Rover de exploración de Marte

Lanzamiento de MER-A Spirit

Lanzamiento de la oportunidad MER-B

Las sondas MER-A ( Spirit ) y MER-B ( Opportunity ) fueron lanzadas el 10 de junio de 2003 y el 7 de julio de 2003, respectivamente. Si bien ambas sondas fueron lanzadas en cohetes Boeing Delta II 7925-9.5 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17 de Cabo Cañaveral (CCAFS SLC-17), la MER-B utilizó la versión pesada de dicho vehículo de lanzamiento, ya que necesitaba la energía adicional para la inyección transmarciana . Los vehículos de lanzamiento se integraron en plataformas contiguas, con la MER-A en CCAFS SLC-17A y la MER-B en CCAFS SLC-17B. Las plataformas duales permitieron que los períodos de lanzamiento planetario de 15 y 21 días coincidieran en el tiempo; el último día posible de lanzamiento para la MER-A fue el 19 de junio de 2003 y el primer día para la 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 ubicaciones ecuatoriales muy distantes en Marte. El 21 de enero de 2004, la Red del Espacio Profundo perdió contacto con Spirit , por razones que inicialmente se creyó que estaban relacionadas con una lluvia de llamaradas sobre Australia . El rover transmitió un mensaje sin datos, pero más tarde ese mismo día perdió otra sesión de comunicación con el Mars Global Surveyor . Al día siguiente, el JPL recibió un pitido del rover, lo que indicaba que estaba en modo de fallo. El 23 de enero, el equipo de vuelo logró que el rover enviara datos. Se creía que el fallo había sido causado 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 utilizando 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 solo 90 soles .

El 23 de marzo de 2004, se celebró una rueda de prensa en la que se anunciaron importantes descubrimientos sobre la presencia de agua líquida en la superficie marciana. Una delegación de científicos presentó fotografías y datos que revelaban un patrón estratificado y una estratificación cruzada en las rocas del afloramiento dentro de un cráter en Meridiani Planum , lugar de aterrizaje de la sonda MER-B, Opportunity . Esto sugería que en la región alguna vez fluyó agua. La distribución irregular de cloro y bromo también indicaba que el lugar había sido la costa de un mar salado, ahora evaporado.

Animaciones de las órbitas de Spirit (izquierda) y Opportunity (derecha). Sol · Tierra · Marte · Rover           

El 8 de abril de 2004, la NASA anunció que extendería la vida útil de la misión de los rovers de tres a ocho meses. Inmediatamente proporcionó fondos adicionales de US$15  millones hasta septiembre, y US$2.8  millones mensuales para continuar las operaciones. Más tarde ese mes, Opportunity llegó al cráter Endurance , tardando aproximadamente cinco días en recorrer los 200 metros. El 22 de septiembre, la NASA anunció que extendería la vida útil de la misión de los rovers por otros seis meses. Opportunity debía abandonar el cráter Endurance, visitar su escudo térmico desechado y dirigirse al cráter Victoria . Spirit debía intentar ascender a la cima de las colinas Columbia .

Con los dos rovers aún funcionando correctamente, la NASA anunció posteriormente una extensión de la misión de 18 meses más, hasta septiembre de 2006. La oportunidad consistía en visitar el "Terreno Grabado" y Spirit debía ascender por una pendiente rocosa hacia la cima de Husband Hill . El 21 de agosto de 2005, Spirit alcanzó la cima de Husband Hill tras 581 soles y un recorrido de 4,81 kilómetros (2,99 millas) . 

