La exploración robótica del sistema solar
La exploración robótica del sistema solar
Miguel Montaña Bernet
Asociación astronómica de Albuixech
Desde el inicio de la carrera espacial en los años 50 del siglo pasado las principales agencias han destinado mucho esfuerzo y dinero a la exploración del sistema solar, en sus primeras etapas buscando la supremacía tecnológica frente a sus adversarios y posteriormente centrándose más en el ámbito científico y de exploración con el fin de ampliar el conocimiento del sistema solar.
La exploración del sistema solar tiene dos vertientes bien definidas, la exploración tripulada y la exploración robótica.
En cuanto a la exploración tripulada, ya hemos tenido el primer capítulo, me refiero a las misiones Apolo de la NASA en los años 60 y 70 del siglo pasado en el que 12 seres humanos pisaron la superficie de nuestro satélite con las misiones Apolo 11, 12, 14, 15, 16 y 17.
Estamos a las puertas de vivir un segundo capítulo de la exploración espacial tripulada con las misiones Artemisa de la NASA, capitulo que ya se ha iniciado con el lanzamiento de la misión Artemisa I el día 16 de noviembre de 2022, la cual tiene como objetivo realizar un viaje de circunnavegación de la Luna de forma totalmente autónoma con la intención de chequear toda la tecnología desarrollada para este programa y permitir la realización de nuevas misiones ya tripuladas con el objetivo de volver a llevar seres humanos a la Luna.
El tercer capítulo será la exploración tripulada de Marte, pero para llegar a este punto necesitaremos haber establecido un asentamiento permanente en la Luna que nos permita desarrollar las tecnologías necesarias para poder garantizar largas estancias de seres humanos en el espacio con total seguridad.
La seguridad es la clave de las misiones tripuladas, aunque la exploración espacial tripulada, es por sí peligrosa, también es necesaria si queremos explorar nuestro sistema solar en profundidad, ya que los humanos pueden realizar multitud de tareas, y no presentan las limitaciones que los robots tienen con la tecnología actual.
Otro factor a tener en cuenta es el coste que representan las misiones tripuladas, incrementando al coste de los vehículos, del instrumental y del combustible, el coste que suponen los sistemas de soporte vital, el envío de alimentos y agua, así como el coste del incremento de espacio necesario para que los astronautas puedan estar relativamente cómodos en sus viajes.
La otra vertiente de la exploración espacial es la exploración robótica, la cual nos permite realizar misiones a una fracción del coste que supondría una exploración tripulada, con el hándicap que siempre estaremos más limitados utilizando robots, pero con la ventaja de que no arriesgamos vidas humanas.
Dentro de la exploración robótica existen diferentes tipos de sistemas de exploración, por un lado, tenemos los sistemas que no realizan un aterrizaje en su destino, se dividen en sistemas FlyBy los cuales realizan un único sobrevuelo del objetivo (Voyager, New Horizons, etc), o sistemas orbitadores los cuales quedan en órbita permitiendo múltiples sobrevuelos (Galileo, Cassini, etc).
Sin duda las misiones más espectaculares de exploración robótica son las que llegan a posarse en el planeta o satélite, permitiendo explorarlo con mucha más profundidad.
De nuevo tenemos dos tipos bien definidos, por una parte están las sondas fijas (Landers), estas no se pueden desplazar una vez se han posado, y tienen que realizar toda la exploración en un único lugar, como ejemplo de este tipo de sondas tenemos las sondas Viking de a NASA las cuales se posaron e el planeta Marte a finales de los años 70 del siglo pasado, y ya más reciente tenemos a la sonda InSight de la NASA, también en el planeta Marte.
Las misiones más completas de exploración son las que incluyen los llamados rover, son sistemas móviles que descienden de los módulos de aterrizaje y se desplazan de una forma más o menos autónoma, permitiendo acceder a múltiples objetivos para su estudio.
