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Articulo de referencia

Viajero (errante)

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El rover Sojourner fue un vehículo que llegó a Marte el 4 de julio de 1997 como parte de la misión Mars Pathfinder . Sojourner estuvo operativo en Marte durante 92 soles (95 días terrestres) y fue el primer vehículo con ruedas en operar en un objeto astronómico distinto de la Tierra o la Luna. El lugar de aterrizaje fue en el canal Ares Vallis, en la región de Chryse Planitia del cuadrángulo de Oxia Palus . [ 1 ]

El rover estaba equipado con cámaras delanteras y traseras, y hardware que se utilizó para realizar varios experimentos científicos. Fue diseñado para una misión que finalizaría en 8  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  a. m. 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 estacionaria hasta el 5 de octubre de 1997 (sol 91) y luego desplazarse alrededor del módulo de aterrizaje; [ 6 ] no hay indicios de que haya podido hacerlo. La misión Sojourner finalizó formalmente el 10 de marzo de 1998, después de que se agotaran todas las demás opciones. 

Misión

Sojourner en JPL

Sojourner fue un vehículo experimental cuya misión principal era probar en el entorno marciano soluciones técnicas desarrolladas por ingenieros de diferentes 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 que encontraría, a pesar del conocimiento limitado del mismo. Un análisis cuidadoso de las operaciones en Marte permitiría desarrollar soluciones a los problemas críticos identificados e introducir mejoras para futuras misiones de exploración planetaria. Uno de los objetivos principales de la misión era demostrar el enfoque de "más rápido, mejor y más barato" adoptado por la administración de la NASA. El desarrollo duró tres años y costó menos de 150  millones de dólares para el módulo de aterrizaje y 25 millones de dólares para el rover; el desarrollo fue más rápido y menos costoso que el de todas las misiones anteriores. [ 8 ]

Estos objetivos requerían una cuidadosa selección 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 investigadores 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 cuales se erosionaron las rocas. [ 9 ] [ 10 ]

Características técnicas

Representación esquemática del módulo de aterrizaje.
Representación esquemática del rover

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 tenía una masa de 10,6 kilogramos (23 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 meteorológico , [ 13 ] y 6 kg (13 lb) de equipo que era necesario para mantener las comunicaciones entre el rover y el módulo de aterrizaje. [ 12 ] El hardware incluía una antena orientable de banda X de alta ganancia que podía enviar aproximadamente 5,5 kilobits por segundo a una antena de la Red del 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 ]              

Aterrizaje

Cámara IMP del módulo de aterrizaje; véase también el diagrama del IMP .

Una de las tareas principales del módulo de aterrizaje era apoyar al rover mediante la captura de imágenes de sus operaciones y el envío de datos del 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 poste expandible llamada Imager for Mars Pathfinder (IMP), [ 16 ] [ 17 ] y el Atmospheric Structure Instrument/Meteorology Package (ASI/MET) [ 18 ] que actuaba como una estación meteorológica marciana, recopilando datos sobre presión, temperatura y vientos. La estructura MET incluía tres mangas de viento montadas a tres alturas en un poste, la más alta a aproximadamente un metro (3,3 pies) y que generalmente registraba vientos del oeste. [ 19 ] Para proporcionar datos continuos, el IMP tomaba imágenes de las mangas de viento una vez cada hora de luz diurna. Estas mediciones permitieron medir los procesos eólicos en el lugar de aterrizaje, incluyendo el umbral de partículas y la rugosidad aerodinámica de la superficie. [ 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 se pliegan mediante dos conjuntos de espejos para dirigir la luz a un único dispositivo de carga acoplada (CCD). Para minimizar las piezas móviles, la IMP tiene un obturador electrónico; la mitad del CCD está enmascarada y se utiliza 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 libertad de rotación de 360° en azimut y de -67° a +90° en elevación. Este conjunto está soportado 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 de Pathfinder a 3,4 km (2,1 millas) en un plano sin rasgos distintivos. [ 14 ] [ 20 ] [ 21 ]        

Sistema de energía

Paneles solares del rover de repuesto, Marie Curie . Véase también baterías instaladas en el rover .