La rueda delantera derecha de Spirit dejó de funcionar el 13 de marzo de 2006, mientras el rover se desplazaba hacia McCool Hill . Sus operadores intentaron arrastrar la rueda averiada detrás de Spirit , pero esto solo funcionó hasta llegar a una zona arenosa intransitable en las laderas inferiores. Los operadores dirigieron a Spirit hacia una elevación más pequeña, denominada "Low Ridge Haven", donde pasó el largo invierno marciano, esperando la primavera y los niveles de energía solar adecuados para la conducción. En septiembre de ese año, Opportunity llegó al 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 recorrer 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 que llegaba a los rovers y amenazaron la capacidad de las naves para recolectar energía a través de sus paneles solares , lo que provocó que los ingenieros temieran que uno o ambos pudieran quedar permanentemente inutilizados. Sin embargo, las tormentas de polvo cesaron, lo que les permitió reanudar las operaciones. ^{[ 10 ]}

Opportunity estaba listo para entrar al cráter Victoria desde su posición en el borde de Duck Bay el 28 de junio de 2007, ^{[ 11 ]} pero debido a intensas 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 su marcha tras resguardarse durante fuertes tormentas de polvo que limitaron la energía solar a un nivel que casi provocó la falla permanente de ambos rovers. ^{[ 13 ]}

El 1 de octubre de 2007, ^{[ 14 ]} tanto Spirit como Opportunity entraron en su quinta extensión de misión que extendió las operaciones hasta 2009, ^{[ 15 ]} lo que permitió a los rovers haber pasado cinco años explorando la superficie marciana, a la espera de su continua supervivencia.

El 26 de agosto de 2008, Opportunity comenzó su ascenso de tres días para salir del cráter Victoria en medio de la preocupación de que los picos de energía, similares a los vistos en Spirit antes de la falla de su rueda delantera derecha, pudieran impedirle salir del cráter si fallaba una rueda. El científico del proyecto, Bruce Banerdt, también dijo: "Hemos hecho todo lo que nos propusimos al entrar al cráter Victoria y más". Opportunity regresará a las llanuras para caracterizar la vasta diversidad de rocas de Meridiani Planum, algunas de las cuales podrían haber sido expulsadas de cráteres como Victoria. El rover había estado explorando el cráter Victoria desde el 11 de septiembre de 2007. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Hasta enero de 2009, los dos rovers habían enviado colectivamente 250 000 imágenes y recorrido más de 21 kilómetros (13 millas) . ^{[ 18 ]} 

Después de recorrer unos 3,2 kilómetros (2,0 millas) desde que salió del cráter Victoria, 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, Spirit estaba profundamente hundida en la arena marciana, de manera similar a como Opportunity lo estaba en la Duna Purgatorio en 2005. ^{[ 21 ]}   

El 26 de enero de 2010, después de seis años en Marte, la NASA anunció que Spirit se utilizaría como plataforma de investigación estacionaria, tras varios meses de intentos fallidos de liberar al 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 Endeavour, había recorrido 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 tan solo 600 metros. ^{[ 23 ]}    

En marzo de 2010 se anunció que Spirit podría haber entrado en hibernación para el invierno marciano y que podría no despertar de nuevo durante meses. ^{[ 24 ]} El 22 de mayo de 2011, la NASA cesó los intentos de contacto 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 a Spirit fue el 25 de mayo de 2011. ^{[ 25 ]}

El 16 de mayo de 2013, la NASA anunció que Opportunity había recorrido más lejos que cualquier otro vehículo de la NASA en un mundo que no fuera la Tierra. ^{[ 26 ]} Después de que la odometría total de Opportunity superara los 35,744 km (22,210 mi) , el rover superó la distancia total recorrida por el vehículo lunar roving del Apolo 17. ^{[ 26 ]} Y el 28 de julio de 2014, Opportunity había recorrido más lejos que cualquier otro vehículo en un mundo que no fuera la Tierra. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} Opportunity cubrió más de 40 km (25 mi) , superando la distancia total de 39 km (24 mi) recorrida por el rover 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 una maratón , con un tiempo de llegada de aproximadamente 11 años y 2 meses. ^{[ 29 ]}        