Rover Lunokhod 1 (URSS)
Hasta la actualidad, solamente tres países han conseguido posar sus rovers en un planeta o satélite del sistema solar, son la antigua unión soviética, Estados Unidos y China. Sin embrgo, Europa se ha quedado a las puertas de enviar su primer rover al planeta Marte pero se ha tenido que cancelar debido al deterioro de las relaciones con Rusia a raíz de la guerra de Ucrania, ya que se trataba de una misión en colaboración con Rusia, la cual proporcionaba el lanzador y el módulo de descenso de la misión.
Los primeros rovers que se posaron en un cuerpo del sistema solar fueron los Lunokhod soviéticos, el Lunokhod 1 llegó a la Luna en noviembre de 1970. Fue el primer sistema automático que se controló a distancia fuera de la tierra.
Tenía ocho ruedas motrices independientes, y forma de una bañera de 2,3 metros de longitud.
Estaba equipado con varias antenas, cuatro cámaras de televisión, y dispositivos para medir la densidad y las propiedades del suelo lunar.
También se incluyó un espectrómetro de rayos X, un telescopio de rayos X y detectores de rayos cósmicos.
El vehículo fue alimentado por baterías que se recargaban durante el día lunar mediante una matriz de células solares montadas en la parte inferior de la tapa. Durante las noches lunares, la tapa se cerraba, y una unidad de potencia alimentada por el radio isótopo Polonio-210 mantenía los componentes internos a su temperatura operativa.
Durante los 322 días de operaciones controladas desde la Tierra, el Lunokhod 1 recorrió 10.540 metros y envió más de 20.000 imágenes de televisión y 206 vistas panorámicas de alta resolución. Además, realizó el análisis de 25 muestras del suelo lunar. El Lunokhod 1 fue el primer vehículo del Programa Lunokhod, que incluyó tres vehículos (el último no llegó a lanzarse).
Rover Lunokhod 2 (URSS)
El Lunokhod 2 es un rover que recorrió 37 kilómetros sobre la Luna en 1973, tomando videos y fotografías y realizando ensayos de los materiales del suelo del satélite.
Fue lanzado en la misión Luna-21, por medio de un cohete Proton-K el 8 de enero de 1973. Aterrizó en la Luna, en el Crater Lemmonier 7 días después, el 15 de enero.
El Lunokhod 2 batió varios records los cuales perduraron en el tiempo, fue el vehículo más pesado que aterrizó en un cuerpo celeste (836 kg), hasta que el Curiosity hizo lo propio en Marte en 2012 (900 kg).
Fue el vehículo que mayor distancia recorrió (37 km), hasta que el Opportunity superó esa distancia en julio de 2014.
Si bien la Unión soviética cosecho un rotundo éxito con sus rovers lunares, no ocurrió lo mismo con sus intentos con el planeta Marte, Hasta el día de hoy ni la extinta unión soviética ni la actual Rusia lo han conseguido.
En el año 1971, La unión soviética lanzó las sondas Mars2 y Mars3 hacia el planeta rojo,
El 2 de diciembre de 1971 el módulo de aterrizaje de la sonda soviética Mars3 se convertía en el primero de la historia en aterrizar suavemente en Marte, después de que su gemelo de la Mars2, colisionara contra la superficie del planeta.
Rover Prop-M (URSS)
Estas sondas llevaban a bordo los rover Prop-M. Unidos por un cordón umbilical al módulo de descenso, los Prop-M podían alejarse hasta 15 metros.
Desgraciadamente el rover de la Mars2 resultó destruido en el impacto junto con el módulo de descenso, y probablemente nunca sepamos qué fue del de la Mars3, ya que, aunque el módulo de descenso empezó a transmitir, la transmisión se cortó a los pocos segundos y nunca se llegará a saber si el rover Prop-M llegó a desplazarse por la superficie lunar.
Rover Sojourner (NASA-USA)
El honor de ser el primer rover en la superficie de otro planeta y por tanto el primero en Marte se lo llevó el rover Sojourner de la NASA, el cual aterrizó el 6 de diciembre de 1996 en la región de “Ares Vallis”.
