Sojourner es un vehículo robótico que aterrizó en elcanal de Ares Vallis , en la región de Chryse Planitia , en el cuadrángulo de 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 se desplazó a un planeta distinto de la Tierra y formó parte de lamisión Mars Pathfinder . [1]
El rover estaba equipado con cámaras frontal y trasera, y hardware que se utilizó para realizar varios experimentos científicos. Fue diseñado para una misión que duró 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 de 1997. [4]
Sojourner había recorrido poco más de 100 metros (330 pies) cuando se perdió la comunicación. [5] Su última orden confirmada fue permanecer estacionario hasta el 5 de octubre de 1997 (sol 91) y luego girar alrededor del módulo de aterrizaje; [6] no hay ninguna indicación de que pudiera hacerlo. La misión Sojourner finalizó formalmente el 10 de marzo de 1998, después de que se agotaran todas las demás opciones.
El Sojourner era un vehículo experimental cuya misión principal era probar en el entorno marciano las soluciones técnicas desarrolladas por los 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 para el entorno en el que se encontraría, a pesar del limitado conocimiento del mismo. Un análisis cuidadoso de las operaciones en Marte permitiría desarrollar soluciones a los problemas críticos identificados e introducir mejoras para posteriores 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 llevó tres años y costó menos de 150 millones de dólares para el módulo de aterrizaje y 25 millones para el explorador; el desarrollo fue más rápido y menos costoso que todas las misiones anteriores. [8]
Estos objetivos requirieron una selección cuidadosa 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 académicos 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 las que se erosionaron las rocas. [9] [10]
Sojourner fue desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA. Es 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 , ocupaba 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 de meteorología , [13] y 6 kg (13 lb) de equipo que se requería para mantener las comunicaciones entre el rover y el módulo de aterrizaje. [12] El hardware incluía una antena de banda X orientable y de alta ganancia que podía enviar aproximadamente 5,5 kilobits por segundo a una antena de red de espacio profundo de 70 m (230 pies), paneles solares de arseniuro de galio de 3,3 m2 (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 dar soporte al rover tomando 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 mástil expandible llamado Imager for Mars Pathfinder (IMP), [16] [17] y el Atmospheric Structure Instrument/Meteorology Package (ASI/MET) [18] que actuaba como una estación meteorológica de Marte, recopilando datos sobre presión, temperatura y vientos. La estructura MET incluía tres mangas de viento montadas a tres alturas en un mástil, 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 de la superficie aerodinámica. [13]
Los ojos cuadrados de la cámara IMP están separados por 15 cm (5,9 pulgadas) para proporcionar visión estereoscópica y rendimiento de medición de distancia para apoyar las operaciones del rover. Las trayectorias ópticas duales están plegadas por dos juegos de espejos para llevar la luz a un solo dispositivo acoplado por carga (CCD). Para minimizar las partes móviles, el IMP está obturado electrónicamente; la mitad del CCD está enmascarada y se usa como zona de lectura para el obturador electrónico . La óptica tenía una resolución de píxel efectiva de un milirradián por píxel, lo que da 1 mm (0,039 pulgadas) por píxel a un alcance de un metro (3,3 pies). El cilindro de la cámara está montado sobre cardanes que proporcionan una libertad de rotación de 360° en acimut 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 mi) en un plano sin rasgos distintivos. [14] [20] [21]