Sojourner tenía paneles solares y una batería de cloruro de litio-tionilo (LiSOCl 2 ) no recargable que podía proporcionar 150 vatios-hora y permitía operaciones nocturnas limitadas. Una vez agotadas las baterías, el rover solo podía operar durante el día. [ 2 ] [ 22 ] Las baterías también permitían comprobar el estado del rover mientras estaba encerrado en la etapa de crucero en ruta a Marte. [ 23 ] El rover tenía 0,22 m 2 (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 de GaAs/Ge ( arseniuro de galio/germanio ) con una eficiencia aproximada del 18 por ciento. Podían soportar temperaturas de hasta unos −140 °C (−220 °F) . [ 23 ] Después de aproximadamente su 40.º sol en Marte, la batería del módulo de aterrizaje ya no retenía la carga, por lo que se decidió apagar el rover antes del atardecer y despertarlo al amanecer. [ 24 ]      

Sistema de locomoción

Vista lateral
Rover en configuración de crucero

Las ruedas del rover eran 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 ] Al girar sobre sí mismo, el rover dibujaba un círculo de 74 cm (29 pulgadas) de ancho. [ 7 ]        

Las ruedas estaban conectadas al bastidor mediante una suspensión especialmente desarrollada para asegurar que las seis estuvieran en contacto con el suelo, incluso en terrenos irregulares. [ 25 ] [ 26 ] El ingeniero del JPL Donald B. Bickler desarrolló esta suspensión de balancín-bogie para los vehículos experimentales "Rocky", de los cuales el Sojourner es la octava versión. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Consistían en dos elementos; el "bogie" conectaba la rueda delantera con la central y el "balancín" conectaba la rueda trasera con las otras dos. El sistema no incluía resortes 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 in) de altura [ 11 ] pero teóricamente habría permitido al rover superar obstáculos de 20 cm (7,9 in) , o aproximadamente el 30 % de la longitud del rover. [ 25 ] El sistema de suspensión también fue dotado de la capacidad de plegarse 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 similar facilidad [ 11 ] , y se adoptó con las precauciones adecuadas en las misiones posteriores de los rovers Spirit y Opportunity . [ 26 ]

En la fase de desarrollo de diez años que condujo a la creación de Sojourner , se examinaron soluciones alternativas que podrían aprovechar la larga experiencia adquirida en el JPL en el desarrollo de vehículos para la Luna y Marte. [ 27 ] Se descartó el uso de cuatro o más patas por tres razones: un número bajo de patas limitaría los movimientos del rover y la libertad de acción, y aumentar el número conllevaría un aumento significativo de la complejidad. Proceder en esta configuración también requeriría conocer el espacio que hay delante (el terreno correspondiente al siguiente paso), lo que generaría 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 simple era un sistema de cuatro ruedas que, sin embargo, presenta dificultades para superar obstáculos. Mejores soluciones fueron el uso de seis u ocho ruedas, con las traseras capaces de empujar, lo que permite superar el obstáculo. Se prefirió la opción de seis ruedas, más ligera y simple. [ 26 ]

El rover podía viajar 500 m (1600 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 pulg/s) . [ 11 ]    

Hardware y software

Placa de alimentación (parte inferior) y placa de la CPU (parte superior)

La unidad central de procesamiento (CPU) de 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 fabricada por IBM para el procesador principal, 16 Kb de PROM endurecida contra la radiación fabricada por Harris, 176 Kb de almacenamiento no volátil fabricado por Seeq Technology y 512 Kb de almacenamiento de datos temporales fabricado por Micron. La electrónica estaba alojada dentro de la caja de electrónica caliente (WEB) del rover. [ 2 ] La WEB es una estructura en forma de caja formada por láminas frontales de fibra de vidrio unidas a largueros de aluminio. Los espacios entre las láminas frontales estaban rellenos con bloques de aerogel que funcionaban como aislamiento térmico . [ 32 ] El aerogel utilizado en 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 absorbía durante la noche a través del aislamiento pasivo, manteniendo la electrónica en el WEB 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 ]    

El ordenador del módulo de aterrizaje Pathfinder era un IBM Risc 6000 Single Chip resistente a la 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 encontrado en las pruebas previas al vuelo, pero se consideró un fallo y se le dio una baja prioridad porque solo ocurría en ciertas condiciones de carga pesada imprevistas, y el enfoque estaba en verificar el código de entrada y aterrizaje. El problema, que se reprodujo y corrigió desde la Tierra usando una réplica de laboratorio, se debió a reinicios de la computadora causados ​​por la inversión de prioridad . No se perdió ningún dato científico o de ingeniería después de un reinicio de la computadora, pero todas las operaciones posteriores 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 se parcheara el 21 de julio para habilitar la herencia de prioridad . [ 41 ]

