La misión Mars Exploration Rover ( MER ) de la NASA fue una misión espacial robótica que involucró a dos rovers de Marte , Spirit y Opportunity , para explorar el planeta Marte . Comenzó en 2003 con el lanzamiento de los dos rovers para explorar la superficie y la geología marcianas ; ambos aterrizaron en Marte en lugares separados en enero de 2004. Ambos rovers sobrevivieron con creces a sus misiones planificadas de 90 días solares marcianos : MER-A Spirit estuvo activo hasta el 22 de marzo de 2010, [1] mientras que MER-B Opportunity estuvo activo hasta el 10 de junio de 2018. [2]
El objetivo científico de la misión era buscar y caracterizar una amplia gama de rocas y suelos que contienen pistas sobre la actividad hídrica pasada en Marte . La misión es parte del Programa de Exploración de Marte de la NASA , que incluye tres módulos de aterrizaje anteriores exitosos: los dos módulos de aterrizaje del programa Viking en 1976 y la sonda Mars Pathfinder en 1997. [3]
Los objetivos científicos de la misión Mars Exploration Rover fueron: [4]
El coste total de la construcción, lanzamiento, aterrizaje y operación de los rovers en la superficie para la misión primaria inicial de 90 soles fue de 820 millones de dólares. [5] Cada rover recibió cinco extensiones de misión, ya que continuaron funcionando más allá de su duración inicialmente planificada. La quinta extensión de misión se concedió en octubre de 2007 y duró hasta finales de 2009. [5] [6] El coste total de las primeras cuatro extensiones de misión fue de 104 millones de dólares, y la quinta extensión de misión costó al menos 20 millones de dólares. [5] La misión fue gestionada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), que diseñó, construyó y operó los rovers.
En reconocimiento a la enorme cantidad de información científica acumulada por ambos rovers, dos asteroides han sido bautizados en su honor: 37452 Spirit y 39382 Opportunity .
El MER-A ( Spirit ) y el MER-B ( Opportunity ) fueron lanzados el 10 de junio de 2003 y el 7 de julio de 2003, respectivamente. Aunque ambas sondas fueron lanzadas en cohetes Boeing Delta II 7925-9.5 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17 de Cabo Cañaveral (CCAFS SLC-17), el MER-B estaba en la versión pesada de ese vehículo de lanzamiento, necesitando energía adicional para la inyección Trans-Marte . Los vehículos de lanzamiento estaban integrados en plataformas uno al lado del otro, con el MER-A en el CCAFS SLC-17A y el MER-B en el CCAFS SLC-17B. Las plataformas duales permitieron trabajar los períodos de lanzamiento planetario de 15 y 21 días juntos; el último día de lanzamiento posible para el MER-A fue el 19 de junio de 2003 y el primer día para el MER-B fue el 25 de junio de 2003. El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA gestionó el lanzamiento de ambas naves espaciales.
Las sondas aterrizaron en enero de 2004 en lugares ecuatoriales muy separados en Marte. El 21 de enero de 2004, la Red de Espacio Profundo perdió contacto con Spirit , por razones que originalmente se creyeron relacionadas con una lluvia de llamaradas sobre Australia . El rover transmitió un mensaje sin datos, pero más tarde ese día perdió otra sesión de comunicaciones con Mars Global Surveyor . Al día siguiente, JPL recibió un pitido del rover, indicando que estaba en modo de falla. El 23 de enero, el equipo de vuelo logró que el rover enviara. Se cree que la falla fue causada por un error en el subsistema de memoria flash del rover . El rover no realizó ninguna actividad científica durante diez días, mientras los ingenieros actualizaban su software y realizaban pruebas. El problema se corrigió reformateando la memoria flash de Spirit y usando un parche de software para evitar la sobrecarga de memoria; Opportunity también se actualizó con el parche como medida de precaución. Spirit regresó a operaciones científicas completas el 5 de febrero. Las misiones de ambos rovers inicialmente tenían una duración de solo 90 soles .
El 23 de marzo de 2004 se celebró una conferencia de prensa en la que se anunciaron "descubrimientos importantes" de pruebas de la presencia de agua líquida en el pasado en la superficie marciana. Una delegación de científicos mostró fotografías y datos que revelaban un patrón estratificado y una estratificación cruzada en las rocas del afloramiento dentro de un cráter en Meridiani Planum , lugar de aterrizaje del MER-B, Opportunity . Esto sugería que alguna vez fluyó agua en la región. La distribución irregular de cloro y bromo también sugiere que el lugar fue una vez la costa de un mar salado, ahora evaporado.
El 8 de abril de 2004, la NASA anunció que ampliaría la vida útil de la misión de los rovers de tres a ocho meses. Inmediatamente proporcionó financiación adicional de 15 millones de dólares hasta septiembre y 2,8 millones de dólares al mes para continuar las operaciones. Más tarde ese mes, Opportunity llegó al cráter Endurance y tardó unos cinco días en recorrer los 200 metros. La NASA anunció el 22 de septiembre que ampliaría la vida útil de la misión de los rovers por otros seis meses. Opportunity debía abandonar el cráter Endurance, visitar su escudo térmico descartado y proceder al cráter Victoria . Spirit debía intentar subir a la cima de las colinas de Columbia .
Con los dos exploradores funcionando bien, la NASA anunció más tarde otra extensión de la misión por 18 meses hasta septiembre de 2006. Opportunity debía visitar el "Terreno Grabado" y Spirit debía escalar una pendiente rocosa hacia la cima de Husband Hill . El 21 de agosto de 2005, Spirit alcanzó la cima de Husband Hill después de 581 soles y un viaje de 4,81 kilómetros (2,99 millas).