Sojourner era en realidad una prueba tecnológica para comprobar las capacidades de control de una sonda móvil en la superficie de otro planeta y estableció otra forma de exploración planetaria.
Se llamó Sojourner en honor a la activista de los derechos de la mujer Sojourner Truth.
Envió más de 550 fotos del Planeta Rojo. El rover realizó estudios de las rocas y el polvo marciano con su set de instrumentos compuesto por un sistema de imagen de tres cámaras estereoscópicas, dos frontales monocromáticos, una trasera a color, y un espectrómetro de rayos X.
En enero del año 2004 llegó uno de los programas robóticos de exploración de Marte más exitosos, dentro del programa “Mars Exploration Rover” se lanzaron dos rover gemelos llamados “Spirit” y “Opportunity”, los cuales aterrizaron de forma exitosa en el planeta utilizando un sistema de aterrizaje basado en paracaídas, retro propulsores y airbags.
El rover Spirit aterrizó el 4 de enero en el “cráter Gusev”, mientras que Opportunity lo hizo el 24 de enero en “Meridiani planum”.
Rovers Spirit y Opportunity (NASA-USA)
Mientras que su predecesor Sojourner se consideró como una prueba de las diversas tecnologías desarrolladas para la exploración robótica, los rover MER (spirit y Opportunity) ya eran verdaderos laboratorios móviles, estaban equipados con un amplio abanico de instrumentos científicos entre ellos, varios espectrómetros, un microscopio, un taladro para la obtención de muestras que el mismo rover analizaba, y varias cámaras para la obtención de imágenes y para la navegación.
El rover Spirit recorrió un total de 7,73 Km en la superficie de marte realizando varios descubrimientos destacables, como el que realizó cuando debido a un fallo en una de las ruedas, la cual iba arrastrando, dejaba tras de sí una pequeña zanja, en la que apareció material identificado como sílice, material que se formó en el pasado por la presencia de agua. Spirit comenzaba a descubrir los efectos del agua en el pasado de Marte.
También descubrió la existencia de remolinos de viento en la superficie marciana, algunos de estos remolinos sirvieron para limpiar los propios paneles solares del rover del dañino polvo marciano, y fueron una de las causas de que la misión pudo extenderse en su duración al disponer de más energía.
Spirit realizó varias observaciones astronómicas nocturnas, incluyendo la toma de fotografías de varias constelaciones y además el 19 de mayo de 2005 tomó una de las más icónicas imágenes de la misión, una azulada puesta de sol marciana de una gran belleza.
El 22 de marzo del 2010 Spirit mandó su última señal, el robot entró en estado de hibernación tras su cuarto invierno marciano del que ya nunca despertó. El 25 de mayo de 2011 la agencia espacial dio por finalizada la misión.
Por otro lado, el rover Opportunity estudió unas formaciones estéricas de 1 cm de diámetro que resultaron ser del mineral Hemetita, y descubrió rocas formadas por sales que se habrían formado en agua líquida, lo cual fue un éxito muy mediático para este rover.
Descubrió el primer meteorito metálico encontrado fuera de la tierra.
En diciembre del 2011 Opportunity hizo uno de los grandes descubrimientos de su misión al analizar la roca Homestake, hecha de yeso puro, una prueba clara de que el agua líquida había fluido por grietas a través de las rocas superficiales marcianas.
También descubrió la presencia de arcillas en Marte, lo que implica que la zona donde fueron encontradas en el pasado estaba cubierta de agua.
En julio de 2014, rompió el récord de mayor distancia recorrida en un cuerpo celeste, superando al Lunohod-2 en su vida recorrería más de 45 kilómetros.
El 10 de junio de 2018 Opportunity dejó de comunicarse con la tierra y entro en hibernación, estado del cual ya no despertó. La NASA declaró por concluida a misión el 13 de febrero de 2019.
