La misión Mars Exploration Rover ( MER ) de la NASA fue una misión espacial robótica en la que participaron dos vehículos exploradores de Marte , Spirit y Opportunity , que exploraban 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. 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 del agua en el pasado en Marte . La misión es parte del Programa de Exploración de Marte de la NASA , que incluye tres módulos de aterrizaje exitosos anteriores: 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 eran: [4]
El costo total de construcción, lanzamiento, aterrizaje y operación de los rovers en la superficie para la misión principal 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 la duración inicialmente planificada. La quinta extensión de la misión se concedió en octubre de 2007 y se prolongó hasta finales de 2009. [5] [6] El costo total de las primeras cuatro extensiones de la misión fue de 104 millones de dólares, y la quinta extensión de la misión costó al menos 20 millones de dólares. [5] La misión fue gestionada por el Jet Propulsion Laboratory (JPL), que diseñó, construyó y operó los rovers.
En reconocimiento a la gran cantidad de información científica acumulada por ambos rovers, se han nombrado dos asteroides 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 se lanzaron en cohetes Boeing Delta II 7925-9.5 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17 de Cabo Cañaveral (CCAFS SLC-17), MER-B estaba en la versión pesada de ese vehículo de lanzamiento y necesitaba energía adicional para la inyección Trans-Mars . Los vehículos de lanzamiento se integraron en plataformas una al lado de la otra, con MER-A en CCAFS SLC-17A y MER-B en CCAFS SLC-17B. Las plataformas duales permitieron trabajar juntos en los períodos de lanzamiento planetario de 15 y 21 días; el último día posible de lanzamiento para MER-A fue el 19 de junio de 2003 y el primer día para 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 de Marte muy separados. El 21 de enero de 2004, la Red del Espacio Profundo perdió contacto con Spirit , por razones que originalmente se pensó que estaban relacionadas con una lluvia de bengalas sobre Australia . El rover transmitió un mensaje sin datos, pero ese mismo día se perdió otra sesión de comunicación con el Mars Global Surveyor . Al día siguiente, el JPL recibió un pitido del rover, indicando que estaba en modo de falla. El 23 de enero, el equipo de vuelo logró enviar el rover. 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 volvió a sus operaciones científicas completas el 5 de febrero. Las misiones de ambos rovers inicialmente duraron sólo 90 soles .
El 23 de marzo de 2004 se celebró una conferencia de prensa en la que se anunciaron "descubrimientos importantes" de evidencia de agua líquida en la superficie marciana. Una delegación de científicos mostró fotografías y datos que revelan un patrón estratificado y estratificado en las rocas del afloramiento dentro de un cráter en Meridiani Planum , lugar de aterrizaje del MER-B Opportunity . Esto sugirió que alguna vez fluyó agua en la región. La distribución irregular de cloro y bromo también sugiere que el lugar alguna vez fue la costa de un mar salado, ahora evaporado.
El 8 de abril de 2004, la NASA anunció que ampliaría la vida útil 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 mensuales para continuar con 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 extendería la vida útil de la misión de los rovers por otros seis meses. La oportunidad era abandonar el cráter Endurance, visitar su escudo térmico desechado y proceder al cráter Victoria . Spirit iba a intentar subir a la cima de las colinas de Columbia .
Con los dos rovers todavía funcionando bien, la NASA anunció más tarde otra extensión de la misión por 18 meses hasta septiembre de 2006. Opportunity era visitar el "Terreno Etched" 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 movía hacia McCool Hill . Sus conductores intentaron arrastrar la rueda muerta detrás del Spirit , pero sólo funcionó hasta llegar a una zona arenosa intransitable en las laderas más bajas. 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 mayores niveles de energía solar adecuados para conducir. Ese septiembre, Opportunity alcanzó el 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, tormentas de polvo marcianas bloquearon la luz solar de 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 quedaran permanentemente inutilizados. Sin embargo, las tormentas de polvo desaparecieron, lo que les permitió reanudar las operaciones. [10]
Opportunity estaba a punto de entrar en el cráter Victoria desde su posición en el borde de Duck Bay el 28 de junio de 2007, [11] pero debido a extensas tormentas de polvo, se retrasó hasta que el polvo se disipó y la energía volvió a niveles seguros. [12] Dos meses después, Spirit y Opportunity reanudaron la conducción después de agacharse durante tormentas de polvo que limitaron la energía solar a un nivel que casi causó la falla permanente de ambos rovers. [13]
El 1 de octubre de 2007, [14] tanto Spirit como Opportunity iniciaron su quinta extensión de misión que extendió las operaciones hasta 2009, [15] permitiendo a los rovers haber pasado cinco años explorando la superficie marciana, en espera de su supervivencia continua.