El 24 de enero de 2014, la NASA informó que los estudios en curso del rover Opportunity , así como del nuevo rover Curiosity del Laboratorio Científico de Marte, buscarían evidencia de vida antigua, incluyendo una biosfera basada en microorganismos autótrofos , quimiotróficos y/o quimiolitoautótrofos , así como agua antigua, incluyendo ambientes fluviolacustres ( llanuras relacionadas con ríos o lagos antiguos) que podrían haber sido habitables . ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} La búsqueda de evidencia de habitabilidad , tafonomía (relacionada con fósiles ) y carbono orgánico en el planeta Marte se convirtió entonces en 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, con el último contacto el 10 de junio de 2018. La NASA reanudó el envío de comandos después de que la tormenta de polvo amainara, pero el rover permaneció en silencio, posiblemente debido a una falla catastrófica o a una capa de polvo que cubría sus paneles solares. ^{[ 34 ]} El 13 de febrero de 2019 se celebró una conferencia de prensa en la que se anunció que, tras numerosos intentos de contactar con Opportunity , sin respuesta desde junio de 2018, la NASA declaró finalizada la misión Opportunity , lo que también puso fin a la misión Mars Exploration Rover, que duró 16 años. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

La etapa de crucero es el componente de la nave espacial que se utiliza para viajar de la Tierra a Marte. Su diseño es muy similar al de la sonda Mars Pathfinder y tiene aproximadamente 2,65 metros (8,7  pies) de diámetro y 1,6 metros (5,2 pies) de altura, incluyendo el vehículo de entrada (véase más abajo).  

La estructura principal es de aluminio con un anillo exterior de nervaduras cubierto por los paneles solares, que tienen un diámetro de aproximadamente 2,65 m (8,7 pies) . Divididos en cinco secciones, los paneles solares pueden proporcionar hasta 600 vatios de potencia cerca de la Tierra y 300 W en Marte.   

Los calentadores y el aislamiento multicapa mantienen la electrónica a una temperatura adecuada. Un sistema de freón elimina el calor de la computadora de vuelo y del hardware de comunicaciones dentro del rover para evitar su sobrecalentamiento. Los sistemas de aviónica de crucero permiten que la computadora de vuelo se conecte con otros componentes electrónicos, como los sensores solares , el escáner estelar y los calentadores.

La cápsula protectora mantuvo al módulo de aterrizaje cubierto durante los siete meses de viaje a Marte. Junto con el módulo de aterrizaje y el rover, constituía el "vehículo de entrada". Su principal función era proteger al módulo de aterrizaje y al rover del intenso calor de la entrada en la tenue atmósfera marciana. Su diseño se basaba en los de las misiones Mars Pathfinder y Mars Viking.

Regiones

La cubierta aerodinámica constaba de dos partes principales: un escudo térmico y una cubierta trasera. El escudo térmico era plano y de color marrón, y protegía al módulo de aterrizaje y al rover durante la entrada en la atmósfera marciana, actuando como el primer freno aerodinámico de la nave espacial. La cubierta trasera era grande, cónica y pintada de blanco. Albergaba el paracaídas y varios componentes utilizados en las etapas posteriores de entrada, descenso y aterrizaje, entre ellos:

• Un paracaídas (guardado en la parte inferior de la cubierta trasera);
• La carcasa trasera contiene los componentes electrónicos y las baterías que activan dispositivos pirotécnicos como tuercas de separación, cohetes y el mortero paracaídas;
• Una unidad de medición inercial (IMU) Litton LN-200, que monitoriza e informa sobre la orientación de la cubierta trasera mientras oscila bajo el paracaídas;
• Tres grandes motores de cohete de combustible sólido llamados cohetes RAD (Rocket Assisted Descent), cada uno proporcionando aproximadamente una tonelada de fuerza (10 kilonewtons ) durante casi 4 segundos; ^{[ 39 ]}
• Tres pequeños cohetes sólidos llamados TIRS (montados de manera que apunten horizontalmente hacia los lados de la cubierta trasera) que proporcionan un pequeño impulso horizontal a la cubierta trasera para ayudar a orientarla más verticalmente durante el encendido del cohete principal RAD.

Composición

Fabricada por Lockheed Martin Space en Denver, Colorado, la estructura aerodinámica consta de una estructura de panal de aluminio intercalada entre láminas de grafito-epoxi . El exterior está recubierto con una capa de panal fenólico . Este panal está relleno de un material ablativo (también llamado "ablator") que disipa el calor generado por la fricción atmosférica.