Estando todavía en funcionamiento el rover Opportunity, llegó a Marte el rover Curiosity, el primero de una nueva generación de rovers mucho más grandes, pesados y avanzados que sus predecesores.
Rover Curiosity (NASA-USA)
El Curiosity fue el primer rover que utilizaba la energía nuclear para abastecerse de electricidad, gracias a su generador de radioisótopos RTG a base de plutonio-238, lo que proporcionaba una autonomía prácticamente ilimitada y sin dependencia de los fatídicos paneles solares de sus predecesores que acababan llenos de polvo y mermaban enormemente su capacidad de generación de energía.
El nombre completo de la misión era “Mars Science Labortory Curiosity” ya que en verdad es un verdadero laboratorio en Marte el cual permite investigar en profundidad el entorno marciano.
Dispone de instrumentos para poder determinar la composición química de las muestras que obtiene utilizando el taladro situado en un extremo del barco robótico, dispone de instrumentos para la medición de la radiación del entorno y poder cuantificar las cantidades que recibirían los futuros astronautas que viajen a Marte, también dispone de una estación meteorológica fabricada en España, además de un verdadero arsenal de cámaras para la toma de imágenes, navegación, etc.
El principal descubrimiento de Curiosity ha sido la confirmación de que en el cráter Gale se formaron numerosos lagos de agua líquida hace entre 3800 y 3300 millones de años, la mayoría con un pH y una salinidad compatibles con la vida tal y como la conocemos.
La misión del rover Curiosity sigue desarrollándose, aunque no está solo, se le han unido dos rover más, pero antes de hablar de ellos, volvamos a la Luna.
El día 14 de diciembre de 2013 China se convirtió en la segunda nación del planeta Tierra tras la Unión Soviética en desplegar un vehículo automático con ruedas sobre la Luna.
El rover chino de nombre de Yutu, que significa Conejo de Jade, es un rover lunar de 1,5 metros de alto y 1 metro de ancho, con un peso de 120 kilogramos diseñado para explorar la superficie de la Luna, como parte de la misión Chang’e-3.
El objetivo de la misión era lograr la primera exploración de China con un aterrizaje suave en la Luna, así como demostrar y desarrollar tecnologías clave para futuras misiones, y vaya si lo logró, demostrando una madurez tecnológica envidiable por sus competidores, ya que se trata de la primera misión a la superficie lunar que lleva a cabo el país asiático. Ninguna nación había logrado antes alunizar con éxito al primer intento.
Rover Yutu (CNSA-China)
La instrumentación científica que incorporaba el rover Yutu estaba compuesta por una cámara panorámica (PCAM), el espectrómetro visible e infrarrojo VNIS, el espectrómetro de rayos X APXS y el radar LPR, además de dos pares adicionales de cámaras de navegación, usadas para conducir de forma autónoma si es necesario.
El rover Chino dejó de funcionar a los dos años y medio de su aterrizaje, los cambios de temperatura extremos que se producen el la Luna entre su día y su noche, acabaron por deteriorarlo, aunque disponía de calefactores basados en radio-isotopos, que mediante su descomposición radioactiva, mantenían caliente su interior.
Yutu descansa para siempre en el Mare Imbrium (mar de las lluvias).
Rover Yutu-2 (CNSA-China)
El 4 de enero de 2019 la sonda china Chang’e 4 se convirtió en la primera sonda que aterrizó en la cara no visible de la Luna. Unas horas después del aterrizaje, la sonda desplegó el rover Yutu-2, siendo también el primer rover en desplazarse por la cara no visible de la Luna.
Uno de los descubrimientos que ha realizado Yutu-2, ha sido el encontrar fragmentos de meteoritos, del tipo condritas carbonaceas en la superficie de la Luna.
En el año 2021 la tierra invadió Marte, hasta 3 misiones distintas llegaron al planeta rojo en los primeros meses del 2021, una norteamericana (Perseverance), otra China (Tianwen-1) y otra de los emiratos árabes Unidos (Hope), de las cuales, dos de ellas estaban compuestas por un aterrizador y un rover, el 18 de febrero aterrizó el rover Perseverance de la NASA en el cráter Jezero y el 14 de mayo lo hizo el rover Zhurong de la CNSA China en “Utopia Planitia”.