El 26 de agosto de 2008, el Opportunity comenzó su ascenso de tres días fuera del cráter Victoria en medio de preocupaciones de que los picos de energía, similares a los observados en el Spirit antes de la falla de su rueda delantera derecha, pudieran impedirle salir del cráter. si una rueda fallara. El científico del proyecto Bruce Banerdt también dijo: "Hemos hecho todo lo que pretendíamos hacer cuando entramos en el cráter Victoria y más". Opportunity regresará a las llanuras para caracterizar la gran diversidad de rocas de Meridiani Planum, algunas de las cuales pueden haber sido expulsadas de cráteres como el Victoria. El rover había estado explorando el cráter Victoria desde el 11 de septiembre de 2007. [16] [17] En enero de 2009, los dos rovers habían enviado colectivamente 250.000 imágenes y viajado más de 21 kilómetros (13 millas). [18]
Después de conducir unos 3,2 kilómetros (2,0 millas) desde que salió del cráter Victoria, el 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, el Spirit fue excavado profundamente en la arena marciana, al igual que el Opportunity en Purgatory Dune en 2005. [21]
El 26 de enero de 2010, después de seis años en Marte, la NASA anunció que el Spirit se utilizaría como plataforma de investigación estacionaria, después de varios meses de intentos fallidos de liberar el rover de la arena blanda. [22]
La NASA anunció el 24 de marzo de 2010 que Opportunity , que tenía una distancia restante estimada de 12 km (7,5 millas) hasta el cráter Endeavor, había viajado más de 20 km (12,4 millas) desde el inicio de su misión. [23] Cada rover fue diseñado con un objetivo de distancia de conducción de misión de sólo 600 metros. [23]
En marzo de 2010 se anunció que Spirit podría haber entrado en hibernación durante el invierno marciano y podría no volver a despertar durante meses. [24] El 22 de mayo de 2011, la NASA cesó los 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 al Spirit fue el 25 de mayo de 2011. [25]
El 16 de mayo de 2013, la NASA anunció que el Opportunity había viajado más lejos que cualquier otro vehículo de la NASA en un mundo distinto de la Tierra. [26] Después de que la odometría total del Opportunity superó los 35,744 km (22,210 millas), el rover superó la distancia total recorrida por el vehículo itinerante lunar Apolo 17 . [26] Y el 28 de julio de 2014, el Opportunity había conducido más lejos que cualquier otro vehículo en un mundo distinto de la Tierra. [26] [27] [28] Opportunity cubrió más de 40 km (25 millas), superando la distancia total de 39 km (24 millas) conducida por el vehículo lunar Lunokhod 2 , el poseedor del récord anterior. [26] [27] El 23 de marzo de 2015, Opportunity había recorrido la distancia completa de 42,2 km (26,2 millas) de un 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 del rover restante, Opportunity , así como del nuevo rover Curiosity del Mars Science Laboratory ahora buscarían evidencia de vida antigua, incluida una biosfera basada en organismos autótrofos , quimiotróficos y /o microorganismos quimiolitoautótrofos , así como aguas antiguas, incluidos ambientes fluvio-lacustres ( llanuras relacionadas con ríos o lagos antiguos) que pudieron haber sido habitables . [30] [31] [32] [33] La búsqueda de evidencia de habitabilidad , tafonomía (relacionada con los fósiles ) y carbono orgánico en el planeta Marte se cambió luego a un objetivo principal de la NASA. [30]
En junio de 2018, Opportunity quedó atrapado en una tormenta de polvo a escala global y los paneles solares del rover no pudieron generar suficiente energía; el último contacto tuvo lugar el 10 de junio de 2018. La NASA reanudó el envío de comandos después de que la tormenta de polvo amainó, pero el rover permaneció silencioso, posiblemente debido a una falla catastrófica o una capa de polvo que cubre 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 a Opportunity , sin respuesta desde junio de 2018, la NASA declaró terminada la misión Opportunity , lo que también llevó a la misión Mars Exploration Rover de 16 años de duración a un acercamiento. [35] [36] [37]
El Mars Exploration Rover fue diseñado para ser almacenado encima de un cohete Delta II . Cada nave espacial consta de varios componentes:
La masa total es 1.063 kg (2.344 libras).