La rueda delantera derecha del Spirit dejó de funcionar el 13 de marzo de 2006, mientras el rover se desplazaba hacia McCool Hill . Sus conductores intentaron arrastrar la rueda muerta detrás del Spirit , pero esto sólo funcionó hasta llegar a una zona arenosa intransitable en las laderas inferiores. Los conductores dirigieron al Spirit a una característica inclinada más pequeña, denominada "Low Ridge Haven", donde pasó el largo invierno marciano, esperando la primavera y el aumento de los niveles de energía solar adecuados para la conducción. Ese septiembre, Opportunity llegó al borde del cráter Victoria, y Spaceflight Now informó que la NASA había extendido la misión de los dos rovers hasta septiembre de 2007. [7] [8] El 6 de febrero de 2007, Opportunity se convirtió en la primera nave espacial en atravesar diez kilómetros (6,2 millas) en la superficie de Marte. [9]
En julio de 2007, durante la cuarta extensión de la misión, las tormentas de polvo marcianas bloquearon la luz solar para los rovers y amenazaron la capacidad de la nave para recolectar energía a través de sus paneles solares , lo que hizo que los ingenieros temieran que uno o ambos pudieran quedar inutilizados permanentemente. Sin embargo, las tormentas de polvo se disiparon, lo que les permitió reanudar las operaciones. [10]
El Opportunity estaba a punto de entrar en el cráter Victoria desde su posición elevada en el borde de Duck Bay el 28 de junio de 2007, [11] pero debido a las extensas tormentas de polvo, se retrasó hasta que el polvo se despejó y la energía volvió a niveles seguros. [12] Dos meses después, Spirit y Opportunity reanudaron su marcha después de agacharse durante las furiosas tormentas de polvo que limitaron la energía solar a un nivel que casi provocó la falla permanente de ambos vehículos. [13]
El 1 de octubre de 2007, [14] tanto Spirit como Opportunity entraron en su quinta extensión de misión que extendió las operaciones hasta 2009, [15] lo que permitió que los exploradores pasaran cinco años explorando la superficie marciana, a la espera de su supervivencia continua.
El 26 de agosto de 2008, Opportunity inició su ascenso de tres días fuera del cráter Victoria en medio de preocupaciones de que picos de energía, similares a los observados en Spirit antes de la falla de su rueda delantera derecha, podrían impedirle salir del cráter si una rueda fallaba. El científico del proyecto Bruce Banerdt también dijo: "Hemos hecho todo lo que queríamos hacer al entrar en el cráter Victoria y más". Opportunity regresará a las llanuras para caracterizar la vasta diversidad de rocas de Meridiani Planum, algunas de las cuales pueden haber sido expulsadas de cráteres como Victoria. El rover había estado explorando el cráter Victoria desde el 11 de septiembre de 2007. [16] [17] Hasta enero de 2009, los dos rovers habían enviado colectivamente 250.000 imágenes y viajado más de 21 kilómetros (13 millas). [18]
Después de recorrer unos 3,2 kilómetros (2,0 millas) desde que salió del cráter Victoria, Opportunity vio por primera vez el borde del cráter Endeavour el 7 de marzo de 2009. [19] Pasó la marca de 16 km (9,9 millas) en el camino en el sol 1897. [20] Mientras tanto, en el cráter Gusev, Spirit se hundió profundamente en la arena marciana, de forma similar a lo que le ocurrió a Opportunity en Purgatory Dune en 2005. [21]
El 26 de enero de 2010, después de seis años en Marte, la NASA anunció que Spirit se utilizaría como plataforma de investigación estacionaria, después de varios meses de intentos infructuosos de liberar al rover de la arena blanda. [22]
La NASA anunció el 24 de marzo de 2010 que Opportunity , al que le quedaba una distancia de viaje restante estimada de 12 km (7,5 mi) hasta el cráter Endeavour, había recorrido más de 20 km (12,4 mi) desde el inicio de su misión. [23] Cada rover fue diseñado con un objetivo de distancia de viaje de misión de solo 600 metros. [23]
En marzo de 2010 se anunció que Spirit podría haber entrado en hibernación durante el invierno marciano y que no podría despertar de nuevo durante meses. [24] El 22 de mayo de 2011, la NASA cesó sus intentos de contactar con Spirit , que había estado atrapado en una trampa de arena durante dos años. La última comunicación exitosa con el rover fue el 22 de marzo de 2010. La transmisión final a Spirit fue el 25 de mayo de 2011. [25]
El 16 de mayo de 2013, la NASA anunció que Opportunity había recorrido más distancia que cualquier otro vehículo de la NASA en un mundo distinto de la Tierra. [26] Después de que la odometría total de Opportunity superara los 35,744 km (22,210 mi), el rover superó la distancia total recorrida por el vehículo lunar Apollo 17. [26] Y el 28 de julio de 2014, Opportunity había recorrido más distancia que cualquier otro vehículo en un mundo distinto de la Tierra. [26] [27] [28] Opportunity cubrió más de 40 km (25 mi), superando la distancia total de 39 km (24 mi) recorrida por el rover lunar Lunokhod 2 , el anterior poseedor del récord. [26] [27] El 23 de marzo de 2015, Opportunity había recorrido la distancia completa de 42,2 km (26,2 mi) de una maratón , con un tiempo de finalización de aproximadamente 11 años y 2 meses. [29]
El 24 de enero de 2014, la NASA informó que los estudios en curso por el rover restante, Opportunity , así como por el más nuevo rover Curiosity del Laboratorio Científico de Marte, ahora buscarían evidencia de vida antigua, incluida una biosfera basada en microorganismos autótrofos , quimiotróficos y/o quimiolitoautotróficos , así como agua antigua, incluidos ambientes fluvio-lacustres ( llanuras relacionadas con ríos o lagos antiguos) que pueden haber sido habitables . [30] [31] [32] [33] La búsqueda de evidencia de habitabilidad , tafonomía (relacionada con fósiles ) y carbono orgánico en el planeta Marte se cambió entonces a un objetivo principal de la NASA. [30]
En junio de 2018, Opportunity se vio atrapado en una tormenta de polvo a escala global y los paneles solares del rover no pudieron generar suficiente energía, con el último contacto el 10 de junio de 2018. La NASA reanudó el envío de comandos después de que la tormenta de polvo disminuyó, pero el rover permaneció en silencio, posiblemente debido a una falla catastrófica o una capa de polvo que cubría sus paneles solares. [34] El 13 de febrero de 2019 se celebró una conferencia de prensa en la que se anunció que después de numerosos intentos de contactar con Opportunity , sin respuesta desde junio de 2018, la NASA declaró terminada la misión Opportunity , lo que también puso fin a la misión Mars Exploration Rover de 16 años. [35] [36] [37]
El Mars Exploration Rover fue diseñado para ser transportado a bordo de un cohete Delta II . Cada nave espacial consta de varios componentes:
La masa total es de 1.063 kg (2.344 lb).
