Sojourner es un rover robóticoque aterrizó en elcanal Ares Vallis en la región Chryse Planitia del cuadrilátero Oxia Palus el 4 de julio de 1997. Sojourner estuvo operativo en Marte durante 92 soles (95 días terrestres). Fue el primer vehículo con ruedas que viajó por un planeta distinto de la Tierra y formó parte de la misión Mars Pathfinder . [1]
El rover estaba equipado con cámaras delanteras y traseras y hardware que se utilizó para realizar varios experimentos científicos. Fue diseñado para una misión que duraría 7 soles, con una posible extensión a 30 soles, [2] y estuvo activo durante 83 soles (85 días terrestres). El rover se comunicó con la Tierra a través de la estación base Pathfinder , que tuvo su última sesión de comunicación exitosa con la Tierra a las 3:23 am PDT del 27 de septiembre de 1997. [3] La última señal del rover se recibió en la mañana del 7 de octubre. 1997. [4]
Sojourner viajó poco más de 100 metros (330 pies) cuando se perdió la comunicación. [5] Su orden final confirmada fue permanecer estacionario hasta el 5 de octubre de 1997 (sol 91) y luego conducir alrededor del módulo de aterrizaje; [6] no hay indicios de que pudiera hacerlo. La misión Sojourner terminó formalmente el 10 de marzo de 1998, después de que se agotaron todas las opciones adicionales.
El Sojourner era un vehículo experimental cuya misión principal era probar en el entorno marciano soluciones técnicas desarrolladas por ingenieros de los laboratorios de investigación de la NASA. [7] Era necesario verificar si la estrategia de diseño seguida había dado como resultado la construcción de un vehículo adecuado al entorno que se encontraría, a pesar del conocimiento limitado del mismo. Un análisis detenido de las operaciones en Marte permitiría desarrollar soluciones a los problemas críticos identificados e introducir mejoras para futuras misiones de exploración planetaria. Uno de los principales objetivos de la misión era demostrar que era posible desarrollar naves espaciales "más rápidas, mejores y más baratas". El desarrollo tomó tres años y costó menos de 150 millones de dólares para el módulo de aterrizaje y 25 millones de dólares para el rover; El desarrollo fue más rápido y menos costoso que todas las misiones anteriores. [8]
Estos objetivos requirieron una cuidadosa selección del lugar de aterrizaje para equilibrar las exigencias técnicas con las científicas. [9] Se necesitaba una gran llanura para que la sonda aterrizara y un terreno rocoso para verificar los sistemas del rover. La elección recayó en Ares Vallis, en Chryse Planitia , que se caracteriza por formaciones rocosas de aspecto aluvial. Los estudiosos creían que el análisis de las rocas, que se encuentran en lo que parece ser la salida de un enorme canal de drenaje, podría haber confirmado la presencia pasada de agua líquida en la superficie de Marte y proporcionar detalles de las áreas circundantes, de donde se originaron las rocas. erosionado. [9] [10]
Sojourner fue desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA. Se trata de un vehículo de seis ruedas, de 65 cm (26 pulgadas) de largo, 48 cm (19 pulgadas) de ancho y 30 cm (12 pulgadas) de alto. En la fase de crucero de la misión , ocupó un espacio de 18 cm (7,1 pulgadas) de alto y tiene una masa de 11,5 kg (25 lb). [11] [12] Estaba sostenido por un módulo de aterrizaje, una estructura en forma de tetraedro con una masa de 250 kg (550 lb), y tenía una cámara, instrumentación científica, tres pétalos de paneles solares, un mástil meteorológico , [13] y 6 kg (13 lb) de equipo necesario para mantener las comunicaciones entre el rover y el módulo de aterrizaje. [12] El hardware incluía una antena orientable de banda X de alta ganancia que podía enviar aproximadamente 5,5 kilobits por segundo a una antena de la Red de Espacio Profundo de 70 m (230 pies) , paneles solares de arseniuro de galio de 3,3 m 2 (36 pies cuadrados) que generaban 1,1 kW⋅h /día y eran capaces de proporcionar suficiente energía para transmitir durante 2 a 4 horas por sol y mantener 128 megabytes de memoria dinámica durante la noche. [14]