Comunicación y cámaras

Sojourner se comunicaba con su estación base mediante un módem de radio de 9600 baudios , aunque los protocolos de verificación de errores limitaban las comunicaciones a una velocidad funcional de 2400 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 donde se recibió el último latido. Si se deseaba, se podía utilizar la misma estrategia para extender 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) de Pathfinder durante su misión. [ 2 ] Los módems de radio de ultra alta frecuencia (UHF) operaban en modo semidúplex , lo que significa que podían enviar o recibir datos, pero no ambos a la vez. Los datos se comunicaban en ráfagas de 2 kB. [ 42 ]  

El rover fue fotografiado en Marte por el sistema de cámara IMP de la estación base, que también ayudó a determinar hacia dónde debía dirigirse. [ 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 ; eran sincronizadas por la CPU y capaces de autoexposición , compresión de datos por codificación de truncamiento de bloques (BTC) , manejo de píxeles/columnas defectuosos y empaquetamiento de datos de imagen. [ 44 ]

Mapa de píxeles de la cámara de color

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 eran de seleniuro de zinc . [ 44 ]

Otra cámara a color estaba ubicada en la parte posterior del rover cerca del APXS y girada 90°. Proporcionaba imágenes del área objetivo del APXS y de las huellas terrestres del rover. [ 44 ]

El sensor de esta cámara a color estaba dispuesto de manera que 12 de los 16 píxeles de un bloque de 4×4 píxeles eran sensibles a la luz verde; mientras que 2 píxeles eran sensibles a la luz roja y los otros 2 eran sensibles a la luz infrarroja y azul. [ 44 ]

Debido a que las cámaras del rover tenían lentes de seleniuro de zinc, que bloquean la luz con una longitud de onda inferior a 500  nanómetros (nm), ninguna luz azul llegó a los píxeles sensibles al azul y al infrarrojo, que por lo tanto solo registraron luz infrarroja. [ 44 ]

Software de control Rover

La operación de Sojourner fue apoyada por el "Software de Control del Rover" (RCS), que se ejecutaba en una computadora Silicon Graphics Onyx2 en la Tierra y permitía generar secuencias de comandos mediante una interfaz gráfica. El conductor del rover usaba gafas 3D con imágenes de la estación base y movía un modelo virtual con un joystick especializado. El software de control permitía visualizar el rover y el terreno circundante desde cualquier ángulo, facilitando el estudio de las características del terreno, la colocación de puntos de referencia y los sobrevuelos virtuales. Se usaban dardos como iconos para indicar la dirección del rover. Las ubicaciones deseadas se añadían a una secuencia y se enviaban al rover para su ejecución. 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 ]

Carga útil científica

Espectrómetro de rayos X de protones alfa

Espectrómetro de rayos X de partículas alfa
APXS en la parte trasera del rover

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 reflejada en sus componentes alfa, protónicos 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 la superficie de la muestra analizada fue reflejada 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 radioisotópica con la materia. La radiación de retorno tiene tres componentes: retrodispersión simple de Rutherford , producción de protones por reacciones con el núcleo de elementos ligeros y generación de rayos X por recombinación de vacantes de capas atómicas 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 a 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 la selectividad dependen del canal; la retrodispersión alfa tiene alta sensibilidad para elementos ligeros como el carbono y el oxígeno , la emisión de protones es principalmente sensible al sodio , magnesio , aluminio , silicio y azufre , y la emisión de rayos X es más sensible a elementos más pesados, desde el sodio hasta el 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 concentraciones 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 debía 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 Alfa-Protón (ADM). El ADM era un actuador antropomórfico equipado con una muñeca capaz de rotaciones de ±25°. [ 51 ] La doble movilidad del rover y el ADM aumentó el potencial del instrumento, el primero de su tipo en llegar a Marte. [ 49 ]

Experimento de abrasión de ruedas

La rueda afectada por el experimento de abrasión de ruedas.