El ablador en sí es una mezcla de madera de corcho , aglutinante y muchas microesferas de vidrio de sílice . Fue inventado para los escudos térmicos utilizados en las misiones Viking Mars Lander. Una tecnología similar se empleó en las primeras misiones espaciales tripuladas estadounidenses Mercury , Gemini y Apollo . Fue especialmente formulado para reaccionar químicamente con la atmósfera marciana durante la entrada y disipar el calor, dejando una estela de gas caliente tras el vehículo. El vehículo redujo su velocidad de 19 000 a 1600 km/h (5300 a 440 m/s) en aproximadamente un minuto, generando una aceleración de unos 60 m/s² ⁽ 6 g ) 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 más gruesa, de 13 mm ( 1/2 pulgada ) , del material ablativo. En lugar de pintarse, la carcasa trasera se cubrió con una lámina de PET aluminizado muy fina para protegerla del frío del espacio profundo. Esta lámina se vaporizó durante la entrada en la atmósfera marciana.  

El paracaídas ayudó a frenar la nave espacial durante la entrada, el descenso y el aterrizaje. Está ubicado en la cubierta trasera. ^{[ 40 ]}

Diseño

El diseño del paracaídas de 2003 formó parte de un proyecto a largo plazo de desarrollo de tecnología de paracaídas para 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 de Pathfinder, ya que la carga máxima para el rover de exploración de Marte es de 80 a 85 kilonewtons (kN) o de 80 a 85 kN (18 000 a 19 000 lbf) cuando el paracaídas está completamente inflado. En comparación, las cargas de inflado de Pathfinder eran de aproximadamente 35 kN (alrededor de 8000 lbf). El paracaídas fue diseñado y construido en South Windsor, Connecticut, por Pioneer Aerospace , que también diseñó el paracaídas para la misión Stardust . ^{[ 40 ]}    

Composición

El paracaídas está fabricado con dos tejidos resistentes y ligeros: poliéster y nailon . Un sistema de triple brida de Kevlar conecta el paracaídas a la cubierta trasera.

El espacio disponible en la nave espacial para el paracaídas era tan reducido que este tuvo que ser empaquetado a presión. Antes del lanzamiento, un equipo dobló cuidadosamente las 48 líneas de suspensión, las tres líneas de sujeción y el paracaídas. El paracaídas se cargó en una estructura especial que aplicó un peso considerable al paquete varias veces. Antes de colocar el paracaídas en la cubierta trasera, se sometió a un tratamiento térmico para esterilizarlo . ^{[ 40 ]}

Sistemas conectados

Después de desplegar el paracaídas a una altitud de aproximadamente 10 km (6,2 millas) sobre la superficie, el escudo térmico se liberó mediante 6 tuercas de separación y resortes de empuje. El módulo de aterrizaje se separó entonces de la cubierta trasera y descendió en rápel por una cinta metálica mediante un sistema de frenado centrífugo integrado en uno de los pétalos del módulo. El lento descenso por la cinta metálica colocó al módulo de aterrizaje en posición al final de otro cable (cuerda), hecho de Zylon trenzado de casi 20 m (66 pies) de largo . ^{[ 40 ]} El Zylon es un material fibroso, similar al Kevlar, que se cose en un patrón de cinta (como el material de los cordones de los zapatos) para hacerlo más resistente. El cable de Zylon proporciona espacio para el despliegue de la bolsa de aire, distancia del flujo de escape del motor del cohete sólido y mayor estabilidad. El sistema de sujeción incorpora un arnés eléctrico que permite el disparo de los cohetes sólidos desde la cubierta trasera, además de proporcionar datos desde la unidad de medición inercial de la cubierta trasera (que mide la velocidad y la inclinación de la nave espacial) al ordenador 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 un aterrizaje seguro a baja velocidad. El descenso de la nave espacial fue asistido por cohetes que la detuvieron por completo entre 10 y 15 m (33 y 49 pies) sobre la superficie marciana. ^{[ 40 ]}  