Una de las principales tareas del módulo de aterrizaje era apoyar al rover obteniendo imágenes de sus operaciones y enviando datos desde el rover a la Tierra. El módulo de aterrizaje tenía baterías recargables y más de 2,5 m (8,2 pies) de células solares en sus pétalos. [15] El módulo de aterrizaje contenía una cámara estereoscópica con filtros espaciales en un poste expandible llamado Imager for Mars Pathfinder (IMP), [16] [17] y el paquete de instrumentos/meteorología de estructura atmosférica (ASI/MET) [18] que actuaba como una estación meteorológica de Marte, que recopila datos sobre presión, temperatura y vientos. La estructura del MET incluía tres mangas de viento montadas en tres alturas en un poste, la más alta a aproximadamente un metro (3,3 pies) y generalmente registraba vientos del oeste. [19] Para proporcionar datos continuos, el IMP tomó imágenes de las mangas de viento una vez cada hora del día. Estas mediciones permitieron medir los procesos eólicos en el lugar de aterrizaje, incluido el umbral de partículas y la rugosidad aerodinámica de la superficie. [13]
Los ojos cuadrados de la cámara IMP están separados por 15 cm (5,9 pulgadas) para proporcionar visión estereoscópica y rendimiento de alcance para respaldar las operaciones del rover. Las trayectorias ópticas duales están plegadas por dos juegos de espejos para llevar la luz a un único dispositivo de carga acoplada (CCD). Para minimizar las piezas móviles, el IMP está cerrado electrónicamente; la mitad del CCD está enmascarada y utilizada como zona de lectura para el obturador electrónico . La óptica tenía una resolución de píxel efectiva de un miliradianes por píxel, lo que da 1 mm (0,039 pulgadas) por píxel en un rango de un metro (3,3 pies). El cilindro de la cámara está montado sobre cardanes que proporcionan una libertad de rotación de 360° en azimut y de −67° a +90° en elevación. Este conjunto está sostenido por un mástil extensible que fue diseñado y construido por AEC Able Engineering. El mástil sostiene la cámara a aproximadamente 1,5 m (4,9 pies) sobre la superficie marciana y extiende el horizonte del Pathfinder a 3,4 km (2,1 millas) en un plano sin rasgos distintivos. [14] [20] [21]
Sojourner tenía paneles solares y una batería no recargable de cloruro de tionilo de litio (LiSOCl 2 ) que podía proporcionar 150 vatios-hora y permitía operaciones nocturnas limitadas. Una vez agotadas las baterías, el rover sólo podía funcionar durante el día. [2] [22] Las baterías también permitieron verificar el estado del rover mientras estaba encerrado en la etapa de crucero mientras se dirigía a Marte. [23] El rover tenía 0,22 m 2 (2,4 pies cuadrados) de células solares, que podían producir un máximo de unos 15 vatios en Marte, dependiendo de las condiciones. [22] Las células eran GaAs/Ge ( arseniuro de galio/germanio ) con aproximadamente un 18 por ciento de eficiencia. Podrían sobrevivir a temperaturas de hasta aproximadamente -140 °C (-220 °F). [23] Después de aproximadamente su cuadragésimo sol en Marte, la batería del módulo de aterrizaje ya no tenía carga, por lo que se decidió apagar el vehículo antes del atardecer y despertarlo al amanecer. [24]
Las ruedas del rover estaban hechas de aluminio y tenían 13 cm (5,1 pulgadas) de diámetro y 7,9 cm (3,1 pulgadas) de ancho. Tenían orugas dentadas de acero inoxidable que podían generar una presión de 1,65 kPa (0,239 psi) en condiciones óptimas sobre terreno blando. [25] No surgió tal necesidad durante la fase operativa. [25] Cada rueda era impulsada por su propio motor independiente. [7] La primera y la tercera rueda se utilizaron para dirigir. Se consideró una configuración con seis ruedas direccionales, pero era demasiado pesada. [25] A medida que el rover giraba sobre sí mismo, dibujaba un círculo de 74 cm (29 pulgadas) de ancho. [7]
Las ruedas estaban conectadas al bastidor mediante una suspensión especialmente desarrollada para garantizar que las seis estuvieran en contacto con el suelo, incluso en terrenos accidentados. [25] [26] Don Bickler del JPL desarrolló las ruedas, denominadas " Rocker-bogie ", para los vehículos experimentales "Rocky", de los cuales el Sojourner es la octava versión. [27] [28] [29] Constaban de dos elementos; "Bogie" conectaba la rueda delantera con la central y "Rocker" conectaba la rueda trasera con las otras dos. El sistema no incluía resortes u otros elementos elásticos, que pudieran haber aumentado la presión ejercida por cada rueda. [25] Este sistema permitió superar obstáculos de hasta 8 cm (3,1 pulgadas) de altura [11] pero, en teoría, habría permitido al rover superar obstáculos de 20 cm (7,9 pulgadas), o aproximadamente el 30% de la longitud del rover. [25] Al sistema de suspensión también se le dio la capacidad de colapsar sobre sí mismo para que el rover ocupara 18 cm (7,1 pulgadas) en la configuración de crucero. [30]