El Experimento de Abrasión de Ruedas (WAE, por sus siglas en inglés) se diseñó 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— en una de las dos ruedas centrales con un espesor de entre 200 y 1000 angstroms , y se aislaron eléctricamente del resto del rover. Al orientar la rueda adecuadamente, la luz solar se reflejaba hacia un sensor fotovoltaico cercano . La señal recogida se analizó 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, forzara a la rueda del WAE a girar, provocando 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 compuesto de polvo de grano fino de dureza limitada con un tamaño de grano inferior a 40  μm. [ 53 ] El instrumento fue desarrollado, construido y dirigido por la Rama de Fotovoltaica y Entornos Espaciales Lewis del Centro de Investigación Glenn . [ 53 ]

Experimento de adherencia de materiales

El Experimento de Adherencia de Materiales (MAE, por sus siglas en inglés) 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 ] Consistía en 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 en el 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 entorno marciano. [ 54 ] El segundo sensor utilizó una microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) para medir el peso por unidad de superficie del polvo depositado en el sensor. [ 54 ]

Durante la misión, se registró una tasa diaria de reducción porcentual del 0,28 % en la eficiencia energética de las células fotovoltaicas. Esto fue independiente de si el rover estaba estacionario o en movimiento. [ 55 ] Esto sugiere que el polvo que se depositaba en el rover estaba suspendido en la atmósfera y no fue levantado por los movimientos del rover. [ 52 ]

Sistema de control

Sojourner supera la diferencia de altura.

Dado que se estableció que las transmisiones relacionadas con la conducción del Sojourner ocurrirían una vez cada sol, el rover fue 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 al punto de referencia". Se preveía un sistema de referencia local, cuyo origen era el módulo de aterrizaje. Las direcciones de las coordenadas se fijaban en el momento del aterrizaje, tomando como referencia el norte. Durante la sesión de comunicación (una vez por sol), el rover recibía de la Tierra una cadena de comandos con las coordenadas del punto de llegada, al que debía llegar de forma autónoma. [ 56 ]

El algoritmo implementado en la computadora de a bordo intentó, como primera opción, alcanzar el obstáculo en línea recta desde la posición inicial. Mediante un sistema de objetivos fotográficos y emisores láser, el rover pudo identificar obstáculos a lo largo de esta trayectoria. La computadora de a bordo estaba programada 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 permanecía inalterada con respecto a la señal de referencia almacenada en la computadora; 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 ]  

Una de las imágenes de detección de obstáculos tomadas por Sojourner . El rastro del láser es claramente visible.

Ante la presencia confirmada de un obstáculo, [ a ] la computadora ordenó la ejecución de una primera estrategia para evitarlo. El rover, aún por sí solo, giró hasta que el obstáculo desapareció de la vista. Luego, tras haber avanzado la mitad de su longitud, recalculó una nueva trayectoria recta que lo llevaría al punto de llegada. Al final del procedimiento, la computadora no tenía memoria de la existencia del obstáculo. [ 56 ] El ángulo de dirección de las ruedas se controlaba mediante potenciómetros . [ 7 ]

En terrenos particularmente irregulares, el procedimiento descrito anteriormente se habría visto impedido por la presencia de numerosos obstáculos. Por lo tanto, existía un segundo procedimiento conocido como "pasar por el hueco", que consistía en avanzar entre dos obstáculos siguiendo la bisectriz que los unía, siempre que estuvieran suficientemente separados para permitir el paso del rover. Si el rover encontraba un claro antes de alcanzar una distancia predeterminada, tenía que girar sobre sí mismo para calcular una nueva trayectoria recta que le permitiera llegar al objetivo. En caso contrario, tenía que retroceder e intentar una trayectoria diferente. Como último recurso, se instalaron sensores de contacto en las superficies delantera y trasera del rover. [ 56 ]

Para facilitar la dirección del rover, se podía ordenar desde la Tierra una rotación adecuada en el mismo punto. El comando era "Girar" y se realizaba mediante un giroscopio . [ 7 ] Tres acelerómetros medían la aceleración de la gravedad en tres direcciones perpendiculares, lo que permitía medir la pendiente de la superficie. El rover estaba programado para desviarse de las rutas que requerían una pendiente mayor de 30°, [ 56 ] aunque estaba diseñado para no volcarse al inclinarse a 45°. [ 7 ] La distancia recorrida se determinaba por el número de revoluciones de las ruedas. [ 56 ]