La etapa de crucero es el componente de la nave espacial que se utiliza para viajar de la Tierra a Marte. Es muy similar al diseño de la Mars Pathfinder y tiene aproximadamente 2,65 metros (8,7 pies) de diámetro y 1,6 m (5,2 pies) de altura, incluido el vehículo de entrada (ver más abajo).
La estructura principal es de aluminio con un anillo exterior de nervaduras cubierto por los paneles solares, que tienen un diámetro de unos 2,65 m (8,7 pies). Divididos en cinco secciones, los paneles solares pueden proporcionar hasta 600 vatios de energía cerca de la Tierra y 300 W en Marte.
Los calentadores y el aislamiento multicapa mantienen los componentes electrónicos "calientes". Un sistema de freón elimina el calor de la computadora de vuelo y del hardware de comunicaciones dentro del rover para que no se sobrecalienten. Los sistemas de aviónica de crucero permiten que la computadora de vuelo interactúe con otros componentes electrónicos, como los sensores solares , el escáner de estrellas y los calentadores.
El escáner de estrellas (sin sistema de respaldo) y el sensor solar permitieron a la nave espacial conocer su orientación en el espacio analizando la posición del Sol y otras estrellas en relación a sí misma. En ocasiones, la nave podía desviarse ligeramente de su rumbo, algo que era de esperar, dado el viaje de 500 millones de kilómetros (320 millones de millas). Por ello, los navegantes planificaron hasta seis maniobras de corrección de trayectoria, junto con controles de estado.
Para garantizar que la nave espacial llegara a Marte en el lugar correcto para su aterrizaje, dos tanques livianos revestidos de aluminio transportaron aproximadamente 31 kg (aproximadamente 68 lb) de propulsor de hidracina . Junto con los sistemas de guía y control de crucero, el propulsor permitió a los navegantes mantener la nave espacial en curso. Los encendidos y los disparos de pulso del propulsor permitieron tres tipos de maniobras:
La nave espacial utilizó una longitud de onda de radio de banda X de alta frecuencia para comunicarse, lo que permitió utilizar menos potencia y antenas más pequeñas que muchas naves más antiguas , que utilizaban la banda S.
Los navegantes enviaban órdenes a través de dos antenas en la etapa de crucero: una antena de crucero de baja ganancia montada dentro del anillo interior y una antena de crucero de ganancia media en el anillo exterior. La antena de baja ganancia se utilizó cerca de la Tierra. Es omnidireccional, por lo que la potencia de transmisión que llegaba a la Tierra disminuía más rápidamente a medida que aumentaba la distancia. A medida que la nave se acercaba a Marte, el Sol y la Tierra se acercaban en el cielo visto desde la nave, por lo que llegaba menos energía a la Tierra. La nave espacial cambió entonces a la antena de ganancia media, que dirigía la misma cantidad de potencia de transmisión en un haz más estrecho hacia la Tierra.
Durante el vuelo, la nave espacial se estabilizó mediante un sistema de giro a una velocidad de dos revoluciones por minuto (rpm). Las actualizaciones periódicas mantuvieron las antenas apuntando hacia la Tierra y los paneles solares hacia el Sol.
La cubierta protectora del módulo de aterrizaje se mantuvo durante los siete meses que duró el viaje a Marte. Junto con el módulo de aterrizaje y el explorador, constituyó el "vehículo de entrada". Su principal propósito era proteger al módulo de aterrizaje y al explorador que se encontraba en su interior del intenso calor que se produce al entrar en la delgada atmósfera marciana. Se basó en los diseños de Mars Pathfinder y Mars Viking.