Se descubrió que el sistema de locomoción era adecuado para el entorno de Marte, siendo muy estable y permitiendo movimientos hacia adelante y hacia atrás con similar facilidad [11] , y se adoptó con las precauciones adecuadas en las misiones posteriores de los rovers Spirit y Opportunity . [26]
En la fase de desarrollo de diez años que condujo a la realización del Sojourner , se examinaron soluciones alternativas que podrían aprovechar la larga experiencia adquirida en el JPL en el desarrollo de vehículos para la Luna y Marte. [27] El uso de cuatro o más patas fue excluido por tres razones: un número bajo de patas limitaría los movimientos del rover y la libertad de acción, y aumentar el número conduciría a un aumento significativo de la complejidad. Proceder en esta configuración también requeriría conocimiento del espacio de enfrente (el terreno correspondiente al siguiente paso), lo que generaría más dificultades. [26] La elección de un vehículo con ruedas resolvió la mayoría de los problemas de estabilidad, condujo a una reducción de peso y mejoró la eficiencia y el control en comparación con la solución anterior. [26] La configuración más sencilla era un sistema de cuatro ruedas que, sin embargo, encuentra dificultades para superar los obstáculos. Una mejor solución fue el uso de seis u ocho ruedas, con las traseras capaces de empujar, lo que permitió superar el obstáculo. Se prefirió la opción más ligera y sencilla de seis ruedas. [26]
El rover podía viajar 500 m (1600 pies) desde el módulo de aterrizaje, el límite aproximado de su rango de comunicación, [13] y tenía una velocidad máxima de 1 cm/s (0,39 in/s). [11]
La unidad central de procesamiento (CPU) de Sojourner era una Intel 80C85 con un reloj de 2 MHz, con 64 kilobytes (Kb) de memoria y ejecutando un ejecutivo cíclico . [31] Tenía cuatro almacenes de memoria; 64 Kb de RAM fabricada por IBM para el procesador principal, 16 Kb de PROM reforzada por radiación fabricada por Harris, 176 Kb de almacenamiento no volátil fabricado por Seeq Technology y 512 Kb de almacenamiento temporal de datos fabricado por Micron. La electrónica estaba alojada dentro de la caja de electrónica cálida (WEB) del rover. [2] La WEB es una estructura en forma de caja formada por láminas frontales de fibra de vidrio unidas a largueros de aluminio. Los huecos entre las láminas se rellenaron con bloques de aerogel que funcionaban como aislamiento térmico . [32] El aerogel utilizado en el Sojourner tenía una densidad de aproximadamente 20 mg/cc. [33] Este aislante fue diseñado para atrapar el calor generado por la electrónica del rover; este calor atrapado empapado durante la noche a través del aislamiento pasivo mantenía los componentes electrónicos en la WEB entre -40 y 40 °C (-40 y 104 °F), mientras que externamente el rover experimentó un rango de temperatura entre 0 y -110 °C (32 y -166 °F). [2]
La computadora del módulo de aterrizaje Pathfinder era un chip único IBM Risc 6000 resistente a la radiación con una CPU Rad6000 SC, 128 megabytes (Mb) de RAM y 6 Mb de memoria EEPROM , [34] [35] y su sistema operativo era VxWorks . [36]
La misión se vio comprometida por un error de software simultáneo en el módulo de aterrizaje [37] que se había encontrado en las pruebas previas al vuelo, pero que se consideró un problema técnico y se le dio baja prioridad porque solo ocurría en ciertas condiciones imprevistas de carga pesada, y la atención se centraba en verificar el código de entrada y aterrizaje. El problema, que fue reproducido y corregido desde la Tierra mediante un duplicado de laboratorio, se debió a reinicios del ordenador provocados por la inversión de prioridad . No se perdió ningún dato científico o de ingeniería después de reiniciar la computadora, pero todas las operaciones siguientes se interrumpieron hasta el día siguiente. [38] [39] Los reinicios se produjeron el 5, 10, 11 y 14 de julio durante la misión [40] antes de que se parcheara el software el 21 de julio para permitir la herencia prioritaria . [41]
