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El futuro de la exploración de Marte puede descansar en un planeador
NASA/JPL-Caltech
Durante las últimas décadas, Marte se ha convertido en el planeta más explorado del sistema solar (después de la Tierra). Ha recibido decenas de visitantes. De hecho, ocho misiones operan actualmente en y alrededor del Planeta Rojo. El más antiguo de estos llegó en 2001: el orbitador Mars Odyssey, que se espera que permanezca operativo hasta 2025. Se planean más misiones a medida que la NASA, y quizás otras agencias espaciales, trabajen con el objetivo de devolver muestras de Marte a la Tierra y eventualmente enviar humanos.
Ambos objetivos requerirán mapas mucho más detallados del terreno. Los rovers brindan este tipo de detalle, pero solo pueden viajar unos pocos metros por día. El rover Opportunity de la NASA viajó unos impresionantes 45 kilómetros (28 millas) durante su misión, pero tardó casi 15 años en hacerlo.
Entonces, los científicos planetarios están buscando formas de explorar la superficie del planeta más rápidamente. Una idea es lanzar un avión a la atmósfera marciana con un motor capaz de mantenerlo en el aire. Tal misión podría cubrir grandes distancias pero sería costosa, con un costo de más de $ 350 millones.
Un enfoque más económico es llevar a cuestas una misión más grande. Entonces, otra idea es que un rover de Marte lleve un cuadricóptero que pueda inspeccionar el área circundante. Pero tales vuelos serán cortos y de alcance limitado.
Lo que se necesita es un vehículo que sea lo suficientemente pequeño como para llevar a cuestas otra misión y, sin embargo, capaz de cubrir grandes distancias.
Hoy, Adrien Bouskela, Aman Chandra y sus colegas de la Universidad de Arizona dicen que han ideado tal misión. Su idea es lanzar un planeador sin motor a la atmósfera marciana y mantenerlo en el aire utilizando corrientes térmicas ascendentes (columnas ascendentes de aire caliente) para ganar altitud. El planeador será inflable y podrá empaquetarse en un volumen lo suficientemente pequeño como para ser transportado como carga útil secundaria en una misión más grande a Marte.
Primero algunos antecedentes. Las naves espaciales que actualmente orbitan Marte son capaces de tomar imágenes con una resolución de 30 centímetros por píxel. Los científicos planetarios los están ensamblando gradualmente en un mapa de resolución relativamente alta de la superficie marciana.
Pero necesitan imágenes de mayor resolución para planificar futuras misiones de aterrizaje. Hasta ahora, la mayoría de los rovers han aterrizado en llanuras relativamente planas, donde las posibilidades de golpear una roca o un cráter son pequeñas. Estas áreas tienden a ser menos interesantes científicamente. En cambio, a los geólogos planetarios les encantaría visitar los valles y las crestas que parecen haber sido formados por agua. Aterrizar de manera segura en tales lugares requerirá imágenes capaces de resolver pequeñas rocas y cráteres que podrían dañar la nave en caso de impacto.
Los módulos de aterrizaje proporcionan este tipo de detalle, siendo capaces de tomar imágenes con una resolución de 1 centímetro por píxel en la región de 100 metros que los rodea. Pero no son capaces de viajar las grandes distancias necesarias para llegar a regiones de interés. Es por eso que los científicos han centrado su atención en las máquinas voladoras.
Volar en Marte es un asunto complicado. Si bien la gravedad es baja, alrededor de un tercio de la de la Tierra, la atmósfera es solo una centésima parte de la densidad. Eso hace que sea difícil generar sustentación.
Entonces, las alas del nuevo planeador tendrán que ser enormes en relación con su peso. El planeador llevará una cámara de 5 megapíxeles, un equipo de comunicaciones por radio, una computadora a bordo y un conjunto de paneles solares con baterías para almacenar suficiente energía durante el día para mantenerlo vivo durante la noche. Bouskela y compañía calculan que, además de las alas inflables y el timón, el planeador pesará 5 kilogramos, aproximadamente la masa de un águila real.