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 Mars Pathfinder en diseño y tiene aproximadamente 2,65 metros (8,7 pies) de diámetro y 1,6 m (5,2 pies) de alto, 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 aproximadamente 2,65 m (8,7 pies) de diámetro. 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 dispositivos 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 conocer su orientación en el espacio analizando la posición del Sol y otras estrellas en relación con ella misma. A veces, la nave podía desviarse ligeramente de su rumbo; esto era de esperar, dado el viaje de 500 millones de kilómetros (320 millones de millas). Así, los navegantes planificaron hasta seis maniobras de corrección de trayectoria, además de controles sanitarios.
Para garantizar que la nave espacial llegara a Marte en el lugar correcto para su aterrizaje, dos tanques livianos revestidos de aluminio llevaban alrededor de 31 kg (aproximadamente 68 libras) de propulsor de hidracina . Junto con los sistemas de control y guía de crucero, el propulsor permitió a los navegantes mantener la nave espacial en su rumbo. Las quemaduras y disparos de pulsos 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 menos potencia y antenas más pequeñas que muchas naves más antiguas, que usaban la banda S.
Los navegantes enviaban comandos 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 caía 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 llegó menos energía a la Tierra. Luego, la nave espacial cambió a la antena de ganancia media, que dirigió la misma cantidad de potencia de transmisión en un haz más estrecho hacia la Tierra.
Durante el vuelo, la nave espacial se estabilizó con una velocidad de giro de dos revoluciones por minuto (rpm). Las actualizaciones periódicas mantuvieron las antenas apuntando hacia la Tierra y los paneles solares hacia el Sol.
El aeroshell mantuvo una cubierta protectora para el módulo de aterrizaje durante el viaje de siete meses a Marte. Junto con el módulo de aterrizaje y el rover, constituía el "vehículo de entrada". Su objetivo principal era proteger el módulo de aterrizaje y el rover que se encontraba en su interior del intenso calor de la entrada en la fina atmósfera marciana. Se basó en los diseños Mars Pathfinder y Mars Viking.
El aeroshell estaba hecho de dos partes principales: un escudo térmico y una carcasa trasera. El escudo térmico era plano y de color marrón, protegió al módulo de aterrizaje y al rover durante la entrada a la atmósfera marciana y actuó como el primer aerofreno de la nave espacial. La carcasa trasera era grande, en forma de cono y pintada de blanco. Llevaba el paracaídas y varios componentes utilizados en 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 frontales de grafito y epoxi . El exterior del aeroshell está cubierto con una capa de panal fenólico . Este panal está lleno de un material ablativo (también llamado "ablador"), que disipa el calor generado por la fricción atmosférica.
El ablador en sí es una mezcla de madera de corcho , aglutinante y muchas pequeñas esferas de vidrio de sílice . Fue inventado para los escudos térmicos utilizados en las misiones del módulo de aterrizaje Viking Mars. Una tecnología similar se utilizó en las primeras misiones espaciales tripuladas por Estados Unidos, Mercurio , Gemini y Apolo . Fue especialmente formulado para reaccionar químicamente con la atmósfera marciana durante la entrada y alejar el calor, dejando una estela de gas caliente detrás del vehículo. El vehículo desaceleró 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 rover.
La carcasa trasera y el escudo térmico están hechos de los mismos materiales, pero el escudo térmico tiene una capa de ablador más gruesa, de 13 mm ( 1 ⁄ 2 pulgadas). En lugar de pintarse, la carcasa trasera se cubrió con una fina película de PET aluminizada para protegerla del frío del espacio profundo. La manta se vaporizó durante la entrada a la atmósfera marciana.
El paracaídas ayudó a frenar 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 a largo plazo de desarrollo de tecnología de paracaídas en Marte 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 del 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 del Pathfinder fueron de aproximadamente 35 kN (alrededor de 8000 lbf). El paracaídas fue diseñado y construido en South Windsor, Connecticut por Pioneer Aerospace , quien 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 hecha de Kevlar conecta el paracaídas con la carcasa trasera.