Sojourner se comunicó con su estación base utilizando un módem de radio de 9.600 baudios , aunque los protocolos de verificación de errores limitaron las comunicaciones a una velocidad funcional de 2.400 baudios con un alcance teórico de aproximadamente medio kilómetro (0,31 millas). En condiciones normales de funcionamiento, enviaría periódicamente un mensaje de " latido " al módulo de aterrizaje. Si no se obtenía respuesta, el rover podría regresar de forma autónoma al lugar donde se recibió el último latido. Si se desea, se podría utilizar la misma estrategia para ampliar deliberadamente el alcance operativo del rover más allá del de su transceptor de radio, aunque el rover rara vez viajó más de 10 metros (33 pies) del Pathfinder durante su misión. [2] Los módems de radio de frecuencia ultra alta (UHF) funcionaban en modo semidúplex , lo que significa que podían enviar o recibir datos, pero no ambos al mismo tiempo. Los datos se comunicaron en ráfagas de 2 kB. [42]
El sistema de cámara IMP de la estación base tomó imágenes del rover en Marte, lo que también ayudó a determinar dónde debería ir el rover. [43] El rover tenía dos cámaras monocromáticas en el frente y una cámara a color en la parte trasera. Cada cámara frontal tenía una matriz de 484 píxeles de alto por 768 de ancho. Las cámaras utilizaban CCD fabricados por Eastman Kodak Company ; fueron sincronizados por la CPU y eran capaces de exposición automática , compresión de datos con codificación de truncamiento en bloques (BTC) , manejo incorrecto de píxeles/columnas y paquetización de datos de imágenes. [44]
Ambas cámaras frontales estaban acopladas a cinco proyectores de franjas láser que permitían tomar imágenes estereoscópicas junto con mediciones para la detección de peligros en el camino del rover. La óptica constaba de ventana, lente y aplanador de campo . La ventana estaba hecha de zafiro , mientras que el objetivo de la lente y el aplanador estaban hechos de seleniuro de zinc . [44]
Otra cámara a color estaba situada en la parte trasera del rover, cerca del APXS, y girada 90°. Proporcionó imágenes del área objetivo del APXS y las trayectorias terrestres del rover. [44]
El sensor de esta cámara en color estaba dispuesto de manera que 12 de 16 píxeles de un bloque de 4×4 píxeles fueran sensibles a la luz verde; mientras que 2 píxeles eran sensibles a la luz roja y los otros 2 eran sensibles a la luz infrarroja y azul. [44]
Debido a que las cámaras del rover tenían lentes de seleniuro de zinc, que bloquean la luz con una longitud de onda inferior a 500 nanómetros (nm), ninguna luz azul llegó a los píxeles sensibles al azul y al infrarrojo, que por lo tanto solo registraron luz infrarroja. [44]
La operación Sojourner fue respaldada por el "Rover Control Software" (RCS) que se ejecutó en una computadora Silicon Graphics Onyx2 en la Tierra y permitió generar secuencias de comandos utilizando una interfaz gráfica. El conductor del rover usaría gafas 3D provistas de imágenes desde la estación base y movería un modelo virtual con un joystick especializado. El software de control permitió ver el rover y el terreno circundante desde cualquier ángulo, lo que respaldó el estudio de las características del terreno, la colocación de puntos de referencia y pasos elevados virtuales. Los dardos se utilizaron como íconos para mostrar hacia dónde debía ir el rover. Las ubicaciones deseadas se agregaron a una secuencia y se enviaron al rover para que las realizara. Por lo general, se redactaba y enviaba una larga secuencia de comandos una vez al día. [45] [46] Los conductores del rover eran Brian K. Cooper y Jack Morrison. [5]
El espectrómetro de rayos X de protones alfa (APXS) fue diseñado para determinar la composición química del suelo , las rocas y el polvo marcianos mediante el análisis de la radiación de retorno en sus componentes alfa, protones y rayos X resultantes de la exposición de la muestra a una fuente radiactiva contenida. en el instrumento. [47] [48] El instrumento tenía una fuente de curio -244 [49] que emite partículas alfa con una energía de 5,8 MeV y una vida media de 18,1 años. Una parte de la radiación incidente que impactó la superficie de la muestra analizada se reflejó y el resto interactuó con la muestra. [14]