La cubierta aerodinámica estaba formada por dos partes principales: un escudo térmico y una cubierta posterior. El escudo térmico era plano y de color marrón, y protegía al módulo de aterrizaje y al explorador durante la entrada en la atmósfera marciana y actuaba como el primer freno aerodinámico de la nave espacial. La cubierta posterior era grande, con forma de cono y estaba pintada de blanco. Llevaba el paracaídas y varios componentes utilizados en las etapas posteriores de entrada, descenso y aterrizaje, entre ellos:
Construido por Lockheed Martin Space en Denver, Colorado, el aeroshell está hecho de una estructura de panal de aluminio intercalada entre láminas de grafito y epoxi . El exterior del aeroshell está cubierto con una capa de panal fenólico . Este panal está relleno con un material ablativo (también llamado "ablator"), que disipa el calor generado por la fricción atmosférica.
El ablador en sí es una mezcla de madera de corcho , aglutinante y muchas esferas diminutas de vidrio de sílice . Fue inventado para los escudos térmicos que volaron en las misiones Viking Mars lander. Una tecnología similar se utilizó en las primeras misiones espaciales tripuladas estadounidenses Mercury , Gemini y Apollo . Fue especialmente formulado para reaccionar químicamente con la atmósfera marciana durante la entrada y llevarse el calor, dejando una estela caliente de gas detrás del vehículo. El vehículo redujo su velocidad de 19.000 a 1.600 km/h (5.300 a 440 m/s) en aproximadamente un minuto, produciendo alrededor de 60 m/s 2 (6 g ) de aceleración en el módulo de aterrizaje y el explorador.
La carcasa trasera y el escudo térmico están hechos de los mismos materiales, pero el escudo térmico tiene una capa más gruesa, de 13 mm ( 1 ⁄ 2 in), del ablador. En lugar de pintarse, la carcasa trasera estaba cubierta con una capa de película PET aluminizada muy fina para protegerla del frío del espacio profundo. La capa se vaporizó durante la entrada en la atmósfera marciana.
El paracaídas ayudó a reducir la velocidad de la nave espacial durante la entrada, el descenso y el aterrizaje. Está ubicado en la carcasa trasera. [40]
El diseño del paracaídas de 2003 fue parte de un esfuerzo de desarrollo de tecnología de paracaídas de Marte a largo plazo y se basa en los diseños y la experiencia de las misiones Viking y Pathfinder. El paracaídas para esta misión es un 40% más grande que el de Pathfinder porque la carga más grande para el Mars Exploration Rover es de 80 a 85 kilonewtons (kN) o de 80 a 85 kN (18.000 a 19.000 lbf) cuando el paracaídas se infla por completo. En comparación, las cargas de inflado de Pathfinder fueron de aproximadamente 35 kN (aproximadamente 8.000 lbf). El paracaídas fue diseñado y construido en South Windsor, Connecticut por Pioneer Aerospace , que también diseñó el paracaídas para la misión Stardust . [40]
El paracaídas está fabricado con dos tejidos ligeros y duraderos: poliéster y nailon . Una brida triple de Kevlar conecta el paracaídas a la carcasa trasera.
El espacio disponible en la nave espacial para el paracaídas era tan pequeño que el paracaídas tuvo que ser empaquetado a presión. Antes del lanzamiento, un equipo dobló firmemente las 48 líneas de suspensión, tres líneas de brida y el paracaídas. El paracaídas se cargó en una estructura especial que luego aplicó un peso pesado al paquete del paracaídas varias veces. Antes de colocar el paracaídas en la carcasa posterior, el paracaídas fue termofijado para esterilizarlo . [40]
Después de desplegar el paracaídas a una altitud de unos 10 km (6,2 mi) sobre la superficie, se liberó el escudo térmico utilizando 6 tuercas de separación y resortes de empuje. Luego, el módulo de aterrizaje se separó de la carcasa trasera y "rapeló" por una cinta de metal sobre un sistema de frenado centrífugo integrado en uno de los pétalos del módulo de aterrizaje. El lento descenso por la cinta de metal colocó al módulo de aterrizaje en posición al final de otra brida (correa), hecha de un Zylon trenzado de casi 20 m (66 pies) de largo . [40] El Zylon es un material de fibra, similar al Kevlar, que se cose en un patrón de correas (como el material de los cordones de los zapatos) para hacerlo más fuerte. La brida de Zylon proporciona espacio para el despliegue de la bolsa de aire, distancia de la corriente de escape del motor del cohete sólido y mayor estabilidad. La brida incorpora un arnés eléctrico que permite el disparo de los cohetes sólidos desde la carcasa posterior y proporciona datos desde la unidad de medición inercial de la carcasa posterior (que mide la velocidad y la inclinación de la nave espacial) a la computadora de vuelo en el rover. [40]
Como la densidad atmosférica de Marte es inferior al 1% de la de la Tierra, el paracaídas por sí solo no podía reducir la velocidad del Mars Exploration Rover lo suficiente como para garantizar un aterrizaje seguro y a baja velocidad. El descenso de la nave espacial fue asistido por cohetes que la llevaron a detenerse por completo a 10-15 m (33-49 pies) sobre la superficie marciana. [40]
Se utilizó un altímetro de radar para determinar la distancia a la superficie marciana. La antena del radar se montó en una de las esquinas inferiores del tetraedro del módulo de aterrizaje. Cuando la medición del radar mostró que el módulo de aterrizaje se encontraba a la distancia correcta sobre la superficie, se cortó la brida de Zylon, liberando al módulo de aterrizaje del paracaídas y la carcasa posterior para que quedara libre y despejado para el aterrizaje. Los datos del radar también permitieron la secuencia de tiempo en la que se inflaron los airbags y se disparó el cohete RAD de la carcasa posterior. [40]
Los airbags utilizados en la misión Mars Exploration Rover son del mismo tipo que los que utilizó Mars Pathfinder en 1997. Tenían que ser lo suficientemente fuertes como para amortiguar la caída de la nave espacial sobre rocas o terreno accidentado y permitirle rebotar sobre la superficie de Marte a velocidades de autopista (unos 100 km/h) después del aterrizaje. Los airbags tenían que inflarse segundos antes del aterrizaje y desinflarse una vez que se encontraban a salvo en el suelo.
