Es bastante posible (según el estado de la misión) que un helicóptero vuele sobre Marte el otro año. Su nombre es Ingenuity y será el primer Objeto Volador Identificado sobre otro mundo.
Con el lanzamiento del último rover de la NASA a Marte, Perseverance, realizado recientemente, el robot tendrá un pequeño polizón a bordo: un helicóptero con forma de caja. Si el helicóptero logra volar con éxito sobre el terreno marciano, será la primera vez que un vehículo hecho por el hombre haya volado en otro mundo, y podría abrir una nueva forma de explorar el Sistema Solar en el futuro.
El helicóptero, llamado Ingenuity, no es el foco principal del rover. El mayor objetivo de Perseverance es buscar signos de vida en Marte y obtener muestras de tierra que algún día podrían ser devueltas a la Tierra para su estudio. Pero los ingenieros lograron encontrar espacio debajo del vientre del vehículo para guardar el pequeño helicóptero. En algún momento durante el viaje de Perseverance, el rover desplegará Ingenuity en la superficie de Marte, donde hará girar su rotor e intentará despegar.
Hélices sobre Marte
Este experimento interplanetario espera proporcionar un nuevo punto de vista para explorar Marte, más allá de las opciones actuales limitadas. Los orbitadores de Marte no pueden obtener las imágenes de alta resolución que una nave espacial puede obtener cerca del suelo. Los landers solo pueden obtener información de una ubicación fija, mientras que los rovers solo pueden moverse hasta cierto punto, con información limitada sobre lo que se avecina. Pero un helicóptero puede actuar como explorador, haciendo reconocimiento para otras naves espaciales o llegando a áreas de difícil acceso.
Esa capacidad de exploración podría ser súper útil si los humanos alguna vez llegan a la superficie marciana.
MiMi Aung, manager del proyecto para el helicóptero en Marte en el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de NASA, dijo en un comunicado:
“Realmente volar hacia adelante y luego obtener imágenes de alta definición para informar a los humanos y los rovers para los recorridos realmente avanzará la exploración del mundo. Poder volar agregará una dimensión completamente nueva a la exploración”.
Volar en Marte… ¿sencilla tarea?
Todavía hay un gran obstáculo para volar en Marte: la atmósfera. El aire que rodea el planeta tiene solo un 1 por ciento del grosor de la atmósfera de la Tierra. Con tan poco aire para moverse, lograr la elevación en Marte será muy difícil. La baja gravedad en la superficie de Marte ayuda; es aproximadamente el 38 por ciento de la gravedad de la Tierra. Pero incluso con esa ayuda, un vehículo todavía no puede volar en Marte con las mismas tecnologías que usamos para volar en nuestro planeta.
Para que algo despegue en ese entorno, tiene que ser súper liviano y las hélices deben moverse increíblemente rápido. Pero no pueden ir demasiado rápido, o las cosas comienzan a ponerse peligrosas.
Bob Balaram, ingeniero jefe del helicóptero de Marte en el JPL, dijo en un comunicado:
“No puedes seguir avanzando más y más rápido, porque lo que sucede es que las puntas de tus cuchillas comienzan a acercarse a Mach one. Comienzan a querer volverse supersónicas, y no quieres ni siquiera dejarlas transónicas porque obtienes efectos mucho más turbulentos”.
Ingenuity ¡a volar!
Con estas limitaciones en mente, un equipo de ingenieros del JPL de la NASA se propuso inventar el primer helicóptero marciano. El equipo detrás de Perseverance estableció las dimensiones del helicóptero, determinando que el rover podía acomodar un pequeño helicóptero con aspas que alcanzaban aproximadamente 1.2 metros. Eso finalmente determinó el peso que podría tener el helicóptero, poniéndolo en solo 1.8 kilogramos. La creación de un vehículo tan pequeño lleno de electrónica es solo algo que podría haber sucedido hoy, dice Aung.
Aung agrega:
“Hace unas décadas, la tecnología de la electrónica ligera (computadoras, sensores, cámaras, giroscopios) no estaba disponible”.
El diseño final del helicóptero parece una araña de patas largas con un intrincado casco. El cuerpo principal de Ingenuity es una caja con cuatro extremidades sobresalientes que mantienen el vehículo en posición vertical en el suelo. Cuatro palas de fibra de carbono están montadas en la parte superior, así como un panel solar para generar energía. Esas cuchillas están diseñadas para girar hasta 2.400 revoluciones por minuto, o 40 veces por segundo. Las palas de un helicóptero terrestre típico giran a alrededor de 450 a 500 revoluciones por minuto. Sin embargo, las cuchillas de Ingenuity no deberían exceder la velocidad del sonido, llegando a menos de 0.7 Mach.
Las pruebas en Tierra
Sin embargo, construir Ingenuity fue solo la mitad de la batalla. El equipo tuvo que asegurarse de que el helicóptero pudiera volar en otro mundo.