Sojourner tenía paneles solares y una batería no recargable de cloruro de litio-tionilo (LiSOCl2 ) que podía proporcionar 150 vatios-hora y permitía operaciones nocturnas limitadas. Una vez que las baterías se agotaron, el rover solo podía operar durante el día. [2] [22] Las baterías también permitieron verificar la salud del rover mientras estaba encerrado en la etapa de crucero mientras se dirigía a Marte. [23] El rover tenía 0,22 m2 ( 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. Podían sobrevivir a temperaturas de hasta aproximadamente -140 °C (-220 °F). [23] Después de su 40º sol en Marte, la batería del módulo de aterrizaje ya no tenía carga, por lo que se decidió apagar el explorador antes del atardecer y reactivarlo 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 usaban para la dirección. Se consideró una configuración de dirección de seis ruedas, 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 a través de 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, a las que se hizo referencia como " Rocker-bogie ", para los vehículos experimentales "Rocky", de los cuales el Sojourner es la octava versión. [27] [28] [29] Consistían en dos elementos; "Bogie" conectaba la rueda delantera con la central y "Rocker" conectaba la rueda trasera con las otras dos. El sistema no incluía muelles ni otros elementos elásticos, que podrían haber aumentado la presión ejercida por cada rueda. [25] Este sistema permitía superar obstáculos de hasta 8 cm (3,1 pulgadas) de altura [11] pero teóricamente 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 determinó que el sistema de locomoción era adecuado para el entorno de Marte (ya que era muy estable y permitía movimientos hacia adelante y hacia atrás con una facilidad similar [11] ), y se adoptó con las precauciones adecuadas en las misiones posteriores de los exploradores Spirit y Opportunity . [26]
En la fase de desarrollo de diez años que condujo a la realización de Sojourner , se examinaron soluciones alternativas que pudieran 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 descartado 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 que había delante —el suelo correspondiente al siguiente paso—, lo que conduciría a 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 obstáculos. Mejores soluciones eran el uso de seis u ocho ruedas con las traseras capaces de empujar, permitiendo superar el obstáculo. Se prefirió la opción más ligera y sencilla de seis ruedas. [26]
El rover podía viajar 500 m (1.600 pies) desde el módulo de aterrizaje (el límite aproximado de su alcance de comunicación) [13] y tenía una velocidad máxima de 1 cm/s (0,39 pulgadas/s). [11]
La unidad central de procesamiento (CPU) del Sojourner era una Intel 80C85 con un reloj de 2 MHz, que direccionaba 64 kilobytes (Kb) de memoria y ejecutaba un ejecutivo cíclico . [31] Tenía cuatro almacenes de memoria; 64 Kb de RAM fabricados por IBM para el procesador principal, 16 Kb de PROM endurecida por radiación fabricada por Harris, 176 Kb de almacenamiento no volátil fabricado por Seeq Technology y 512 Kb de almacenamiento de datos temporal fabricado por Micron. La electrónica estaba alojada dentro de la caja electrónica cálida (WEB) del rover. [2] La WEB es una estructura similar a una caja formada a partir de láminas frontales de fibra de vidrio adheridas a largueros de aluminio. Los espacios entre las láminas frontales se rellenaban con bloques de aerogel que funcionaban como aislante 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 se filtraba durante la noche a través del aislamiento pasivo, manteniendo la electrónica del WEB a una temperatura entre -40 y 40 °C (-40 y 104 °F), mientras que externamente el rover experimentaba un rango de temperatura entre 0 y -110 °C (32 y -166 °F). [2]
La computadora del módulo de aterrizaje Pathfinder era un IBM Risc 6000 Single Chip reforzado con 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 concurrente en el módulo de aterrizaje [37] que se había detectado en las pruebas previas al vuelo, pero que se consideró un fallo y se le dio una baja prioridad porque solo ocurría en ciertas condiciones de carga pesada no previstas, y el enfoque estaba en verificar el código de entrada y aterrizaje. El problema, que se reprodujo y corrigió desde la Tierra utilizando un duplicado de laboratorio, se debió a reinicios de la computadora causados por inversión de prioridad . No se perdió ningún dato científico o de ingeniería después de un reinicio de la computadora, pero todas las operaciones siguientes se interrumpieron hasta el día siguiente. [38] [39] Los reinicios ocurrieron el 5, 10, 11 y 14 de julio durante la misión [40] antes de que el software fuera parcheado el 21 de julio para habilitar la herencia de prioridad . [41]