El espacio disponible para el paracaídas en la nave espacial era tan pequeño que hubo que llenarlo 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 gran peso al paquete del paracaídas varias veces. Antes de colocar el paracaídas en la carcasa trasera, se calentó el paracaídas para esterilizarlo . [40]
Después de que se desplegó el paracaídas a una altitud de aproximadamente 10 km (6,2 millas) 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 "descendió en rápel" por una cinta metálica sobre un sistema de frenado centrífugo integrado en uno de los pétalos del módulo de aterrizaje. El lento descenso por la cinta metálica colocó el 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] Zylon es un material de fibra, similar al Kevlar, que se cose en un patrón de cincha (como el material de los cordones de los zapatos) para hacerlo más fuerte. La brida 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 disparar cohetes sólidos desde la carcasa trasera y proporciona datos desde la unidad de medición inercial de la carcasa trasera (que mide la velocidad y la inclinación de la nave espacial) a la computadora de vuelo del rover. [40]
Debido a que la densidad atmosférica de Marte es inferior al 1% de la de la Tierra, el paracaídas por sí solo no pudo frenar el Mars Exploration Rover lo suficiente como para garantizar una velocidad de aterrizaje baja y segura. El descenso de la nave espacial fue asistido por cohetes que detuvieron la nave espacial entre 10 y 15 m (33 a 49 pies) sobre la superficie marciana. [40]
Se utilizó una unidad de altímetro de radar para determinar la distancia a la superficie marciana. La antena del radar estaba montada en una de las esquinas inferiores del tetraedro del módulo de aterrizaje. Cuando la medición del radar mostró que el módulo de aterrizaje estaba a la distancia correcta sobre la superficie, se cortó la brida Zylon, liberando el módulo de aterrizaje del paracaídas y la carcasa trasera para que estuviera libre y despejado para el aterrizaje. Los datos del radar también permitieron la secuencia de sincronización del inflado de las bolsas de aire y el disparo del cohete RAD trasero. [40]
Los airbags utilizados en la misión Mars Exploration Rover son del mismo tipo que utilizó el Mars Pathfinder en 1997. Tenían que ser lo suficientemente fuertes como para amortiguar la nave espacial si aterrizaba sobre rocas o terreno accidentado y permitirle rebotar sobre la superficie de Marte a velocidades de autopista ( unos 100 km/h) después del aterrizaje. Las bolsas de aire tuvieron que inflarse segundos antes del aterrizaje y desinflarse una vez que estuvieran seguros en el suelo.
Los airbags estaban hechos de Vectran , como los del Pathfinder. 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 denier (10 mg/m) protegieron una o dos vejigas internas de Vectran en 200 denier (20 mg/m). El uso de 100 deniers (10 mg/m) deja más tela en las capas exteriores donde se necesita, porque hay más hilos en el tejido.
Cada rover utilizó cuatro bolsas de aire con seis lóbulos cada una, todas ellas conectadas. La conexión era importante, ya que ayudó 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 vehículo, sino que estaban sujetas a él mediante cuerdas que cruzaban la estructura de la bolsa. Las cuerdas dieron forma a las bolsas, facilitando el inflado. Durante el vuelo, las bolsas fueron estibadas junto con tres generadores de gas que se utilizan para inflar. [41]
El módulo de aterrizaje de la nave espacial es una carcasa protectora que alberga el 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 fabricado con vigas y chapas. Las vigas consisten en capas de fibra de grafito tejidas en una tela que es más liviana que el aluminio y más rígida que el acero. Los accesorios de titanio se pegan y se colocan en 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 por el suelo, se detuvo en la base del tetraedro o en uno de sus lados. Luego, los lados se abrieron para dejar la base horizontal y el rover 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 rover plus lander tiene una masa de aproximadamente 533 kilogramos (1175 libras). El rover por sí solo tiene una masa de aproximadamente 185 kg (408 lb). La gravedad en Marte es aproximadamente el 38% de la de la Tierra, por lo que no es necesario que el motor sea tan potente como lo sería en la Tierra.