El principio de la técnica APXS se basa en la interacción de partículas alfa de una fuente de radioisótopos con la materia. Hay tres componentes de la radiación de retorno; retrodispersión de Rutherford simple , producción de protones a partir de reacciones con el núcleo de elementos ligeros y generación de rayos X tras la recombinación de vacantes de capas atómicas creadas por el bombardeo de partículas alfa mediante la interacción con los electrones de los orbitales más internos. [14] El instrumento fue diseñado para detectar la energía de los tres componentes de la radiación de retorno, permitiendo identificar los átomos presentes y sus cantidades a unas pocas decenas de micrómetros por debajo de la superficie de la muestra analizada. [50] El proceso de detección fue bastante lento; cada medición podría tardar hasta diez horas. [51]
La sensibilidad y la selectividad dependen de un canal; La retrodispersión alfa tiene una alta sensibilidad para elementos ligeros como el carbono y el oxígeno , la emisión de protones es principalmente sensible al sodio , magnesio , aluminio , silicio , azufre y la emisión de rayos X es más sensible a elementos más pesados, desde el sodio hasta el hierro y más. La combinación de las tres mediciones hace que APXS sea sensible a todos los elementos con la excepción del hidrógeno que está presente en niveles de concentración superiores a una fracción del uno por ciento. [14] El instrumento fue diseñado para la fallida misión rusa Mars-96 . [49] Los detectores de partículas alfa y protones fueron proporcionados por el Departamento de Química del Instituto Max Planck y el detector de rayos X fue desarrollado por la Universidad de Chicago . [48]
Durante cada medición, la superficie frontal del instrumento debía estar en contacto con la muestra. [48] Para que esto fuera posible, el APXS se montó en un brazo robótico llamado Mecanismo de despliegue del espectrómetro de rayos X de protones alfa (ADM). El ADM era un actuador antropomórfico que estaba equipado con una muñeca capaz de realizar rotaciones de ±25°. [51] La movilidad dual del rover y el ADM aumentó el potencial del instrumento, el primero de su tipo en llegar a Marte. [49]
El Experimento de Abrasión de Ruedas (WAE) fue diseñado para medir la acción abrasiva del suelo marciano sobre finas capas de aluminio, níquel y platino, y así deducir el tamaño de grano del suelo en el lugar de aterrizaje. Para ello, se montaron 15 capas (cinco de cada metal) en una de las dos ruedas centrales con un espesor de entre 200 y 1.000 ångström y se aislaron eléctricamente del resto del rover. Al orientar adecuadamente la rueda, la luz del sol se reflejaba hacia un sensor fotovoltaico cercano . La señal recopilada se analizó para determinar la información deseada. [52] Para que la acción abrasiva fuera significativa en el programa de la misión, se programó que el rover se detuviera a intervalos frecuentes y, con las otras cinco ruedas frenadas, obligara a la rueda WAE a girar, provocando un mayor desgaste. [53] Después del experimento WAE en Marte, se intentó reproducir los efectos observados en el laboratorio. [53]
La interpretación de los resultados propuesta por Ferguson et al . sugiere que el suelo en el lugar de aterrizaje está compuesto de polvo de grano fino de dureza limitada con un tamaño de grano inferior a 40 µm. [53] El instrumento fue desarrollado, construido y dirigido por la Rama de Entornos Espaciales y Fotovoltaicos de Lewis del Centro de Investigación Glenn . [53]
El Experimento de Adherencia de Materiales (MAE) fue diseñado por ingenieros del Centro de Investigación Glenn para medir la acumulación diaria de polvo en la parte trasera del rover y la reducción en la capacidad de conversión de energía de los paneles fotovoltaicos. [54] [55] Constaba de dos sensores. [54]
El primero estaba compuesto por una célula fotovoltaica cubierta por un vidrio transparente que podía retirarse cuando se lo deseaba. Cerca del mediodía local, se realizaron mediciones del rendimiento energético de la celda, tanto con el vidrio colocado como retirado. De la comparación se dedujo la reducción del rendimiento celular provocada por el polvo. [54] Los resultados de la primera celda se compararon con los de una segunda celda fotovoltaica que estuvo expuesta al ambiente marciano. [54] El segundo sensor utilizó una microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) para medir la unidad de peso por superficie del polvo depositado en el sensor. [54]