María Curie

Marie Curie en el museo (ver también desde otros ángulos: 1 , 2 , 3 )

Marie Curie , nombrada en honor a la ganadora del Premio Nobel Marie Curie , [ 57 ] es un rover 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 mismo rover en el JPL. [ 58 ] 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 "usando un brazo robótico acoplado al módulo de aterrizaje". [ 59 ] En lugar de esto, el programa Mars Exploration Rover se lanzó en 2003. En 2015, el JPL transfirió a Marie Curie al Museo Nacional del Aire y el Espacio (NASM) de la Institución Smithsonian . [ 57 ]

Según el historiador espacial y curador del NASM, Matt Shindell:

El rover Marie Curie era una unidad completamente operativa; no estoy seguro de en qué momento se decidió cuál iba a volar y cuál se quedaría en casa, pero estaba listo para reemplazar a la unidad principal en cualquier momento. [ 60 ]

Patio de Marte

Modelo de prueba Sojourner en el Mars Yard

Para probar prototipos y aplicaciones robóticas bajo condiciones de iluminación 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, incluyendo basalto de grano fino y vesicular, tanto rojo como negro. Las distribuciones de tamaño de las rocas se seleccionaron 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 eran como las de Marte en composición, ya que eran menos densas y más fáciles de mover para las pruebas. Otros obstáculos, como ladrillos y trincheras, se usaban a menudo para pruebas especializadas. [ 61 ] Mars Yard se amplió en 1998 y luego en 2007 para dar soporte a otras misiones de rovers a Marte. [ 62 ]  

Nomenclatura

Sojourner Truth

El nombre "Sojourner" fue elegido para el rover mediante 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 quien dedicar el rover" y a escribir un ensayo sobre sus logros y cómo estos podrían aplicarse al entorno marciano. [ 63 ] La iniciativa se dio a conocer en Estados Unidos a través de la edición de enero de 1995 de la revista Science and Children, publicada por la National Science Teachers Association . [ 63 ]

Se recibieron unos 3500 trabajos de países como Canadá, India, Israel, Japón, México, Polonia, Rusia y Estados Unidos, de los cuales 1700 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 participante sobre la heroína y la misión de la sonda. [ 63 ] El trabajo ganador fue escrito por Valerie Ambroise, de 12 años, de Bridgeport, Connecticut, quien sugirió dedicar el rover a Sojourner Truth , [ 64 ] una abolicionista afroamericana y defensora de los derechos de las mujeres de la época de la Guerra Civil . [ 63 ] El segundo lugar fue para Deepti Rohatgi, de 18 años, de Rockville, Maryland , quien propuso a Marie Curie , una química polaco-francesa ganadora del Premio Nobel. El tercer puesto fue para Adam Sheedy, de 16 años, de Round Rock, Texas, quien eligió a Judith Resnik , astronauta estadounidense y miembro de la tripulación del transbordador espacial que falleció en el desastre del Challenger en 1986. [ 63 ] El rover también era conocido como Microrover Flight Experiment, abreviado MFEX. [ 43 ]

Operaciones

Posición del rover en el módulo de aterrizaje tras la apertura de los pétalos.

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 Ares Vallis en 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 dentro de 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 ]    

Lugar de aterrizaje

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 aluvial llamada Ares Vallis , ubicada en el hemisferio norte de Marte y una de las zonas más rocosas del planeta. Fue elegido por considerarse una superficie relativamente segura para el aterrizaje y por contener una gran variedad de rocas depositadas durante una inundación. Esta zona era bien conocida, ya que había sido fotografiada por la misión Viking . [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] Tras un aterrizaje exitoso, el módulo de aterrizaje fue oficialmente bautizado como « Estación Memorial Carl Sagan » en honor al astrónomo. [ 71 ]

Despliegue

La sonda Mars Pathfinder aterrizó el 4 de julio de 1997. Los pétalos se desplegaron 87 minutos después con el rover Sojourner y los paneles solares acoplados en el interior. El rover salió del módulo de aterrizaje al día siguiente. [ 15 ]

Análisis de rocas

Vista aérea del área que rodea el módulo de aterrizaje, ilustrando el recorrido del rover. Los rectángulos rojos indican la posición del rover al final de los soles 1 a 30. Se muestran las ubicaciones de los experimentos de mecánica de suelos y abrasión de ruedas, así como las mediciones del APXS.