El rover contiene acelerómetros para detectar en qué dirección está hacia abajo (hacia la superficie de Marte) midiendo la fuerza de la gravedad. Luego, la computadora del rover ordenó que se abriera el pétalo del módulo de aterrizaje correcto 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 inicialmente se abrieron a 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 potentes como para que si dos de los pétalos descansan sobre rocas, la base con el rover se mantendría en su lugar como un puente sobre el suelo. La base se mantendrá a un nivel igual a la altura de los pétalos que descansan sobre las rocas, formando una superficie plana y recta a lo largo de todo el módulo de aterrizaje abierto y aplanado. El equipo de vuelo en la Tierra podría entonces enviar órdenes 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 caer de una roca empinada.
El movimiento del rover fuera del módulo de aterrizaje se denomina fase de salida de la misión. El rover debe evitar que sus ruedas queden atrapadas en el material del airbag o caerse en 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 se abran los pétalos. Pequeñas rampas en los pétalos se abren en abanico para llenar los espacios entre los pétalos. Cubren terrenos irregulares, obstáculos rocosos y material de bolsas de aire, y forman un área circular desde la cual el rover puede partir en más direcciones. También bajan el escalón por el que debe bajar el rover. Se les conoce como "alas de murciélago" y están hechos de tela Vectran.
Se asignaron unas tres horas para retraer los airbags y desplegar los pétalos del módulo de aterrizaje.
Los rovers son robots de seis ruedas impulsados 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 lb), de los cuales 35 kg (77 lb) son la rueda y el 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 bogie basculante , similar al del Sojourner , [43] que garantiza que las ruedas permanezcan en el suelo mientras se conduce sobre terreno accidentado. El diseño reduce el rango de movimiento del cuerpo del rover a la mitad y le permite superar obstáculos o atravesar 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 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 por rocas.
Cada rueda tiene su propio motor de accionamiento. Las dos ruedas delanteras y las dos traseras tienen cada una un motor de dirección individual. Esto permite que el vehículo gire en su lugar, una revolución completa, y se desvíe y se curve, 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 volcarse. Sin embargo, el rover está programado a través de sus "límites de protección contra fallas" en su software de prevención de peligros para evitar inclinaciones superiores a 30 grados.
Cada rover puede hacer girar una de sus ruedas delanteras en su lugar para profundizar en el terreno. Debe permanecer inmóvil mientras gira la rueda excavadora. Los rovers tienen una velocidad máxima en terreno plano y duro de 50 mm/s (2 in/s). La velocidad media es de 10 mm/s, porque su software de prevención de riesgos hace que se detenga cada 10 segundos durante 20 segundos para observar y comprender el terreno por el que ha conducido.
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 unos 100 vatios para funcionar. Su sistema de alimentación incluye dos baterías recargables de iones de litio de 7,15 kg (15,8 lb) cada una, que proporcionan energía cuando no brilla el sol, especialmente de noche. Con el tiempo, las baterías se degradarán y no podrán recargarse a su máxima 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, el suministro de energía de los rovers oscilaba 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 conjuntos relativamente libres de polvo y extendiendo la vida útil de la misión. Durante una tormenta de polvo global en Marte en 2007, ambos rovers experimentaron una de las potencias más bajas de la misión; La oportunidad cayó a 128 vatios-hora. En noviembre de 2008, Spirit superó este récord de bajo consumo energético con una producción de 89 vatios-hora, debido a las tormentas de polvo en la zona del cráter Gusev. [47]
Los rovers ejecutan un sistema operativo integrado VxWorks en una CPU RAD6000 de 20 MHz protegida contra radiación con 128 MB de DRAM con detección y corrección de errores y 3 MB de EEPROM . [48] Cada móvil también tiene 256 MB de memoria flash . Para sobrevivir durante las distintas fases de la misión, los instrumentos vitales del rover deben permanecer a una temperatura de -40 °C a +40 °C (-40 °F a 104 °F). Por la noche, los rovers se calientan mediante ocho unidades calentadoras de radioisótopos (RHU), cada una de las cuales genera continuamente 1 W de energía térmica a partir de la desintegración de los radioisótopos , junto con calentadores eléctricos que funcionan solo cuando es necesario. Para el aislamiento se utiliza una película de oro pulverizada y una capa de aerogel de sílice . [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 mayor velocidad. Los rovers utilizan el monopolo UHF y su radio CE505 para comunicarse con las naves espaciales que orbitan alrededor de Marte, el Mars Odyssey y (antes de su fracaso) el Mars Global Surveyor (ya se transfirieron más de 7,6 terabits de datos utilizando su antena Mars Relay y su Mars Orbiter Camera ). s memoria intermedia de 12 MB). [50] Desde que MRO entró en órbita alrededor de Marte, los módulos de aterrizaje también lo han utilizado como recurso de retransmisión. La mayoría de los datos del módulo de aterrizaje se transmiten a la Tierra a través de Odyssey y MRO. Los orbitadores pueden recibir señales del rover a una velocidad de datos mucho mayor que la Red de Espacio Profundo, debido a las distancias mucho más cortas entre el rover y el orbitador. Luego, los orbitadores transmiten rápidamente los datos del rover a la Tierra utilizando sus antenas grandes y de alta potencia .