Mención especial para la misión China, ya que ha sido el segundo país en conseguir posar con éxito un rover en el planeta Rojo, y además al primer intento, un éxito sin precedentes dado el historial de misiones fracasadas de otros países, en el que se llegó a decir que el 50% de las misiones lanzadas a Marte no llegaban a su destino satisfactoriamente.
Rover Zhurong (CNSA-China)
El rover Zhurong el cual lleva el nombre de una deidad china asociada al fuego (en china Marte es el “astro del fuego”), viajo a Marte con el orbitador Tianwen-1 la cual se insertó en la órbita marciana el 10 de febrero.
La carga de instrumentos científicos del rover Zhurong esta compuesta por 1 radar, 3 espectrómetros, 1 analizador de la composición de la superficie del planeta, 1 estación meteorológica, 1 magnetómetro y diversas cámaras para la obtención de imágenes.
Una de las cámaras con tecnología WIFI se deposito en la superficie marciana y tomo una imagen del propio rover junto a la etapa de descenso, sin duda una imagen muy espectacular. La fuente de energía del rover proviene de los paneles solares, por lo que Zhurong esta expuesto al temible polvo marciano que merma la capacidad de generación de energía, pudiendo poner en peligro la continuidad de la misión del mismo modo que los rover Spirit y Opportunity de la NASA.
Sin duda el rover más avanzado y pesado que ha construido el ser humano que se moverá por el planeta rojo es el Perseverance de la NASA, el aspecto es muy similar al rover Curiosity pero mucho más evolucionado. El objetivo principal de Perseverance es el estudio de como ha evolucionado el clima marciano y saber si marte fue habitable en el pasado.
Para ello dispone de un verdadero arsenal de instrumentos científicos entre los que destacan, MastCam-Z Cámara stereo, SuperCam, MEDA (Mars Environmental Measurement) Estación meteorológica desarrollada en España, RIMFAX Radar de penetración del suelo marciano, Experimento MOXIE para crear oxigeno a partir de dióxido de carbono, SHERLOC espectrómetro Raman, y PIXL Espectrómetro de fluorescencia de rayos-X capaz de identificar unos 40 elementos y minerales.
Rover Perseverance (NASA-USA)
Perseverance no es solamente un Rover marciano, se trata de un elemento de una misión más amplia llamada MSR (Mars Sample Return) la cual estará formada por otros elementos aún en desarrollo como son: SRL (Sample Retrieval Lander) y ERO (Earth Return Orbiter) todos junto tienen como misión traer a la tierra muestras de la superficie marciana, las cuales el rover Perseverance ya ha comenzado a recolectar.
Adosado al cuerpo del Perseverance ha viajado el primer dron que volará en otro planeta, llamada Ingenuity, es como un helicóptero de doble hélice, el cual lleva dos cámaras, pero ningún dispositivo científico, ya que se trata de un demostrador tecnológico, para la evaluación de la realización futura de vuelos en Marte y en otros cuerpos del sistema solar.
En total, Perseverance lleva unas 23 cámaras, algunas de las cuales nos han permitido filmar la complicada maniobra de descenso, desde la apertura del paracaídas, hasta la maniobra de descenso del rover desde la SkyCrane.
Dron Ingenuity (NASA-USA)
Perseverance va equipado con un generador de radio-isótopos con plutonio-238 para el suministro de energía al rover, por lo que no tiene el problema de pérdida de eficacia de los paneles solares en Marte.
Perseverance incorpora tres microchips con los nombres de casi 11 millones de personas que se adhirieron a la campaña lanzada por la NASA desde su página Web, iniciativa que ya viene siendo habitual en todas sus últimas misiones como InSight, Orion, etc.
Futuras misiones robóticas.