Los airbags estaban hechos de Vectran , como los del Pathfinder. El Vectran tiene casi el doble de resistencia que otros materiales sintéticos, como el Kevlar, y funciona mejor en temperaturas frías. Seis capas de Vectran de 100 deniers (10 mg/m2) protegieron una o dos cámaras internas de Vectran de 200 deniers (20 mg/m2). El uso de 100 deniers (10 mg/m2) deja más tela en las capas externas donde se necesita, porque hay más hilos en el tejido.
Cada rover utilizaba cuatro bolsas de aire con seis lóbulos cada una, todas ellas conectadas entre sí. La conexión era importante, ya que ayudaba a reducir algunas de las fuerzas de aterrizaje al mantener el sistema de bolsas flexible y sensible a la presión del suelo. Las bolsas de aire no estaban unidas directamente al rover, sino que se sujetaban a él mediante cuerdas que entrecruzaban la estructura de la bolsa. Las cuerdas daban forma a las bolsas, lo que facilitaba el inflado. Durante el vuelo, las bolsas se guardaban junto con tres generadores de gas que se utilizan para el inflado. [41]
El módulo de aterrizaje es una carcasa protectora que alberga al rover y, junto con los airbags, lo protege de las fuerzas del impacto.
El módulo de aterrizaje tiene forma de tetraedro , cuyos lados se abren como pétalos. Es fuerte y ligero, y está hecho de vigas y láminas. Las vigas están formadas por capas de fibra de grafito tejidas en un tejido que es más ligero que el aluminio y más rígido que el acero. Se pegan y ajustan accesorios de titanio a las vigas para permitir que se atornille. El rover se mantuvo dentro del módulo de aterrizaje mediante pernos y tuercas especiales que se soltaron después del aterrizaje con pequeños explosivos.
Después de que el módulo de aterrizaje dejó de rebotar y rodar sobre el suelo, se detuvo sobre la base del tetraedro o sobre uno de sus lados. Luego, los lados se abrieron para hacer que la base quedara horizontal y el explorador en posición vertical. Los lados están conectados a la base mediante bisagras, cada una de las cuales tiene un motor lo suficientemente fuerte como para levantar el módulo de aterrizaje. El explorador más el módulo de aterrizaje tiene una masa de aproximadamente 533 kilogramos (1175 libras). El explorador solo tiene una masa de aproximadamente 185 kg (408 libras). La gravedad en Marte es aproximadamente el 38% de la de la Tierra, por lo que el motor no necesita ser tan potente como lo sería en la Tierra.
El rover contiene acelerómetros para detectar qué dirección es hacia abajo (hacia la superficie de Marte) midiendo la fuerza de gravedad. Luego, la computadora del rover ordenó que se abriera el pétalo correcto del módulo de aterrizaje para colocar el rover en posición vertical. Una vez que el pétalo de la base estuvo abajo y el rover en posición vertical, se abrieron los otros dos pétalos.
Los pétalos se abrieron inicialmente hasta quedar en una posición igualmente plana, por lo que todos los lados del módulo de aterrizaje estaban rectos y nivelados. Los motores de los pétalos son lo suficientemente fuertes como para que, si dos de los pétalos se apoyan sobre rocas, la base con el rover se mantenga en su lugar como un puente sobre el suelo. La base se mantendrá a un nivel uniforme con la altura de los pétalos apoyados sobre las rocas, lo que forma una superficie plana y recta a lo largo del módulo de aterrizaje abierto y aplanado. El equipo de vuelo en la Tierra podría entonces enviar comandos al rover para ajustar los pétalos y crear un camino seguro para que el rover salga del módulo de aterrizaje y llegue a la superficie marciana sin caerse de una roca empinada.
El movimiento del rover desde el módulo de aterrizaje se denomina fase de salida de la misión. El rover debe evitar que sus ruedas se enganchen en el material de las bolsas de aire o que se caiga por una pendiente pronunciada. Para ayudar a esto, un sistema de retracción en los pétalos arrastra lentamente las bolsas de aire hacia el módulo de aterrizaje antes de que los pétalos se abran. Pequeñas rampas en los pétalos se despliegan para llenar los espacios entre los pétalos. Cubren terreno irregular, obstáculos rocosos y material de las bolsas de aire, y forman un área circular desde la que el rover puede alejarse en más direcciones. También bajan el escalón por el que debe bajar el rover. Se les llama "alas de murciélago" y están hechas de tela Vectran.
Se necesitaron aproximadamente tres horas para retraer las bolsas de aire y desplegar los pétalos del módulo de aterrizaje.
Los rovers son robots de seis ruedas alimentados por energía solar que miden 1,5 m (4,9 pies) de alto, 2,3 m (7,5 pies) de ancho y 1,6 m (5,2 pies) de largo. Pesan 180 kg (400 libras), de los cuales 35 kg (77 libras) corresponden a las ruedas y al sistema de suspensión. [42]
El chasis principal en forma de caja forma la Warm Electronics Box (WEB).