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, Winnie the Pooh, Piglet, el Cordero, el Tiburón, Ginger, Soufflé, Casper, Moe y Stimpy. Una duna se llamó Duna de la Sirena, y un par de colinas se denominaron Picos Gemelos. [ 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 completar el escaneo. La roca " Yogi " se analizó en el décimo sol. [ 66 ] [ 75 ] Se ha sugerido que la conformación del terreno cercano a la roca, incluso visualmente a un nivel inferior que la superficie circundante, se derivó de la evaporación del agua de inundación. [ 76 ]

Ambas rocas resultaron ser andesitas ; este hallazgo sorprendió a algunos investigadores porque las andesitas se forman mediante procesos geológicos que requieren la 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 fue dirigido entonces al siguiente objetivo y, en el sol 14, analizó la roca llamada "Scooby-Doo" y fotografió la roca "Casper". [ 66 ] Ambas fueron consideradas 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 "Jardín de Rocas", el rover encontró dunas en forma de media luna que son similares a las dunas en 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 remoto de Marte. [ 52 ] Como apoyo a esto, se detectarían altos contenidos de silicio. Esto también podría ser consecuencia de procesos de sedimentación ; se descubrieron rocas redondeadas de varios tamaños y las formas del valle son compatibles con un entorno de cauce fluvial. [ 10 ] 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 se describieron 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 contienen principalmente ortopiroxeno (silicato de magnesio y hierro), feldespatos (silicatos de aluminio de potasio, sodio y calcio) y cuarzo (dióxido de silicio), con cantidades menores de magnetita , ilmenita , sulfuro de hierro y fosfato de calcio . [ 78 ] [ 79 ]

Panorama anotado de rocas cerca del rover (5 de diciembre de 1997)
Captura de pantalla de la película Marte (The Martian) , que muestra al protagonista Mark Watney con el módulo de aterrizaje Pathfinder y el vehículo explorador Sojourner .
  • En la película Planeta Rojo de 2000 , la tripulación de la primera misión a Marte sobrevive al aterrizaje forzoso de su módulo de entrada. Su equipo de comunicaciones queda destruido, por lo que no pueden contactar con su módulo de recuperación en órbita. Para restablecer el contacto antes de ser dados por muertos y abandonados en Marte, la tripulación se dirige al lugar donde se encuentra el rover Pathfinder , del que recuperan piezas para construir una radio básica. [ 80 ]
  • En los títulos de apertura de Star Trek: Enterprise de 2001 , se muestra a Sojourner inactivo y cubierto de polvo. Otra escena muestra una placa que marca el lugar de aterrizaje del rover a bordo de la Estación Memorial Carl Sagan . [ 81 ] En el episodio " Terra Prime ", Sojourner se ve brevemente en la superficie de Marte como un monumento.
  • En la novela de Andy Weir de 2011, El marciano , [ 82 ] y la película de 2015 basada en ella , [ 83 ] el protagonista Mark Watney queda varado en Marte. Mark recupera el módulo de aterrizaje Pathfinder y lo usa para contactar con la Tierra. Para la película, el módulo de aterrizaje y el rover fueron recreados con la ayuda del JPL. El diseñador de producción Arthur Max, que trabajó en la película, dijo que "tenemos un Pathfinder completamente funcional , que usamos a lo largo de la película". [ 24 ] En la película, Mark Watney aparece más tarde en su puesto avanzado de Marte , el Ares III Hab, con el Sojourner recorriendo el lugar.