Se utilizó un 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 indicó que el módulo de aterrizaje se encontraba a la distancia correcta sobre la superficie, se cortó el cable de Zylon, liberando así el módulo de aterrizaje del paracaídas y la cubierta trasera para que pudiera aterrizar sin obstáculos. Los datos del radar también permitieron establecer la secuencia de tiempo para el inflado de las bolsas de aire y el disparo del cohete RAD de la cubierta trasera. ^{[ 40 ]}

Los airbags utilizados en la misión del rover de exploración de Marte son del mismo tipo que los que usó el Mars Pathfinder en 1997. Debían ser lo suficientemente resistentes para amortiguar el impacto de la nave espacial en caso de aterrizaje sobre rocas o terreno irregular, y permitirle rebotar sobre la superficie marciana a gran velocidad (unos 100  km/h) tras el aterrizaje. Los airbags debían inflarse segundos antes del contacto con la superficie y desinflarse una vez que el rover estuviera en tierra firme.

Los airbags estaban fabricados con Vectran , al igual que los del Pathfinder. El Vectran tiene casi el doble de resistencia que otros materiales sintéticos, como el Kevlar, y ofrece un mejor rendimiento a bajas temperaturas. Seis capas de Vectran de 100 denier (10  mg/m) protegían una o dos cámaras internas de Vectran de 200 denier (20  mg/m). El uso de 100 denier (10  mg/m) permite disponer de más tejido en las capas exteriores, donde se necesita, gracias a la mayor densidad de hilos en el tejido.

Cada rover utilizaba cuatro bolsas de aire con seis lóbulos cada una, todas conectadas entre sí. Esta conexión era importante, ya que ayudaba a mitigar parte 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 fijadas directamente al rover, sino que se sujetaban a él mediante cuerdas que se entrecruzaban en su estructura. Las cuerdas daban forma a las bolsas, facilitando su inflado. Durante el vuelo, las bolsas se almacenaban junto con tres generadores de gas utilizados para el inflado. ^{[ 41 ]}

El módulo de aterrizaje de la nave espacial es una cubierta protectora que alberga al 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 resistente y ligero, y está construido con vigas y láminas. Las vigas consisten en capas de fibra de grafito tejidas en un tejido más ligero que el aluminio y más rígido que el acero. Se pegan y ajustan herrajes de titanio a las vigas para permitir su ensamblaje mediante pernos. El rover se mantenía dentro del módulo de aterrizaje mediante pernos y tuercas especiales que se liberaban tras el aterrizaje con pequeños explosivos.

Trasladar la carga útil a Marte

El movimiento del rover desde el módulo de aterrizaje se denomina fase de salida de la misión. El rover debe evitar que sus ruedas se enganchen en el material de las bolsas de aire o que caiga por una pendiente pronunciada. Para ello, un sistema de retracción en los pétalos arrastra lentamente las bolsas de aire hacia el módulo de aterrizaje antes de que se abran. Pequeñas rampas en los pétalos se extienden para llenar los espacios entre ellos. Cubren terrenos irregulares, obstáculos rocosos y el material de las bolsas de aire, y forman un área circular desde la cual el rover puede desplazarse en más direcciones. También reducen la altura del escalón que el rover debe descender. Se las conoce como "alas de murciélago" y están hechas de tela Vectran.

Se destinaron aproximadamente tres horas para retraer los airbags y desplegar los pétalos del módulo de aterrizaje.

Cada rover tiene seis ruedas de aluminio montadas en un sistema de suspensión de balancín-bogie , similar al de Sojourner , ^{[ 43 ]} que asegura que las ruedas permanezcan en el suelo al conducir sobre terreno accidentado. El diseño reduce el rango de movimiento del cuerpo del rover a la mitad y le permite pasar por encima de obstáculos o a través de 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 flexibles integradas que proporcionan absorción de impactos durante el movimiento. ^{[ 44 ]} Además, las ruedas tienen tacos que proporcionan agarre para trepar en arena blanda y escalar rocas. 

Cada rueda tiene su propio motor de tracción. Las dos ruedas delanteras y las dos traseras tienen motores de dirección individuales. Esto permite que el vehículo gire sobre su propio eje, una revolución completa, y que se desvíe y gire, realizando giros en arco. Los motores para 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 mediante sus "límites de protección contra fallos" en su software de prevención de peligros para evitar inclinaciones superiores a 30 grados.