Cada rover tiene seis ruedas de aluminio montadas en un sistema de suspensión de balancín-bogie , similar al del Sojourner , [43] que garantiza que las ruedas permanezcan en el suelo mientras se conduce por terrenos accidentados. El diseño reduce el rango de movimiento del cuerpo del rover a la mitad y le permite pasar por obstáculos o agujeros (depresiones) que tienen un tamaño mayor que el diámetro de una rueda (250 milímetros (9,8 pulgadas)). Las ruedas del rover están diseñadas con flexiones flexibles integrales que proporcionan absorción de impactos durante el movimiento. [44] Además, las ruedas tienen tacos que brindan agarre para escalar en arena blanda y trepar sobre rocas.
Cada rueda tiene su propio motor de accionamiento. Las dos ruedas delanteras y las dos traseras tienen cada una motores de dirección individuales. Esto permite que el vehículo gire en su lugar, una revolución completa, y se desvíe y tome curvas, haciendo giros en arco. Los motores de los rovers han sido diseñados por la empresa suiza Maxon Motor . [45] El rover está diseñado para soportar una inclinación de 45 grados en cualquier dirección sin volcar. Sin embargo, el rover está programado a través de sus "límites de protección contra fallas" en su software de prevención de peligros para evitar exceder inclinaciones de 30 grados.
Cada vehículo puede hacer girar una de sus ruedas delanteras para excavar profundamente en el terreno. Debe permanecer inmóvil mientras la rueda excavadora gira. Los vehículos tienen una velocidad máxima en terreno llano y duro de 50 mm/s (2 pulgadas/s). La velocidad media es de 10 mm/s, porque su software de prevención de peligros hace que se detenga cada 10 segundos durante 20 segundos para observar y comprender el terreno en el que se ha adentrado.
Cuando están completamente iluminados, los paneles solares de triple unión [46] del rover generan alrededor de 140 vatios durante hasta cuatro horas por día marciano ( sol ). El rover necesita alrededor de 100 vatios para funcionar. Su sistema de energía incluye dos baterías de iones de litio recargables que pesan 7,15 kg (15,8 lb) cada una, que proporcionan energía cuando el sol no brilla, especialmente por la noche. Con el tiempo, las baterías se degradarán y no podrán recargarse a plena capacidad.
Se pensaba que, al final de la misión de 90 soles, la capacidad de los paneles solares para generar energía probablemente se reduciría a unos 50 vatios. Esto se debió a la cobertura de polvo prevista en los paneles solares y al cambio de estación. Sin embargo, más de tres años terrestres después, las fuentes de alimentación de los rovers oscilaron entre 300 vatios-hora y 900 vatios-hora por día, dependiendo de la cobertura de polvo. Los eventos de limpieza (eliminación de polvo por el viento) han ocurrido con más frecuencia de lo que esperaba la NASA, manteniendo los paneles relativamente libres de polvo y extendiendo la vida de la misión. Durante una tormenta de polvo global de 2007 en Marte, ambos rovers experimentaron una de las potencias más bajas de la misión; Opportunity bajó a 128 vatios-hora. En noviembre de 2008, Spirit había superado este récord de baja energía con una producción de 89 vatios-hora, debido a las tormentas de polvo en la región del cráter Gusev. [47]
Los rovers ejecutan un sistema operativo integrado VxWorks en una CPU RAD6000 de 20 MHz reforzada con radiación con 128 MB de DRAM con detección y corrección de errores y 3 MB de EEPROM . [48] Cada rover también tiene 256 MB de memoria flash . Para sobrevivir durante las distintas fases de la misión, los instrumentos vitales del rover deben mantenerse a una temperatura de −40 °C a +40 °C (−40 °F a 104 °F). Por la noche, los rovers se calientan mediante ocho unidades de calentamiento de radioisótopos (RHU), que generan continuamente 1 W de energía térmica a partir de la desintegración de radioisótopos , junto con calentadores eléctricos que funcionan solo cuando es necesario. Una película de oro pulverizado y una capa de aerogel de sílice se utilizan para el aislamiento. [49]
El rover tiene una antena de banda X de baja ganancia y una antena de banda X de alta ganancia para comunicaciones hacia y desde la Tierra, así como una antena monopolo de frecuencia ultra alta para comunicaciones de retransmisión. La antena de baja ganancia es omnidireccional y transmite datos a baja velocidad a las antenas de la Red de Espacio Profundo en la Tierra. La antena de alta ganancia es direccional y orientable, y puede transmitir datos a la Tierra a una velocidad mayor. Los rovers utilizan el monopolo UHF y su radio CE505 para comunicarse con las naves espaciales que orbitan Marte, la Mars Odyssey y (antes de su falla) la Mars Global Surveyor (ya se transfirieron más de 7,6 terabits de datos utilizando su antena Mars Relay y el búfer de memoria de 12 MB de la Mars Orbiter Camera ). [50] Desde que MRO entró en órbita alrededor de Marte, los módulos de aterrizaje también lo han utilizado como un activo de retransmisión. La mayoría de los datos del módulo de aterrizaje se retransmiten a la Tierra a través de Odyssey y MRO. Los orbitadores pueden recibir señales del explorador a una velocidad de datos mucho mayor que la de la Red de Espacio Profundo, debido a que las distancias entre el explorador y el orbitador son mucho más cortas. Los orbitadores luego transmiten rápidamente los datos del explorador a la Tierra utilizando sus antenas grandes y de alta potencia .