Durante la misión se registró una tasa diaria equivalente al 0,28% de reducción porcentual de la eficiencia energética de las células fotovoltaicas. Esto era independiente de si el rover estaba parado o en movimiento. [55] Esto sugiere que el polvo que se depositó en el rover estaba suspendido en la atmósfera y no fue levantado por los movimientos del rover. [52]
Dado que se estableció que las transmisiones relacionadas con la conducción del Sojourner ocurren una vez cada sol, el rover fue equipado con un sistema de control computarizado para guiar sus movimientos de forma independiente. [56]
Se habían programado una serie de comandos que proporcionaban una estrategia adecuada para superar los obstáculos. Uno de los comandos principales fue "Ir a Waypoint". Se previó un sistema de referencia local, cuyo origen sería el módulo de aterrizaje. Las direcciones de coordenadas se fijaron en el momento del aterrizaje, tomando como referencia la dirección norte. Durante la sesión de comunicación (una vez por sol), el rover recibió de la Tierra una cadena de comandos que contenía las coordenadas del punto de llegada, al que tendría que llegar de forma autónoma. [56]
El algoritmo implementado en el ordenador de a bordo intentó, como primera opción, alcanzar el obstáculo en línea recta desde la posición inicial. Utilizando un sistema de objetivos fotográficos y emisores láser, el rover pudo identificar obstáculos a lo largo de este camino. La computadora de a bordo fue programada para buscar la señal producida por los láseres en las imágenes de las cámaras. En el caso de una superficie plana y sin obstáculos, la posición de esta señal se mantuvo sin cambios con respecto a la señal de referencia almacenada en la computadora; cualquier desviación de esta posición permitió identificar el tipo de obstáculo. [56] El escaneo fotográfico se realizó después de cada avance igual al diámetro de las ruedas, 13 cm (5,1 pulgadas), y antes de cada giro. [7]
Ante la presencia confirmada de un obstáculo, [a] la computadora ordenaba la ejecución de una primera estrategia para evitarlo. El rover, todavía solo, giró hasta que el obstáculo ya no estuvo a la vista. Luego, después de haber avanzado la mitad de su longitud, recalculó un nuevo camino recto que le conduciría hasta el punto de llegada. Al finalizar el procedimiento, el ordenador no tenía memoria de la existencia del obstáculo. [56] El ángulo de dirección de las ruedas se controlaba mediante potenciómetros . [7]
En terrenos particularmente irregulares, el procedimiento descrito anteriormente habría sido impedido por la presencia de un gran número de obstáculos. Existió, por tanto, un segundo procedimiento conocido como "enhebrar la aguja", que consistía en avanzar entre dos obstáculos a lo largo de la bisectriz entre ellos, siempre que estuvieran suficientemente espaciados para permitir el paso del rover. Si el rover hubiera encontrado un claro antes de alcanzar una distancia predeterminada, habría tenido que girar sobre sí mismo para calcular una nueva trayectoria recta para alcanzar el objetivo. Por el contrario, el rover habría tenido que regresar e intentar una trayectoria diferente. Como último recurso, se montaron sensores de contacto en las superficies delantera y trasera del rover. [56]
Para facilitar la dirección del rover, se podría ordenar desde la Tierra una rotación adecuada en el lugar. El comando era "Girar" y se realizaba mediante un giroscopio . [7] Tres acelerómetros midieron la aceleración de la gravedad a lo largo de tres direcciones perpendiculares, lo que permitió medir la pendiente de la superficie. El rover fue programado para desviarse de rutas que requerirían una pendiente superior a 30°, [56] aunque fue diseñado para no volcar cuando se inclina a 45°. [7] La distancia recorrida estaba determinada por el número de revoluciones de las ruedas. [56]