Cada móvil tiene nueve cámaras, [51] que producen imágenes de 1024 x 1024 píxeles a 12 bits por píxel, [52] pero la mayoría de las imágenes de las cámaras de navegación y las miniaturas de las imágenes se truncan a 8 bits por píxel para conservar memoria y tiempo de transmisión. Luego, todas las imágenes se comprimen usando ICER antes de almacenarlas y enviarlas a la Tierra. La navegación, las 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 determinadas longitudes de onda de imágenes panorámicas multicolores. ICER se basa en wavelets y fue diseñado específicamente para aplicaciones en el espacio profundo. Produce una compresión progresiva, tanto sin pérdidas como con pérdidas, e incorpora un esquema de contención de errores para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal del 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 Pancam Mast Assembly (PMA):
Las cámaras se montaron a 1,5 metros de altura en el conjunto del mástil Pancam, lo que permite una rotación de 360 grados. [53] El PMA se implementa a través de Mast Deployment Drive (MDD). El Azimuth Drive, montado directamente encima del MDD, giró el conjunto horizontalmente una revolución completa con señales transmitidas a través de una configuración de cinta rodante. El controlador de la cámara apunta las cámaras en elevación, casi 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 monocromáticas para evitar peligros ( Hazcams ) en el cuerpo del rover, dos delante y dos detrás. El rover utilizó pares de imágenes Hazcam para trazar la forma del terreno hasta 3 metros (10 pies) frente a él, en 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. El brazo tiene una torreta en forma de cruz que sostiene varios instrumentos. El brazo puede girar en un rango de giro de 350 grados y rotar verticalmente en un rango de 340 grados. El brazo tiene tres articulaciones y un alcance máximo de 90 centímetros. [55]
El brazo robótico pudo colocar instrumentos directamente contra rocas y suelos de interés.
Los rovers Spirit y Opportunity fueron nombrados a través de un concurso de ensayos de estudiantes. La propuesta ganadora fue la de Sofi Collis, [65] una estudiante ruso-estadounidense de tercer grado de Arizona.
Solía vivir en un orfanato. Estaba oscuro, frío y solitario. Por la noche miré el cielo brillante y me sentí mejor. Soñé 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 construcción de los rovers, se los conocía como MER-1 Rover 1 ( Opportunity ) y MER-2 Rover 2 ( Spirit ). Internamente, la NASA también utiliza las designaciones de misión MER-A ( Spirit ) y MER-B ( Opportunity ) según el orden de aterrizaje en Marte.