Cada rover tiene nueve cámaras, [51] que producen imágenes de 1024 píxeles por 1024 píxeles a 12 bits por píxel, [52] pero la mayoría de las imágenes de la cámara de navegación y las miniaturas de imágenes se truncan a 8 bits por píxel para conservar la memoria y el tiempo de transmisión. Luego, todas las imágenes se comprimen utilizando ICER antes de almacenarse y enviarse a la Tierra. Las imágenes de navegación, miniaturas y muchos otros tipos de imágenes se comprimen a aproximadamente 0,8 a 1,1 bits/píxel. Se utilizan velocidades de bits más bajas (menos de 0,5 bits/píxel) para ciertas longitudes de onda de imágenes panorámicas multicolor. ICER se basa en wavelets y fue diseñado específicamente para aplicaciones de espacio profundo. Produce una compresión progresiva, tanto con pérdida como sin pérdida, e incorpora un esquema de contención de errores para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal de espacio profundo. Supera al compresor de imágenes JPEG con pérdida y al compresor Rice sin pérdida utilizado por la misión Mars Pathfinder .
Se montaron varias cámaras e instrumentos en el conjunto del mástil Pancam (PMA):
Las cámaras se montaron a 1,5 metros de altura en el conjunto del mástil Pancam, que permite una rotación de 360 grados. [53] El PMA se despliega a través del motor de despliegue del mástil (MDD). El motor azimutal, montado directamente sobre el MDD, hizo girar el conjunto horizontalmente una revolución completa con señales transmitidas a través de una configuración de cinta rodante. El motor de la cámara apunta las cámaras en elevación, casi directamente hacia arriba o hacia abajo. Un tercer motor apunta los espejos plegables Mini-TES y la cubierta protectora, hasta 30° por encima del horizonte y 50° por debajo.
Se montaron cuatro cámaras de prevención de riesgos ( Hazcams ) monocromáticas en el cuerpo del rover, dos delante y dos detrás. El rover utilizó pares de imágenes Hazcam para mapear la forma del terreno hasta 3 metros (10 pies) frente a él, en una forma de "cuña" que tiene más de 4 metros de ancho en la distancia más lejana. [51]
El dispositivo de despliegue de instrumentos (IDD), también llamado brazo móvil, tiene una torreta con forma de cruz que sostiene varios instrumentos. El brazo puede girar en un rango de 350 grados y rotar verticalmente en un rango de 340 grados. Tiene tres articulaciones y un alcance máximo de 90 centímetros. [55]
El brazo robótico pudo colocar instrumentos directamente contra objetivos de interés en rocas y suelos.
Los exploradores Spirit y Opportunity recibieron su nombre gracias a un concurso de redacción de estudiantes. La obra ganadora fue la de Sofi Collis, [65] una estudiante ruso-estadounidense de tercer grado de Arizona.
Yo vivía en un orfanato. Era un lugar oscuro, frío y solitario. Por la noche, miraba el cielo brillante y me sentía mejor. Soñaba que podía volar hasta allí. En Estados Unidos, puedo hacer realidad todos mis sueños. Gracias por el “espíritu” y la “oportunidad”.
— Sofi Collis, 9 años
Antes de esto, durante el desarrollo y la construcción de los rovers, se los conocía como MER-1 Rover 1 ( Opportunity ) y MER-2 Rover 2 ( Spirit ). A nivel interno, la NASA también utiliza las designaciones de misión MER-A ( Spirit ) y MER-B ( Opportunity ) en función del orden de aterrizaje en Marte.
El Laboratorio de Propulsión a Chorro mantiene un par de rovers, los Surface System Test-Beds (SSTB) en su sede de Pasadena para probar y modelar situaciones en Marte. Un rover de prueba, el SSTB1, que pesa aproximadamente 180 kg (400 lb), está completamente instrumentado y es casi idéntico al Spirit y al Opportunity . Otra versión de prueba, el SSTB-Lite , es idéntica en tamaño y características de manejo, pero no incluye todos los instrumentos. Pesa 80 kg (180 lb), mucho más cerca del peso del Spirit y el Opportunity en la gravedad reducida de Marte . Estos rovers se utilizaron en 2009 para una simulación del incidente en el que el Spirit quedó atrapado en suelo blando. [66] [67] [68]
Aunque el cráter Gusev parece ser el lecho de un lago seco a partir de imágenes orbitales, las observaciones desde la superficie muestran que las llanuras interiores están mayormente llenas de escombros. Las rocas en las llanuras de Gusev son un tipo de basalto . Contienen los minerales olivino , piroxeno , plagioclasa y magnetita, y parecen basalto volcánico, ya que son de grano fino con agujeros irregulares (los geólogos dirían que tienen vesículas y cavidades). [69] [70] Gran parte del suelo en las llanuras proviene de la descomposición de las rocas locales. Se encontraron niveles bastante altos de níquel en algunos suelos; probablemente de meteoritos . [71] El análisis muestra que las rocas han sido ligeramente alteradas por pequeñas cantidades de agua. Los revestimientos externos y las grietas dentro de las rocas sugieren minerales depositados por el agua, tal vez compuestos de bromo . Todas las rocas contienen una fina capa de polvo y una o más cáscaras más duras de material. Un tipo se puede cepillar, mientras que otro debe eliminarse con la herramienta de abrasión de rocas (RAT). [72]
El polvo del cráter Gusev es el mismo que el de todo el planeta. Se descubrió que todo el polvo era magnético. Además, Spirit descubrió que el magnetismo lo causaba el mineral magnetita , especialmente la magnetita que contenía el elemento titanio . Un imán fue capaz de desviar por completo todo el polvo, por lo que se cree que todo el polvo marciano es magnético. [73] Los espectros del polvo eran similares a los espectros de regiones brillantes y de baja inercia térmica como Tharsis y Arabia que han sido detectadas por satélites en órbita. Una fina capa de polvo, tal vez de menos de un milímetro de espesor, cubre todas las superficies. Algo en ella contiene una pequeña cantidad de agua unida químicamente. [74] [75]
A medida que el rover ascendía por encima de las llanuras hacia las colinas de Columbia, la mineralogía que se vio cambió. [76] [77] Los científicos encontraron una variedad de tipos de rocas en las colinas de Columbia y las colocaron en seis categorías diferentes. Las seis son: Clovis, Wishbone, Peace, Watchtower, Backstay e Independence. Reciben el nombre de una roca prominente en cada grupo. Sus composiciones químicas, medidas por APXS, son significativamente diferentes entre sí. [78] Lo más importante es que todas las rocas de las colinas de Columbia muestran varios grados de alteración debido a los fluidos acuosos. [79] Están enriquecidas con los elementos fósforo, azufre, cloro y bromo, todos los cuales pueden transportarse en soluciones acuosas. Las rocas de las colinas de Columbia contienen vidrio basáltico, junto con cantidades variables de olivino y sulfatos . [80] [81] La abundancia de olivino varía inversamente con la cantidad de sulfatos. Esto es exactamente lo que se espera porque el agua destruye el olivino pero ayuda a producir sulfatos.