Cada rover puede hacer girar una de sus ruedas delanteras para excavar profundamente en el terreno. Debe permanecer inmóvil mientras la rueda de excavación gira. Los rovers alcanzan una velocidad máxima de 50  mm/s (2 pulg/s) en terreno llano y duro. La velocidad media es de 10  mm/s, ya que su software de prevención de obstáculos hace que se detenga cada 10 segundos durante 20 segundos para observar y comprender el terreno por el que ha circulado.

Cuando están completamente iluminados, los paneles solares de triple unión ^{[ 46 ]} del rover generan aproximadamente 140 vatios durante hasta cuatro horas por día marciano ( sol ). El rover necesita unos 100 vatios para funcionar. Su sistema de energía incluye dos baterías recargables de iones de litio que pesan 7,15 kg (15,8 lb) cada una, las cuales proporcionan energía cuando no brilla el sol, especialmente por la noche. Con el tiempo, las baterías se degradarán y no podrán recargarse por completo.  

Se pensaba que, al final de la misión de 90 soles, la capacidad de los paneles solares para generar energía se reduciría probablemente a unos 50 vatios. Esto se debía 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 osciló entre 300 y 900 vatios -hora por día, dependiendo de la cobertura de polvo. Los eventos de limpieza (eliminación de polvo por el viento) se han producido con más frecuencia de lo que la NASA esperaba, manteniendo los paneles 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 algunos de los niveles de energía más bajos de la misión; Opportunity cayó a 128 vatios-hora. En noviembre de 2008, Spirit superó este récord de baja energía con una producción de 89 vatios-hora, debido a las tormentas de polvo en la región del cráter Gusev. ^{[ 47 ]}

Los rovers ejecutan un sistema operativo integrado VxWorks en una CPU RAD6000 de 20 MHz resistente a la radiación con 128 MB de DRAM con detección y corrección de errores y 3 MB de EEPROM . ^{[ 48 ]} Cada rover también tiene 256 MB de memoria flash . Para sobrevivir durante las distintas fases de la misión, los instrumentos vitales del rover deben mantenerse dentro de un rango de temperatura de −40 °C a +40 °C (−40 °F a 104 °F). Por la noche, los rovers se calientan mediante ocho unidades de calentamiento de radioisótopos (RHU), que generan continuamente 1 W de energía térmica a partir de la desintegración de radioisótopos , junto con calentadores eléctricos que funcionan solo cuando es necesario. Se utiliza una película de oro pulverizado y una capa de aerogel de sílice para el aislamiento. ^{[ 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 ultra alta frecuencia para comunicaciones de retransmisión. La antena de baja ganancia es omnidireccional y transmite datos a baja velocidad a las antenas de la Red del 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 usan el monopolo UHF y su radio CE505 para comunicarse con las naves espaciales que orbitan Marte, la Mars Odyssey y (antes de su falla) la Mars Global Surveyor (ya se transfirieron más de 7,6 terabits de datos usando su antena Mars Relay y el búfer de memoria de 12 MB de la Mars Orbiter Camera ). ^{[ 50 ]} Desde que MRO entró en órbita alrededor de Marte, los módulos de aterrizaje también lo han usado como recurso de retransmisión. La mayor parte de los datos de los módulos de aterrizaje se retransmiten a la Tierra a través de Odyssey y MRO. Los orbitadores pueden recibir señales de los rovers a una velocidad de datos mucho mayor que la que puede proporcionar la Red del Espacio Profundo, debido a las distancias mucho más cortas entre los rovers y los orbitadores. Posteriormente, los orbitadores transmiten rápidamente los datos de los rovers a la Tierra mediante sus antenas grandes y de alta potencia .