Marie Curie es un repuesto de vuelo para el Sojourner . Durante la fase operativa en Marte, las secuencias de los comandos más complejos que se enviarán al Sojourner fueron verificadas en este rover idéntico en el JPL. [57] La NASA planeaba enviar a Marie Curie a la misión cancelada Mars Surveyor 2001 ; se sugirió enviarlo en 2003, proponiendo que Marie Curie se desplegara "utilizando un brazo robótico conectado al módulo de aterrizaje". [58] En lugar de esto, el programa Mars Exploration Rover se lanzó en 2003. En 2015, JPL transfirió a Marie Curie al Museo Nacional Smithsonian del Aire y el Espacio (NASM). [59]
Según el historiador espacial y curador de NASM Matt Shindell:
El rover Marie Curie era una unidad en pleno funcionamiento, no estoy seguro en qué momento se decidió cuál iba a volar y cuál se quedaría en casa, pero estaba listo para reemplazar la unidad principal en cualquier momento. [60]
Para probar prototipos y aplicaciones robóticas en condiciones de iluminación natural, el JPL construyó un paisaje marciano simulado llamado "Mars Yard". El área de prueba medía 21 por 22 m (69 por 72 pies) y tenía una variedad de disposiciones de terreno para soportar múltiples condiciones de prueba. El suelo era una combinación de arena de playa, granito descompuesto, polvo de ladrillo y cenizas volcánicas. Las rocas eran de varios tipos de basaltos, incluidos los de grano fino y los vesiculares, tanto de color rojo como negro. Se seleccionaron distribuciones de tamaño de rocas para que coincidieran con las observadas en Marte y las características del suelo coincidieron con las encontradas en algunas regiones marcianas. Las rocas grandes no tenían una composición parecida a la de Marte, eran menos densas y más fáciles de mover para realizar pruebas. A menudo se utilizaban otros obstáculos, como ladrillos y trincheras, para pruebas especializadas. [61] Mars Yard se amplió en 1998 y luego en 2007 para apoyar otras misiones de rover a Marte. [62]
El nombre "Sojourner" fue elegido para el rover mediante un concurso celebrado en marzo de 1994 por la Planetary Society en colaboración con el JPL; Tuvo una duración de un año y estuvo abierto a estudiantes de 18 años o menos de cualquier país. Se invitó a los participantes a elegir una "heroína a quien dedicar el rover" y a escribir un ensayo sobre sus logros y cómo estos logros podrían aplicarse al entorno marciano. [63] La iniciativa fue publicitada en los Estados Unidos a través de la edición de enero de 1995 de la revista Science and Children publicada por la National Science Teachers Association . [63]
Se recibieron unos 3.500 trabajos de países como Canadá, India, Israel, Japón, México, Polonia, Rusia y Estados Unidos, de los cuales 1.700 eran de estudiantes de entre 5 y 18 años. Los ganadores fueron elegidos en función de la calidad y la creatividad del trabajo, la idoneidad del nombre para un rover marciano y el conocimiento del competidor sobre la heroína y la misión de la sonda. [63] El artículo ganador fue escrito por Valerie Ambroise, de 12 años, de Bridgeport, Connecticut, quien sugirió dedicar el vehículo a Sojourner Truth , [64] una abolicionista afroamericana de la época de la Guerra Civil y defensora de los derechos de las mujeres. [63] El segundo lugar fue para Deepti Rohatgi, de 18 años, de Rockville, Maryland , quien propuso a Marie Curie , una química franco-polaca ganadora del Premio Nobel. El tercer lugar fue para Adam Sheedy, de 16 años, de Round Rock, Texas, quien eligió a Judith Resnik , astronauta estadounidense y miembro de la tripulación del transbordador espacial que murió en el desastre del Challenger de 1986 . [63] El rover también se conocía como Microrover Flight Experiment, abreviado MFEX. [43]
Sojourner fue lanzado el 4 de diciembre de 1996, a bordo de un propulsor Delta II , y llegó a Marte el 4 de julio de 1997. Operó en el canal Ares Vallis en Chryse Planitia del cuadrilátero Oxia Palus , [65] del 5 de julio [66] al 27 de septiembre de 1997, cuando el módulo de aterrizaje cortó las comunicaciones con la Tierra. [65] En los 83 soles de actividad (doce veces la duración esperada para el rover), Sojourner viajó 104 m (341 pies), permaneciendo siempre a 12 m (39 pies) del módulo de aterrizaje. [49] Recogió 550 imágenes, [65] realizó 16 análisis a través del APXS (nueve de rocas y el resto del suelo) [49] y realizó 11 experimentos de abrasión de ruedas y 14 experimentos sobre mecánica del suelo en cooperación con el módulo de aterrizaje. [7] [67]