El grupo Clovis es especialmente interesante porque el espectrómetro Mössbauer (MB) detectó goethita en él. [82] La goethita se forma solo en presencia de agua, por lo que su descubrimiento es la primera evidencia directa de agua en el pasado en las rocas de Columbia Hills. Además, los espectros MB de rocas y afloramientos mostraron una fuerte disminución en la presencia de olivino, [80] aunque las rocas probablemente alguna vez contenían mucho olivino. [83] El olivino es un marcador de la falta de agua porque se descompone fácilmente en presencia de agua. Se encontró sulfato y necesita agua para formarse. Wishstone contenía una gran cantidad de plagioclasa, algo de olivino y anhidrato (un sulfato). Las rocas Peace mostraron azufre y una fuerte evidencia de agua ligada, por lo que se sospecha que contienen sulfatos hidratados. Las rocas de la clase Watchtower carecen de olivino, por lo que pueden haber sido alteradas por el agua. La clase Independence mostró algunos signos de arcilla (quizás montmorillonita, un miembro del grupo de la esmectita). Las arcillas requieren una exposición al agua a largo plazo para formarse. Un tipo de suelo, llamado Paso Robles, de Columbia Hills, puede ser un depósito de evaporación porque contiene grandes cantidades de azufre, fósforo , calcio y hierro. [84] Además, MB descubrió que gran parte del hierro en el suelo de Paso Robles estaba en forma oxidada, Fe 3+ . Hacia la mitad de la misión de seis años (una misión que se suponía que duraría solo 90 días), se encontraron grandes cantidades de sílice pura en el suelo. La sílice podría haber provenido de la interacción del suelo con vapores ácidos producidos por la actividad volcánica en presencia de agua o del agua en un entorno de aguas termales. [85]
Después de que Spirit dejara de funcionar, los científicos estudiaron datos antiguos del Espectrómetro de Emisión Térmica en Miniatura, o Mini-TES , y confirmaron la presencia de grandes cantidades de rocas ricas en carbonatos , lo que significa que algunas regiones del planeta podrían haber albergado agua en el pasado. Los carbonatos se descubrieron en un afloramiento de rocas llamado "Comanche". [86] [87]
Spirit encontró evidencia de una ligera erosión en las llanuras de Gusev, pero no de que hubiera un lago allí. Sin embargo, en las colinas de Columbia había evidencia clara de una cantidad moderada de erosión acuosa. La evidencia incluía sulfatos y los minerales goethita y carbonatos que solo se forman en presencia de agua. Se cree que el cráter de Gusev pudo haber albergado un lago hace mucho tiempo, pero desde entonces ha estado cubierto por materiales ígneos. Todo el polvo contiene un componente magnético que se identificó como magnetita con algo de titanio. Además, la fina capa de polvo que cubre todo en Marte es la misma en todas las partes de Marte.
El rover Opportunity aterrizó en un pequeño cráter, denominado "Eagle", en las llanuras de Meridiani. Las llanuras del lugar de aterrizaje se caracterizaron por la presencia de una gran cantidad de pequeñas esferulitas , concreciones esféricas que el equipo científico denominó "arándanos", que se encontraron tanto sueltas en la superficie como incrustadas en la roca. Estas demostraron tener una alta concentración del mineral hematita y mostraron la firma de haberse formado en un entorno acuoso. El lecho rocoso estratificado revelado en las paredes del cráter mostró signos de ser de naturaleza sedimentaria, y el análisis de la composición y las imágenes microscópicas mostraron que se trataba principalmente de jarosita , un mineral de sulfato ferroso que es característicamente una evaporita que es el residuo de la evaporación de un estanque salado o mar. [88] [89]
La misión ha proporcionado pruebas sustanciales de la actividad hídrica en Marte en el pasado. Además de investigar la "hipótesis del agua", Opportunity también ha obtenido observaciones astronómicas y datos atmosféricos. La misión ampliada llevó al rover a través de las llanuras hasta una serie de cráteres más grandes en el sur, y llegó al borde de un cráter de 25 km de diámetro, el cráter Endeavour, ocho años después del aterrizaje. La espectroscopia orbital del borde de este cráter muestra signos de rocas filosilicatadas , indicativas de depósitos sedimentarios más antiguos.
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