Aung dijo:
“Paralelo a la invención del helicóptero también es: ‘¿Cómo lo prueba?’. Porque nunca se ha hecho antes”.
Afortunadamente, el JPL de la NASA está equipado con salas de pruebas gigantes que podrían usarse para el trabajo. Una cámara grande llamada Space Simulator en JPL puede recrear un vacío total y manipular todas las temperaturas extremas que podría experimentar una nave espacial después de abandonar la Tierra.
Para probar Ingenuity, el equipo de ingeniería convirtió la cámara en un entorno similar a Marte.
Aung dice:
“Básicamente tomamos esa cámara, la bombeamos hasta casi el vacío y la rellenamos con dióxido de carbono, de modo que la habitación ahora contiene una densidad atmosférica similar a la de Marte”.
Un desafío de «gravedad»
Quedaba otro desafío de prueba: deshacerse de la pesada gravedad de la Tierra. Para simular la menor gravedad de Marte, los ingenieros colocaron una correa ligera en los prototipos de Ingenuity cada vez que volaban en la cámara de prueba. Llamado el Gravity Offload System, la correa de sujeción proporcionó un tirón constante hacia arriba en la nave espacial, haciendo que se sintiera como si el vehículo estuviera en el 38 por ciento de la gravedad de la Tierra.
Esa prueba ayudó a dar forma al diseño final de Ingenuity. Durante el primer par de pruebas de vuelo, el equipo descubrió que las palas de los helicópteros de prueba se agitaban hacia arriba y hacia abajo. La tendencia a aletear también ocurre con los helicópteros de la Tierra, ya que las palas son largas y delgadas. Pero la atmósfera espesa amortigua ese efecto. La delgada atmósfera marciana, por otro lado, no reduce ese aleteo.
Balaram dijo en un comunicado:
“Eso fue un poco de descubrimiento para nosotros cuando hicimos los primeros vuelos”.
Además, agregó que el aleteo podría haber interferido con los controles del helicóptero. ¿La solución? Los ingenieros hicieron que las aspas fueran más rígidas, mucho más rígidas de lo que sería un helicóptero normal de un tamaño similar en la Tierra.
El equipo realizó docenas de vuelos de prueba en varias condiciones extremas, incluido el frío profundo para simular las noches marcianas que pueden alcanzar -90 grados Celsius. Ahora, después de todo ese arduo trabajo, es hora de que Ingenuity vuele en Marte.
Viaje a Marte
Para llegar a Marte, el helicóptero viajará plegado en la parte inferior de Perseverance, cubierto por un escudo para su protección. Cuando el rover llegue a Marte y encuentre el lugar correcto, Ingenuity hará una complicada gimnasia, desplegándose en su forma final con sus patas apuntando hacia el suelo. Luego caerá a la superficie, cuando Perseverance se aleje y lo deje atrás.
El equipo recibió solo 30 días marcianos para operar Ingenuity, que son aproximadamente 31 días terrestres. El primer vuelo será simple: el helicóptero intentará despegar y subir a una altura de aproximadamente 3 metros, flotando allí durante 30 segundos más o menos. Será breve, pero determinará si todo el trabajo duro de los ingenieros valió la pena.
Aung dice:
“Creo que me sentiré como: finalmente, nuestro hijo, por así decirlo, está en el entorno que se ha desarrollado durante todos estos años”.
Ingenuity hará hasta cuatro vuelos cortos, avanzando un poco más con cada despegue progresivo. Ningún vuelo durará más de aproximadamente 90 segundos. Pero Ingenuity podría alcanzar hasta unos 5 metros de altura y viajar horizontalmente por unos 50 metros.
Todos estos vuelos tendrán que ser autónomos, gracias al largo tiempo de retraso en la comunicación entre la Tierra y Marte. El equipo enviará una lista de comandos a Ingenuity y realizará todos los pasos por su cuenta. El plan es que el helicóptero capture imágenes cuando vuele, y es posible que Perseverance también pueda tomar algunas imágenes lejanas de Ingenuity flotando en el aire.
Ingenuity es una demostración de tecnología, por lo que sus vuelos deben ser cortos y directos. Pero podría probar que las máquinas voladoras pueden ser valiosas para futuras misiones a Marte. Los ingenieros ya están trabajando en diseños para helicópteros más grandes que pesen hasta 20 kilogramos. Los helicópteros más grandes podrían llevar cargas de ciencia mucho más significativas y cámaras más bonitas que las que tiene ahora Ingenuity.
Pero antes de poder caminar, primero tienes que gatear. Y de eso se trata el Ingenuity.
Balaram agregó:
“Espero que tengamos lo que me gusta llamar nuestro ‘momento de los hermanos Wright’. Pero es un vuelo controlado en otro planeta”.
Ingenuity será el primer Objeto Volador en otro mundo, y eso es realmente emocionante.
Fuente: The Verge