El Sojourner se comunicaba con su estación base mediante un módem de radio de 9.600 baudios , aunque los protocolos de comprobación de errores limitaban 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, enviaba periódicamente un mensaje de " latido " al módulo de aterrizaje. Si no recibía respuesta, el rover podía regresar de forma autónoma al lugar en el que se recibió el último latido. Si se deseaba, se podía 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 se alejaba más de 10 metros (33 pies) del Pathfinder durante su misión. [2] Los módems de radio de frecuencia ultraalta (UHF) funcionaban en modo semidúplex , lo que significa que podían enviar o recibir datos, pero no ambos al mismo tiempo. Los datos se comunicaban 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 hacia dónde debía ir el rover. [43] El rover tenía dos cámaras monocromáticas en la parte delantera y una cámara a color en la parte trasera. Cada cámara delantera tenía una matriz de 484 píxeles de alto por 768 de ancho. Las cámaras usaban CCD fabricados por Eastman Kodak Company ; estaban sincronizadas por CPU y eran capaces de exposición automática , compresión de datos Block Truncation Coding (BTC) , manejo incorrecto de píxeles/columnas y empaquetamiento 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 la trayectoria del rover. La óptica constaba de una ventana, una lente y un 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 se encontraba en la parte posterior del explorador, cerca del APXS, y giraba 90°. Proporcionaba imágenes del área objetivo del APXS y de las trayectorias terrestres del explorador. [44]
El sensor de esta cámara a color fue dispuesto de tal manera que 12 de los 16 píxeles de un bloque de 4×4 píxeles fueran sensibles a la luz verde, mientras que 2 píxeles fueran sensibles a la luz roja y los otros 2 fueran sensibles a la luz infrarroja y azul. [44]
Como las cámaras del explorador tenían lentes de seleniuro de zinc, que bloquean la luz con una longitud de onda menor a 500 nanómetros (nm), ninguna luz azul llegó a los píxeles sensibles al azul y al infrarrojo, que por lo tanto registraron solo luz infrarroja. [44]
La operación del Sojourner contaba con el apoyo del "Rover Control Software" (RCS), que funcionaba en un ordenador Silicon Graphics Onyx2 en la Tierra y permitía generar secuencias de comandos mediante una interfaz gráfica. El conductor del rover llevaba gafas 3D con imágenes de la estación base y movía un modelo virtual con un joystick especializado. El software de control permitía ver el rover y el terreno circundante desde cualquier ángulo, lo que facilitaba el estudio de las características del terreno, la colocación de puntos de referencia y los vuelos virtuales. Se utilizaban dardos como iconos para mostrar hacia dónde debía ir el rover. Las ubicaciones deseadas se añadían a una secuencia y se enviaban al rover para que las ejecutara. Normalmente, se componía 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, protónico y de rayos X resultante 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 en 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 las vacantes de la capa atómica 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, lo que permite identificar los átomos presentes y sus cantidades en unas pocas decenas de micrómetros por debajo de la superficie de la muestra analizada. [50] El proceso de detección era bastante lento; cada medición podía tardar hasta diez horas. [51]
La sensibilidad y 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 sodio hasta hierro y más allá. 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 tenía que 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 doble movilidad del rover y del ADM aumentó el potencial del instrumento, el primero de su tipo en llegar a Marte. [49]
El Experimento de Abrasión de Ruedas (WAE, por sus siglas en inglés) fue diseñado para medir la acción abrasiva del suelo marciano sobre capas delgadas 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— sobre una de las dos ruedas centrales con un espesor entre 200 y 1000 ångström , y se aislaron eléctricamente del resto del rover. Al orientar la rueda de forma adecuada, la luz solar se reflejaba hacia un sensor fotovoltaico cercano . La señal recogida se analizaba para determinar la información deseada. [52] Para que la acción abrasiva fuera significativa en el cronograma 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, lo que provocaría un mayor desgaste. [53] Tras el 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 formado por polvo de grano fino de dureza limitada con un tamaño de grano de menos de 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 posterior del rover y la reducción en la capacidad de conversión de energía de los paneles fotovoltaicos. [54] [55] Constaba de dos sensores. [54]