Cada rover tiene nueve cámaras, ^{[ 51 ]} que producen imágenes de 1024 píxeles por 1024 píxeles a 12 bits por píxel, ^{[ 52 ]} pero la mayoría de las imágenes de la cámara de navegación y las miniaturas de imágenes se truncan a 8 bits por píxel para ahorrar memoria y tiempo de transmisión. Todas las imágenes se comprimen luego usando ICER antes de ser almacenadas y enviadas a la Tierra. Las imágenes de navegación, miniaturas y muchos otros tipos de imágenes se comprimen a aproximadamente 0,8 a 1,1 bits/píxel. Se utilizan tasas de bits más bajas (menos de 0,5 bits/píxel) para ciertas longitudes de onda de imágenes panorámicas multicolor. ICER se basa en ondículas y fue diseñado específicamente para aplicaciones de espacio profundo. Produce compresión progresiva, tanto sin pérdida como con pérdida, e incorpora un esquema de contención de errores para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal de espacio profundo. Supera al compresor de imágenes JPEG con pérdida y al compresor Rice sin pérdida utilizado por la misión Mars Pathfinder .

En el conjunto del mástil Pancam (PMA) se instalaron varias cámaras e instrumentos:

• Cámaras panorámicas ( Pancam ), dos cámaras con ruedas de filtros de color para determinar la textura, el color, la mineralogía y la estructura del terreno local. Ambas cámaras trabajan en combinación para tomar imágenes panorámicas tridimensionales detalladas y multiespectrales del paisaje marciano que rodea al rover, el cielo y el Sol. Hay 30  cm entre las dos cámaras. Cada cámara tenía filtros para 400-1100  nm (desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo cercano), con una resolución máxima de imagen de 1024 x 1024 píxeles. ^{[ 53 ] [ 51 ]}
• Cámaras de navegación ( Navcam ), dos cámaras que tienen campos de visión más amplios pero menor resolución y son monocromáticas, para navegación y conducción. ^{[ 51 ]}
• Un conjunto de periscopio para el espectrómetro de emisión térmica en miniatura ( Mini-TES ), un espectrómetro infrarrojo utilizado para determinar la mineralogía de rocas y suelos a distancia mediante la detección de sus patrones de radiación térmica. Fue sintonizado especialmente para buscar minerales formados en el agua, como carbonatos y arcillas. ^{[ 54 ]} El conjunto de periscopio cuenta con dos espejos plegables de berilio, una cubierta que se cierra para minimizar la contaminación por polvo en el conjunto y deflectores de rechazo de luz parásita que están estratégicamente ubicados dentro de los tubos de epoxi de grafito. El Mini-TES fue construido por la Universidad Estatal de Arizona .

Las cámaras se montaron a 1,5 metros de altura en el conjunto del mástil Pancam, que permite una rotación de 360 ​​grados. ^{[ 53 ]} El PMA se despliega mediante el accionamiento de despliegue del mástil (MDD). El accionamiento de acimut, montado directamente encima del MDD, giraba el conjunto horizontalmente una vuelta completa con señales transmitidas a través de una configuración de cinta rodante. El accionamiento de la cámara orienta las cámaras en elevación, casi verticalmente hacia arriba o hacia abajo. Un tercer motor orienta los espejos plegables Mini-TES y la cubierta protectora, hasta 30° por encima del horizonte y 50° por debajo.

Se instalaron cuatro cámaras monocromáticas de detección de peligros ( Hazcams ) en el cuerpo del rover, dos delante y dos detrás. El rover utilizó pares de imágenes de las Hazcams para mapear la forma del terreno hasta 3 metros (10 pies) delante de él, en forma de cuña de más de 4 metros de ancho en su punto más alejado. ^{[ 51 ]}

Instrumentos en el brazo del rover

Herramienta de abrasión de rocas (RAT)

Espectrómetro de rayos X de partículas alfa (APXS)

Fotografía de MER antes y después del procesamiento.