Empezaremos por una misión que debería de haberse lanzado ya en varias ocasiones, en concreto durante las oposiciones de Marte en los años 2018, 2020 y 2022, pero por diversos motivos este rover continua en la tierra, me refiero al rover Rosalind Franklin de la agencia espacial Europea (ESA).
Construido por “Airbus Defense and Space” forma parte del programa internacional ExoMars. Los motivos por los que no se lanzó en el año 2018, tienen que ver con la salida de la NASA del consorcio formado junta a la ESA. La NASA abandonó el proyecto para centrarse en su proyecto del rover Curiosity, lo que provocó que la agencia Europea buscase nuevos socios para la misión y llego a un acuerdo con Roscosmos.
Rover Rosalind Franklin (ESA-Europa)
En este proyecto, tanto el lanzador Proton-M y la nave de descenso Kazachok son Rusos, mientras que el rover es europeo, aunque también lleva un par de instrumentos Rusos. Debido a problemas técnicos, sobre todo con los paracaídas, la misión no se pudo lanzar en la ventana del 2020, perdiéndose la oportunidad de acompañar al rover estadounidense Perseverance y al rover Chino Zhurong que sí consiguieron ser lanzados.
La misión se reprogramó para ser lanzada en 2022, pero debido a la guerra de Ucrania, el proyecto ha sido cancelado temporalmente, siendo un acontecimiento especialmente triste para Rusia que lleva varias décadas intentándolo.
Veremos si finalmente la ESA encuentra nuevos socios y mas financiación para poder llevar el rover Rosalind Franklin a la superficie marciana o acaba por ser cancelada la misión definitivamente.
Dentro del programa Artemisa de la NASA está proyectado un nuevo rover lunar de nombre VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), el cual estará encargado de explorar las cercanías del entorno de aterrizaje, en busca de agua o de otros potenciales recursos.
Este robot esta previsto que aterrice en el polo sur de la luna a finales del 2024 para una misión de 100 días. La información que se obtenga, nos dará idea de la distribución de los recursos en la superficie lunar y como los podremos aprovechar para una futura exploración humana.
Proyecto del rover VIPER (NASA-USA)
VIPER será el primer rover de la NASA en la superficie Lunar. Analizará la superficie a varias profundidades y condiciones de temperatura en búsqueda de concentraciones de hielo.
Para finalizar, una de las misiones más originales y ambiciosas que fue aprobada en abril de 2017 dentro del programa New Frontiers de la NASA es la misión DragonFly (Libélula), se trata de una sonda que será la encargada de la exploración de la luna de Saturno Titán. Se trata de un dron robótico, el cual se desplazará realizando vuelos con despegues y aterrizajes verticales en los lugares de exploración asignados.
Las características de la atmosfera de Titán, permiten la realización de este tipo de misión, puesto que unido a la alta densidad de la atmosfera se añade una baja gravedad, lo que facilita la realización de este tipo de vuelos.
Proyecto DragonFly (NASA-USA)
Titán es un objetivo de alta prioridad para la astrobiología, puesto que posee una abundante y compleja química basada en el carbono, en ella se encuentran lagos de hidrocarburos y zonas con hielo de agua.
Debido a la pandemia, la NASA ha comunicado que el lanzamiento se retrasará hasta 2027.
Referencias:
Lunokhod (URSS-1970):
https://es.wikipedia.org/wiki/Programa_Lunojod
Prop-M (URSS-1971):
Spirit y Opportunity (USA-2004):
Curiosity (USA-2012):
https://danielmarin.naukas.com/2022/08/12/diez-anos-de-curiosity-en-marte/
Yutu (China-2013):
https://danielmarin.naukas.com/2016/08/05/adios-a-yutu/
Perseverance (USA-2021):
Viper (USA-2024):
DragonFly (USA-2027):
https://es.wikipedia.org/wiki/Dragonfly_(sonda)
Rosalind Franklin (Europa-Sin fecha):
https://inta.es/ExoMarsRaman/es/mision-exomars/rover-rosalind-franklin/#
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