La primera estaba compuesta por una célula fotovoltaica cubierta por un vidrio transparente que podía retirarse a voluntad. Cerca del mediodía local, se realizaron mediciones del rendimiento energético de la célula, tanto con el vidrio colocado como retirado. A partir de la comparación, fue posible deducir la reducción del rendimiento de la célula causada por el polvo. [54] Los resultados de la primera célula se compararon con los de una segunda célula 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 en la eficiencia energética de las células fotovoltaicas, independientemente 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]
Desde que se estableció que las transmisiones relacionadas con el manejo del Sojourner ocurrirían una vez por sol, el rover estaba equipado con un sistema de control computarizado para guiar sus movimientos de forma independiente. [56]
Se había programado una serie de comandos que proporcionaban una estrategia adecuada para superar los obstáculos. Uno de los comandos principales era "Ir a Waypoint". Se había previsto un sistema de referencia local, del que el módulo de aterrizaje era el origen. Las direcciones de las coordenadas se fijaron en el momento del aterrizaje, tomando como referencia la dirección del norte. Durante la sesión de comunicación (una vez por sol), el rover recibía 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 intentaba, como primera opción, alcanzar el obstáculo en línea recta desde la posición de partida. Mediante un sistema de objetivos fotográficos y emisores láser, el rover podía identificar obstáculos a lo largo de este camino. El ordenador de a bordo estaba programado 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 no variaba con respecto a la señal de referencia almacenada en el ordenador; cualquier desviación de esta posición permitía 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 in), y antes de cada giro. [7]
En presencia confirmada de un obstáculo, [a] el ordenador ordenó la ejecución de una primera estrategia para evitarlo. El rover, siempre solo, giró hasta que el obstáculo ya no estuvo a la vista. Luego, tras haber avanzado la mitad de su longitud, recalculó un nuevo camino recto que lo llevaría al punto de llegada. Al final del procedimiento, el ordenador no tenía memoria de la existencia del obstáculo. [56] El ángulo de dirección de las ruedas se controlaba a través de potenciómetros . [7]
En un terreno especialmente irregular, la realización del procedimiento descrito anteriormente se habría visto impedida por la presencia de un gran número de obstáculos. Por tanto, existía un segundo procedimiento conocido como “enhebrar la aguja”, que consistía en avanzar entre dos obstáculos a lo largo de la bisectriz que los separa, 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 retroceder y probar una trayectoria diferente. Como último recurso, se montaron sensores de contacto en las superficies delantera y trasera del rover. [56]
Para facilitar la orientación del rover, se podía ordenar desde la Tierra una rotación adecuada en el lugar. La orden era "Girar" y se ejecutaba utilizando un giroscopio . [7] Tres acelerómetros medían la aceleración de la gravedad a lo largo de tres direcciones perpendiculares, lo que hacía posible medir la pendiente de la superficie. El rover estaba programado para desviarse de las rutas que requerirían una pendiente mayor de 30°, [56] aunque estaba diseñado para no volcarse cuando se inclinaba a 45°. [7] La distancia recorrida se determinaba por el número de revoluciones de las ruedas. [56]
Marie Curie es una sonda de reserva para el Sojourner . Durante la fase operativa en Marte, las secuencias de los comandos más complejos que se enviarían al Sojourner se verificaron en este rover idéntico en el JPL. [57] La NASA planeó enviar a Marie Curie en la misión cancelada Mars Surveyor 2001 ; se sugirió enviarla en 2003, proponiendo que Marie Curie se desplegara "utilizando un brazo robótico unido al módulo de aterrizaje". [58] En lugar de esto, se lanzó el programa Mars Exploration Rover en 2003. En 2015, el JPL transfirió a Marie Curie al Museo Nacional del Aire y el Espacio (NASM) del Instituto Smithsoniano. [59]
Según el historiador espacial y curador de NASM Matt Shindell:
El rover Marie Curie era una unidad completamente operativa; no estoy seguro en qué momento se decidió cuál volaría y cuál se quedaría en casa, pero estaba listo para reemplazar a la unidad principal en cualquier momento. [60]
