientras tanto, el rover se transformó de su configuración de vuelo replegado a una configuración de aterrizaje mientras era bajado por debajo de la etapa de descenso mediante el sistema de "grúa aérea".
grúa del cielo
Eventos de entrada desde el despliegue del paracaídas hasta el descenso motorizado que finaliza en el vuelo de la grúa aéreaConcepción artística del Curiosity descendiendo desde la plataforma de descenso propulsada por un cohete.
Por varias razones, se eligió un sistema de aterrizaje diferente para MSL en comparación con los módulos de aterrizaje y vehículos exploradores anteriores en Marte. Se consideró que el Curiosity era demasiado pesado para utilizar el sistema de aterrizaje con bolsas de aire como el que se utiliza en los vehículos Mars Pathfinder y Mars Exploration Rovers . Un módulo de aterrizaje con patas habría causado varios problemas de diseño. [137] Habría sido necesario tener motores lo suficientemente altos sobre el suelo al aterrizar para no formar una nube de polvo que pudiera dañar los instrumentos del rover. Esto habría requerido patas de aterrizaje largas que deberían tener un ancho significativo para mantener el centro de gravedad bajo. Un módulo de aterrizaje con patas también habría requerido rampas para que el rover pudiera descender a la superficie, lo que habría supuesto un riesgo adicional para la misión en caso de que las rocas o la inclinación impidieran que Curiosity pudiera salir del módulo de aterrizaje con éxito. Ante estos desafíos, los ingenieros de MSL idearon una novedosa solución alternativa: la grúa aérea. [137] El sistema de grúa aérea bajó el rover con una correa de 7,6 m (25 pies) [137] hasta un aterrizaje suave (con las ruedas hacia abajo) en la superficie de Marte. [139] [144] [145] Este sistema consiste en una brida que baja el rover sobre tres correas de nailon y un cable eléctrico que transporta información y energía entre la etapa de descenso y el rover. A medida que los cables de soporte y de datos se desenrollaban, las seis ruedas motorizadas del rover se colocaron en su posición. Aproximadamente a 7,5 m (25 pies) por debajo de la etapa de descenso, el sistema de grúa aérea se detuvo y el rover aterrizó. Luego de aterrizar, el rover esperó dos segundos para confirmar que estaba en tierra firme al detectar el peso sobre las ruedas y disparó varios pyros (pequeños artefactos explosivos) activando cortacables en las bridas y cordones umbilicales para liberarse de la etapa de descenso. . La etapa de descenso luego se alejó hasta un aterrizaje forzoso a 650 m (2100 pies) de distancia. [146] El concepto de grúa aérea nunca antes se había utilizado en misiones. [147]
Lugar de aterrizaje
Gale Crater es el lugar de aterrizaje de MSL. [95] [148] [149] Dentro del cráter Gale hay una montaña, llamada Aeolis Mons ("Monte Sharp"), [17] [18] [150] de rocas en capas, que se elevan unos 5,5 km (18.000 pies) sobre el cráter. piso, que Curiosity investigará. El lugar de aterrizaje es una región lisa en "Yellowknife" Quad 51 [151] [152] [153] [154] de Aeolis Palus dentro del cráter frente a la montaña. La ubicación del lugar de aterrizaje objetivo era un área elíptica de 20 por 7 km (12,4 por 4,3 millas). [96] El diámetro del cráter Gale es de 154 km (96 millas).
El lugar de aterrizaje del rover estaba a menos de 2,4 km (1,5 millas) del centro de la elipse de aterrizaje planificada, después de un viaje de 563.000.000 km (350.000.000 millas). [155] La NASA nombró el lugar de aterrizaje del rover Bradbury Landing el día 16 del sol, 22 de agosto de 2012. [156] Según la NASA, se estima que entre 20.000 y 40.000 esporas bacterianas resistentes al calor estaban en el Curiosity en el momento del lanzamiento, y hasta 1.000 veces esa cantidad. Es posible que el número no se haya contado. [157]
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Otras lecturas
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enlaces externos
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MSL - Vídeos del canal de noticias NASA/JPL
MSL – Entrada, Descenso y Aterrizaje (EDL) – Video Animado (02:00)
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MSL – "Tierras de Curiosidades" (06/08/2012) – NASA/JPL – Vídeo (03:40)
Vídeo de descenso sim&real/narrado, MSL en tiempo real/25 fps, todo/4 fp, HiRise
MSL – Aterrizaje ("7 Minutos de Terror")
MSL – Sitio de aterrizaje – Cráter Gale – Video animado/narrado (02:37)
MSL – Resumen de la misión – Vídeo animado/extendido (11:20)
MSL – "Lanzamiento Curiosity" (26/11/2011) – NASA/Kennedy – Vídeo (04:00)
MSL – Visita virtual NASA/JPL – Rover
MSL – Entrada, Descenso y Aterrizaje (EDL) – Cronología/ieee
MSL – Entrada, Descenso y Aterrizaje (EDL) – Descripción. ( PDF )
MSL – Preparativos previos al lanzamiento en KSC (imágenes de alta resolución y panoramas esféricos) [ enlace muerto permanente ]
MSL: imágenes sin procesar, listado por JPL (oficial)
Curiosity descendiendo bajo su paracaídas, visto por HiRISE ( MRO ) (6 de agosto de 2012).
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![Primera prueba de manejo del Curiosity (Bradbury Landing) (22 de agosto de 2012).[156]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/63/PIA16094-Mars_Curiosity_Rover-First_Drive_Tracks.jpg/1280px-PIA16094-Mars_Curiosity_Rover-First_Drive_Tracks.jpg)