El Jet Propulsion Laboratory mantiene un par de rovers, los Surface System Test-Beds (SSTB) en su ubicación en Pasadena para probar y modelar situaciones en Marte. Un vehículo de prueba, SSTB1, que pesa aproximadamente 180 kg (400 lb), está completamente instrumentado y es casi idéntico al Spirit y al Opportunity . Otra versión de prueba, 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 Opportunity en la gravedad reducida de Marte . Estos rovers se utilizaron en 2009 para una simulación del incidente en el que Spirit quedó atrapado en suelo blando. [66] [67] [68]
Aunque según las imágenes orbitales el cráter Gusev parece ser el lecho de un lago seco, las observaciones desde la superficie muestran que las llanuras interiores están en su mayor parte llenas de escombros. Las rocas de las llanuras de Gusev son un tipo de basalto . Contienen los minerales olivino , piroxeno , plagioclasa y magnetita, y parecen basalto volcánico porque son de grano fino con agujeros irregulares (los geólogos dirían que tienen vesículas y vugs). [69] [70] Gran parte del suelo de las llanuras provino de la ruptura de las rocas locales. En algunos suelos se encontraron niveles bastante altos de níquel ; probablemente de meteoritos . [71] El análisis muestra que las rocas han sido ligeramente alteradas por pequeñas cantidades de agua. Los revestimientos exteriores y las grietas en el interior de las rocas sugieren minerales depositados en agua, tal vez compuestos de bromo . Todas las rocas contienen una fina capa de polvo y una o más cortezas de material más duras. Un tipo se puede eliminar con cepillo, mientras que otro debe eliminarse con la herramienta de abrasión de rocas (RAT). [72]
El polvo del cráter Gusev es el mismo que el polvo de todo el planeta. Se descubrió que todo el polvo era magnético. Además, Spirit descubrió que el magnetismo era causado por el mineral magnetita , especialmente la magnetita que contenía el elemento titanio . Un imán pudo desviar completamente 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, quizás de menos de un milímetro de espesor, cubre todas las superficies. Algo en él contiene una pequeña cantidad de agua químicamente unida. [74] [75]
A medida que el rover ascendía por encima de las llanuras hacia las colinas de Columbia, la mineralogía observada cambió. [76] [77] Los científicos encontraron una variedad de tipos de rocas en las colinas de Columbia y las clasificaron en seis categorías diferentes. Los seis son: Clovis, Wishbone, Peace, Watchtower, Backstay e Independence. Llevan el nombre de una roca destacada en cada grupo. Sus composiciones químicas, medidas por APXS, son significativamente diferentes entre sí. [78] Lo más importante es que todas las rocas de Columbia Hills muestran diversos grados de alteración debido a fluidos acuosos. [79] Están enriquecidos en los elementos fósforo, azufre, cloro y bromo, todos los cuales pueden transportarse en soluciones acuosas. Las rocas de Columbia Hills 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 en él goethita . [82] La goethita se forma sólo en presencia de agua, por lo que su descubrimiento es la primera evidencia directa de agua pasada 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 contuvieron 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 de la paz mostraron azufre y fuertes evidencias de agua unida, por lo que se sospecha de sulfatos hidratados. Las rocas de clase Watchtower carecen de olivino, por lo que es posible que hayan sido alteradas por el agua. La clase Independencia mostró algunos signos de arcilla (quizás montmorillonita, miembro del grupo de las esmectitas). Las arcillas requieren una exposición bastante prolongada al agua 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 (que se suponía que duraría sólo 90 días), se encontraron grandes cantidades de sílice pura en el suelo. La sílice podría provenir de la interacción del suelo con vapores ácidos producidos por la actividad volcánica en presencia de agua o del agua en un ambiente de aguas termales. [85]
Después de que Spirit dejó 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 alguna vez pudieron haber albergado agua. Los carbonatos fueron descubiertos en un afloramiento de rocas llamado "Comanche". [86] [87]
Spirit encontró evidencia de una ligera erosión en las llanuras de Gusev, pero ninguna evidencia de que hubiera un lago allí. Sin embargo, en Columbia Hills hubo evidencia clara de una cantidad moderada de erosión acuosa. La evidencia incluyó sulfatos y los minerales goethita y carbonatos que sólo se forman en presencia de agua. Se cree que el cráter 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 fue identificado como magnetita con algo de titanio. Además, la fina capa de polvo que cubre todo en Marte es la misma en todas partes de Marte.
El rover Opportunity aterrizó en un pequeño cráter, bautizado "Eagle", en las llanuras de Meridiani. Las llanuras del lugar de aterrizaje se caracterizaron por la presencia de una gran cantidad de pequeñas esférulas , concreciones esféricas etiquetadas como "arándanos" por el equipo científico, que se encontraron tanto sueltas en la superficie como incrustadas en la roca. Estos demostraron tener una alta concentración del mineral hematita y mostraron la firma de haberse formado en un ambiente acuoso. El lecho de roca en capas revelado en las paredes del cráter mostró signos de ser de naturaleza sedimentaria, y el análisis de composición y de imágenes microscópicas mostró que esto se debe principalmente a la composición de jarosita , un mineral de sulfato ferroso que es característicamente una evaporita que es el residuo de la evaporación de un estanque o mar salado. [88] [89]
La misión ha proporcionado pruebas sustanciales de la actividad del agua en el pasado en Marte. 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, con la llegada 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 de filosilicato , indicativos de depósitos sedimentarios más antiguos.
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