Para probar prototipos y aplicaciones robóticas en condiciones de luz 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 configuraciones 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 basalto, incluidos basaltos de grano fino y vesiculares tanto en rojo como en negro. Se seleccionaron distribuciones de tamaño de roca para que coincidieran con las observadas en Marte y las características del suelo coincidían con las encontradas en algunas regiones marcianas. Las rocas grandes no tenían una composición similar a la de Marte, ya que eran menos densas y más fáciles de mover para las pruebas. A menudo se usaban otros obstáculos, como ladrillos y trincheras, para pruebas especializadas. [61] Mars Yard se amplió en 1998 y luego en 2007 para respaldar otras misiones de rover en Marte. [62]
El nombre "Sojourner" fue elegido para el rover a través de un concurso organizado en marzo de 1994 por la Planetary Society en colaboración con el JPL; duró un año y estaba abierto a estudiantes de 18 años o menos de cualquier país. Se invitó a los participantes a elegir una "heroína a la que dedicar el rover" y a escribir un ensayo sobre sus logros y cómo estos logros podrían aplicarse al entorno marciano. [63] La iniciativa se publicitó en los Estados Unidos a través de la edición de enero de 1995 de la revista Science and Children publicada por la Asociación Nacional de Profesores de Ciencias . [63]
Se recibieron alrededor de 3.500 artículos 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 rover 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 , una astronauta estadounidense y miembro de la tripulación del transbordador espacial que murió en el desastre del Challenger en 1986. [63] El rover también era conocido como Microrover Flight Experiment, abreviado MFEX. [43]
Sojourner fue lanzado el 4 de diciembre de 1996, a bordo de un cohete Delta II , y llegó a Marte el 4 de julio de 1997. Operó en el canal de Ares Vallis en la Chryse Planitia del cuadrángulo Oxia Palus , [65] desde el 5 de julio [66] hasta el 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] Recopiló 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 de inundación llamada Ares Vallis , que se encuentra en el hemisferio norte de Marte y es una de las partes más rocosas de Marte. Fue elegido porque se pensó que era una superficie relativamente segura para aterrizar y que contiene una amplia variedad de rocas que se depositaron durante una inundación. Esta área era bien conocida, habiendo sido fotografiada por la misión Viking . [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 después, con el rover Sojourner y los paneles solares colocados en su interior. El rover salió del módulo de aterrizaje al día siguiente. [15]
Las rocas del lugar de aterrizaje recibieron nombres de personajes de dibujos animados. Entre ellos estaban Pop Tart, Ender, mini-Matterhorn, Wedge, Baker's Bench, Scooby Doo, Yogi, Barnacle Bill, Pooh Bear, Piglet, el Cordero, el Tiburón, 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 llamada " Barnacle Bill " durante el tercer sol. La composición de la roca se determinó mediante el espectrómetro APXS, que tardó 10 horas en realizar un escaneo completo. La roca " Yogi " se analizó el décimo sol. [66] [75] Se ha sugerido que la conformación del terreno cercano a 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 investigadores 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]
El rover se dirigió entonces al siguiente objetivo y el día 14 analizó la roca llamada "Scooby-Doo" y fotografió la roca "Casper". [66] Se consideró que ambas eran 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 "Rock Garden", el rover encontró dunas con forma de media luna que son similares a las dunas de la Tierra. [74]
El lugar de aterrizaje es rico en rocas variadas, algunas de las cuales son claramente de origen volcánico, como "Yogi"; otras son conglomerados , cuyo origen es objeto de varias propuestas. En 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 una consecuencia de procesos de sedimentación ; se descubrieron rocas redondeadas de varios tamaños y las formas del valle son compatibles con un entorno de canal de río. [10] Las piedras más pequeñas y redondeadas también podrían haberse generado 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 contenían 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, estuvo a cargo de un grupo de ingenieros de la NASA, denominados colectivamente como "El Equipo Rover". 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)