Premios y distinciones

Personal clave

El equipo Rover, 1994

El desarrollo del rover y sus instrumentos, así como su guía durante las operaciones en Marte, fueron realizados por un grupo de ingenieros de la NASA, conocidos colectivamente como "El Equipo del Rover". El personal clave fue: [ 13 ]

  • Director del proyecto: Tony Spear , JPL
  • Responsable del experimento de vuelo del microrover: Jacob Matijevic , JPL
  • Ingeniero jefe del experimento de vuelo del microrover: William Layman, JPL.
  • Ingeniero jefe de montaje y pruebas del experimento de vuelo del microrover, Allen Sirota, JPL.
  • Ingeniero de operaciones de la misión del microrover: Andrew Mishkin , JPL
  • Investigador principal del proyecto IMP: Peter H. Smith , Universidad de Arizona
  • Líder del equipo científico de instrumentación de las instalaciones ASI/MET: John T. Schofield, JPL
  • Ingeniero jefe de ASI/MET: Clayton LaBaw, JPL
  • Investigador principal de APXS: Rudolf Rieder, Instituto Max Planck , Departamento de Química, Maguncia, Alemania.
  • Experimento de abrasión de ruedas, investigadores principales: D. Ferguson y J. Kolecki, Centro de Investigación Lewis de la NASA.
  • Experimento de adherencia de materiales, investigadores principales: G. Landis y P. Jenkins, Centro de Investigación Lewis de la NASA.
  • Directora del Programa de Exploración de Marte en el JPL: Donna Shirley
Panorama del lugar de aterrizaje tomado por la cámara del módulo de aterrizaje Mars Pathfinder (IMP).
Varias imágenes del Sojourner, tomadas por el módulo de aterrizaje, se han integrado en el Panorama Presidencial de 360 ​​grados. Dado que la posición de la cámara fue constante, es posible ver estas imágenes del rover en el contexto del paisaje completo. Esto proporciona una escala visual para comprender el tamaño y la distancia de las rocas que rodean el módulo de aterrizaje, así como un registro de los desplazamientos del rover. Varias de las imágenes del rover se capturaron a todo color. El resto se colorearon utilizando muestras de color de esos fotogramas. [ 88 ]

Comparación con los rovers de Marte posteriores

Dos ingenieros de naves espaciales posan junto a un grupo de vehículos que permiten comparar tres generaciones de rovers marcianos desarrollados en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA. El escenario es el área de pruebas Mars Yard del JPL. En primer plano se encuentra el rover de reserva del primer rover marciano, Sojourner , que aterrizó en Marte en 1997 como parte del Proyecto Mars Pathfinder . A la izquierda está un rover de prueba del Proyecto de Exploración de Rovers de Marte (MER), hermano de Spirit y Opportunity , que aterrizaron en Marte en 2004. A la derecha está un rover de prueba del Laboratorio Científico de Marte (MSL) del tamaño del rover marciano de ese proyecto, Curiosity , que aterrizó en Marte en 2012. Sojourner y su rover de reserva, Marie Curie , miden 65  cm de largo. Los rovers del MER miden 1,6 m de largo. El rover Curiosity  mide 3 m de largo.

Véase también

Notas a pie de página

  1. ↑ Se previó la posibilidad de que se produjeran tres falsos positivos de entre veinte detecciones realizadas antes de continuar.
  2. ↑ La imagen fue tomada por IMP antes de que se desplegara el mástil. Se denominó "panorama de seguridad", porque si algo salía mal durante el despliegue, el equipo aún tendría un panorama del lugar de aterrizaje. Una vez desplegado el mástil, la altura del IMP era constante. [ 20 ]

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Algunas secciones de este artículo fueron traducidas originalmente del artículo de Wikipedia en italiano. Para ver el original, consulte : Sojourner .

Lecturas adicionales

  • Andrew Mishkin (2004). Berkeley Books (ed.). Sojourner: Una visión desde dentro de la misión Mars Pathfinder . Berkeley Books. ISBN 978-0-425-19839-1.
  • El equipo Rover (1997). "El microrover Pathfinder". J. Geophys. Res . 102 (E2): 3989–4001 . Bibcode : 1997JGR...102.3989M . doi : 10.1029/96JE01922 .
  • JPL, NASA (ed.). "Rover Sojourner" . Misión Mars Pathfinder . Consultado el 24 de septiembre de 2010 .
  • JPL, NASA (ed.). "Marte visto a través de los ojos del rover Sojourner" . Misión Mars Pathfinder . Consultado el 24 de septiembre de 2010 .
  • Sitio web oficial
  • Galería de fotos del microrover de Marte
  • Directorio de imágenes de Pathfinder
  • Libro de registro de operaciones del rover
  • Cómo comenzó la era de los rovers de Marte, por Lauren J. Young en Science Friday.
  • Vídeo promocional de Mars Pathfinder del JPL en YouTube
  • Patente de viajero