El lugar de aterrizaje del rover fue elegido en abril de 1994 en el Instituto Lunar y Planetario de Houston. El lugar de aterrizaje es una antigua llanura aluvial llamada Ares Vallis , que se encuentra en el hemisferio norte de Marte y es una de las partes más rocosas de Marte. Se eligió porque se pensaba que era una superficie relativamente segura para aterrizar y que contiene una amplia variedad de rocas que se depositaron durante una inundación. Esta zona era muy conocida, ya que había sido fotografiada por la misión vikinga . [68] [69] [70] Después de un aterrizaje exitoso, el módulo de aterrizaje fue nombrado oficialmente "La Estación Memorial Carl Sagan " en honor al astrónomo. [71]
El Mars Pathfinder aterrizó el 4 de julio de 1997. Los pétalos se desplegaron 87 minutos más tarde con el rover Sojourner y los paneles solares colocados en el interior. El rover salió del módulo de aterrizaje al día siguiente. [15]
Las rocas en el lugar de aterrizaje recibieron nombres de personajes de dibujos animados. Entre ellos se encontraban Pop Tart, Ender, mini-Matterhorn, Wedge, Baker's Bench, Scooby Doo, Yogi, Barnacle Bill, Pooh Bear, Piglet, the Lamb, the Shark, Ginger, Souffle, Casper, Moe y Stimpy. Una duna se llamó Mermaid Dune y un par de colinas se llamaron Twin Peaks. [72] [73] [74]
El primer análisis se realizó en la roca denominada " Barnacle Bill " durante el tercer sol. La composición de la roca fue determinada por el espectrómetro APXS, que tardó 10 horas en realizar un escaneo completo. La roca " Yogi " fue analizada el décimo sol. [66] [75] Se ha sugerido que la conformación de la tierra cerca de la roca, incluso visualmente a un nivel más bajo que la superficie circundante, se derivó de la evaporación del agua de la inundación. [76]
Ambas rocas resultaron ser andesitas ; Este hallazgo sorprendió a algunos estudiosos porque las andesitas se forman por procesos geológicos que requieren una interacción entre materiales de la corteza y el manto . La falta de información sobre las tierras altas circundantes hizo imposible comprender todas las implicaciones del descubrimiento. [77]
Luego, el rover fue dirigido al siguiente objetivo y en el sol 14 analizó la roca llamada "Scooby-Doo" y tomó imágenes de la roca "Casper". [66] Ambos se consideraron depósitos consolidados. [52] La roca llamada "Moe" mostró evidencia de erosión eólica . La mayoría de las rocas analizadas mostraron un alto contenido de silicio . En una región apodada "Jardín de rocas", el rover encontró dunas en forma de luna creciente que son similares a las dunas de la Tierra. [74]
El lugar de desembarco es rico en rocas variadas, algunas de claramente de origen volcánico, como "Yogi"; otros son conglomerados , cuyos orígenes son objeto de varias propuestas. Según una hipótesis, se formaron en presencia de agua en el pasado distante de Marte. [52] En apoyo de esto, se detectarían altos contenidos de silicio. Esto también podría ser consecuencia de procesos de sedimentación ; Se descubrieron rocas redondeadas de varios tamaños y las formas del valle son compatibles con el entorno de un cauce fluvial. [10] También es posible que se hayan generado piedras más pequeñas y redondeadas durante un evento de impacto en la superficie. [52]
Cuando los resultados finales de la misión fueron descritos en una serie de artículos en la revista Science (5 de diciembre de 1997), se creía que la roca Yogi tenía una capa de polvo pero era similar a la roca Barnacle Bill. Los cálculos sugirieron que ambas rocas contienen principalmente ortopiroxeno (silicato de magnesio y hierro), feldespatos (silicatos de aluminio de potasio, sodio y calcio) y cuarzo (dióxido de silicio) con cantidades más pequeñas de magnetita , ilmenita , sulfuro de hierro y fosfato de calcio . [78] [79]
El desarrollo del rover y sus instrumentos, así como su guía durante las operaciones en Marte, fueron realizados por un grupo de ingenieros de la NASA, denominados colectivamente "The Rover Team". El personal clave fue: [13]
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![El "panorama de seguros" del sol 2 de Sojourner, tomado con filtros de 530, 600 y 750 nm.[b]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8d/PIA01551.jpg/1280px-PIA01551.jpg)