El dispositivo de despliegue de instrumentos (IDD), también llamado brazo rover, tiene una torreta en forma de cruz que sostiene varios instrumentos. Puede girar 350 grados y rotar verticalmente 340 grados. Cuenta con tres articulaciones y un alcance máximo de 90 centímetros. ^{[ 55 ]}

• El espectrómetro Mössbauer (MB) MIMOS II , desarrollado por Göstar Klingelhöfer en la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia , Alemania , se utilizó para investigaciones detalladas de la mineralogía de rocas y suelos que contienen hierro. ^{[ 56 ] [ 57 ]} Una medición Mössbauer duró aproximadamente 12 horas. ^{[ 58 ]}
• El espectrómetro de rayos X de partículas alfa (APXS), desarrollado por el Instituto Max Planck de Química en Maguncia , Alemania , se utilizó para determinar la química elemental de rocas y suelos mediante partículas alfa y rayos X. ^{[ 59 ] [ 60 ]} La mayoría de las mediciones de APXS se realizaron de noche y requirieron al menos 10 horas de tiempo de acumulación. ^{[ 59 ]}
• Se utilizó un conjunto de imanes para recolectar partículas de polvo magnético. ^{[ 61 ]} Cada rover tenía siete imanes: cuatro imanes eran transportados por la herramienta de abrasión de rocas (RAT); dos imanes (uno de captura y otro de filtro) estaban montados en la parte delantera del rover; otro imán (de barrido) estaba montado en la parte superior de la plataforma del rover, a la vista de la Pancam. ^{[ 62 ]} Las partículas fueron analizadas por el espectrómetro Mössbauer y el espectrómetro de rayos X para ayudar a determinar la proporción de partículas magnéticas con respecto a las no magnéticas y la composición de minerales magnéticos en el polvo en suspensión y las rocas que han sido molidas por la herramienta de abrasión de rocas.
• El generador de imágenes microscópicas (MI) permite obtener imágenes en blanco y negro de alta resolución y gran detalle de rocas y suelos, con una resolución máxima de 1024 x 1024 píxeles. Su desarrollo fue liderado por el equipo de Ken Herkenhoff en el Programa de Investigación de Astrogeología del Servicio Geológico de los Estados Unidos . El generador de imágenes microscópicas combina un microscopio y una cámara CCD. ^{[ 63 ]}
• La herramienta de abrasión de rocas (RAT), desarrollada por Honeybee Robotics , sirve para eliminar superficies rocosas polvorientas y erosionadas, dejando al descubierto material fresco para su examen con instrumentos a bordo. Era capaz de crear un orificio de aproximadamente 45 milímetros (2 pulgadas) de diámetro y 5 milímetros (0,2 pulgadas) de profundidad en una roca, y de desgastar roca volcánica dura en unas dos horas. La RAT utilizaba tres motores eléctricos para accionar dientes de molienda giratorios contra la superficie de la roca. Dos muelas abrasivas giran a alta velocidad. Estas muelas también giran una alrededor de la otra a una velocidad mucho menor, de modo que ambas barren toda el área de corte. ^{[ 64 ]}

El brazo robótico fue capaz de colocar los instrumentos directamente contra las rocas y los objetivos de suelo de interés.

El rover Opportunity aterrizó en un pequeño cráter, denominado "Eagle", en las llanuras de Meridiani. Las llanuras del lugar de aterrizaje se caracterizaban por la presencia de una gran cantidad de pequeñas esférulas , concreciones esféricas que el equipo científico denominó "arándanos", encontradas tanto sueltas en la superficie como incrustadas en la roca. Estas presentaban una alta concentración del mineral hematita y mostraban indicios de haber sido formadas en un ambiente acuoso. El lecho rocoso estratificado revelado en las paredes del cráter mostraba signos de ser sedimentario, y el análisis composicional y de imágenes microscópicas reveló que su composición principal era jarosita , un mineral de sulfato ferroso característico de los evaporitas , residuos de la evaporación de un estanque o mar salado. ^{[ 88 ] [ 89 ]}

La misión ha aportado pruebas sustanciales de la presencia de agua en Marte en el pasado. Además de investigar la hipótesis del agua, Opportunity también ha obtenido observaciones astronómicas y datos atmosféricos. La misión extendida llevó al rover a través de las llanuras hasta una serie de cráteres de mayor tamaño en el sur, llegando al borde del cráter Endeavour, de 25 km de diámetro, ocho años después del aterrizaje. La espectroscopia orbital del borde de este cráter muestra indicios de rocas filosilicatadas , lo que sugiere la existencia de depósitos sedimentarios más antiguos.