Continúan calculando que para mantener esta masa en el aire, las alas deberán tener una envergadura de casi 6 metros (20 pies) y volar a velocidades de alrededor de 100 metros por segundo. En comparación, las águilas reales pueden permanecer en el aire en la Tierra con una envergadura de 2 metros mientras vuelan a 15 metros por segundo.
El planeador se desplegará durante la entrada de la misión principal en la atmósfera marciana y será expulsado de la carga útil principal a una altitud de unos 2 kilómetros. Un generador de nitrógeno inflará y presurizará el planeador en menos de 10 segundos, y sus alas se endurecerán durante la siguiente hora aproximadamente a medida que se curan con la luz solar marciana.
La tecnología inflable como esta ya ha sido probada en Marte. Tanto el módulo de aterrizaje Mars Pathfinder como los rovers Mars MER dependían de bolsas de aire que se inflaban a medida que la nave descendía a través de la atmósfera y luego amortiguaban su impacto con el suelo. También se están desarrollando para pequeños satélites como antenas de comunicación, dicen Bouskela y compañía.
Una parte importante de la misión será la capacidad autónoma de explotar las corrientes ascendentes en la atmósfera marciana. Dichos sistemas en la Tierra han demostrado la capacidad de permanecer en el aire durante semanas o meses.
Si Marte tiene un perfil de viento como el de la Tierra, es decir, un cambio similar en la velocidad del viento con la altitud, entonces un enfoque similar también debería funcionar en el Planeta Rojo. De hecho, el equipo ha creado simulaciones numéricas de este tipo de vuelos en Marte.
Los resultados sugieren que este tipo de vuelo autónomo podría mantener el planeador en el aire durante largos períodos siempre que haya un cambio lo suficientemente grande en la velocidad del viento con la altitud. Se necesitará más trabajo para determinar si ese es realmente el caso en Marte durante todo el año y en toda la superficie.
Sin embargo, incluso unas pocas horas de vuelo podrían generar datos valiosos. La cámara a bordo tendría una resolución terrestre de unos 10 centímetros y, a una velocidad de 100 metros por segundo, el planeador podría cubrir muchos cientos de kilómetros. El planeador enviaría las imágenes a una estación de retransmisión en órbita como el Mars Reconnaissance Orbiter, que luego las enviaría a casa.
Tal misión podría arrojar luz sobre una serie de misterios destacados de Marte. Una de ellas son las desconcertantes líneas que se forman en algunas laderas marcianas a medida que se calientan cuando llega el verano. Se cree que estos son creados por el flujo de agua salada, pero se necesitan desesperadamente mejores observaciones.
El planeador también podría ayudar a sondear posibles lugares de aterrizaje para futuras misiones. El concepto de planeador de Marte propuesto aquí proporciona una vía completamente nueva para acelerar la exploración de la superficie marciana a una fracción del costo de los conceptos anteriores de aviones de Marte, dicen Bouskela y compañía.
Sin embargo, una cosa que le falta al equipo es un sentido de Hollywood. Las misiones más exitosas suelen ser aquellas que producen imágenes icónicas. Piense en Neil Armstrong de pie junto a una bandera estadounidense en la superficie de la luna, o el hombre estrella de Elon Musk conduciendo un Tesla por el planeta Tierra. Ese tipo de imágenes juegan un papel mucho más importante en la percepción pública del éxito que cualquier trama de datos.
Lo que necesita este planeador es una pequeña cámara de gran angular en el timón de cola o en la punta del ala que envíe imágenes del vehículo en vuelo. El tiro de dinero sería el planeador que se eleva sobre el Valles Marineris, el Gran Cañón de Marte, con un sol marciano posado sobre un horizonte extraño y, tal vez, un punto azul pálido anidado cerca. ¡De hecho, el equipo ha creado una imagen como esta para promocionar su vehículo!
La imagen de Neil Armstrong costó una parte importante de la economía estadounidense. Entonces, a un costo de solo $ 36 millones (alimento para pollos para los planificadores de la misión a Marte), esta imagen del planeador de Marte parece tener una buena relación calidad-precio. Y si Bouskela y compañía esperan que el público estadounidense pague por esta misión, lo menos que pueden hacer es enviar una postal a casa.
Ref: https://arxiv.org/abs/1902.02083 : Control de actitud de un planeador inflable para la exploración de Marte