Helicóptero Ingenuity Mars: el viaje histórico para volar en otro planeta

Han pasado 117 años desde que Orville Wright tomó el vuelo en el Flyer 1 durante 12 segundos en un día histórico de diciembre de 1903 en Kill Devil Hills cerca de Kitty Hawk, Carolina del Norte.

En la imagen capturada por John Daniels, miembro de la Estación de Salvamento de Estados Unidos en el sitio, se puede ver al hermano de Orville, Wilbur, corriendo junto al avión. Durante el cuarto y último vuelo de ese día, Wright logró un vuelo de casi 60 segundos.

A millones de millas de distancia y más de un siglo después, el helicóptero Ingenuity de 4 libras usará sus dos pares de palas de 4 pies (1,2 metros) para alcanzar casi 10 pies (3 metros) a través de la fina atmósfera marciana. El minúsculo helicóptero flotará durante 30 segundos, capturará imágenes, girará y volverá al suelo.

«El primer vuelo es especial. Es, con mucho, el vuelo más importante que planeamos hacer», dijo Håvard Grip, piloto jefe de Ingenuity en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.

El rover Perseverance, que llevó el helicóptero a Marte, observará desde 197 pies (60 metros) de distancia en un mirador llamado lugar de observación del rover. El mirador es 3 pies (1 metro) más alto que la zona de vuelo.

«Piense en ello como un mirador», dijo Farah Alibay, líder de integración de Perseverance para Ingenuity en JPL. «Si alguna vez vas a un parque nacional y tienes una hermosa vista, quieres estacionar allí y mirar. Nuestro rover hará eso y nuestra hermosa vista será Ingenio, y haremos todo lo posible para captura el ingenio en vuelo «.

Durante el vuelo inaugural de Ingenuity, Perseverance intentará tomar imágenes y videos. El ingenio suena como un pequeño avión despegando, y los micrófonos del rover intentarán capturar ese sonido.

Las imágenes y los datos del helicóptero y el rover se enviarán a la Tierra horas y días después. Eso hace que Perseverance sea el único testigo de esta histórica huida en el momento.

Personas de todo el mundo se sintonizaron para ver a Perseverance aterrizar con éxito en Marte el 18 de febrero y ver la revelación de la primera imagen compartida por el rover después del aterrizaje.

Pero estos momentos históricos no siempre se desarrollan en un escenario global. Solo cinco personas presenciaron el primer vuelo de los hermanos Wright.

Ingenuity realizará su primer vuelo, y hasta otros cuatro en el transcurso de 31 días terrestres, por sí solo, utilizando un conjunto de instrucciones enviadas por los pilotos del JPL.

Una computadora a bordo utilizará las imágenes tomadas por el helicóptero para rastrear las características en el suelo y realizar pequeños ajustes 500 veces por segundo para mantener al helicóptero en su trayectoria en caso de perturbaciones como ráfagas de viento.

Si el primer vuelo tiene éxito, Ingenuity se esforzará por volar más alto y durante más tiempo para probar los límites de lo que puede hacer.

Vuelo experimental

El rover Perseverance pasará los próximos dos años explorando el cráter Jezero, el sitio de un antiguo lago y delta de un río, en busca de evidencia de vida microbiana pasada y recolectando muestras que serán devueltas a la Tierra por misiones futuras.

Pero abril es el momento de brillar del ingenio. Y una vez que terminen esos 31 días, el breve momento de Ingenuity bajo el sol terminará. Tal es la vida de una demostración de tecnología diseñada para durar poco tiempo.

Los hermanos Wright completaron cuatro vuelos exitosos el 17 de diciembre de 1903, antes de que una ráfaga de viento derribara y destruyera el Flyer 1.

La naturaleza efímera de Ingenuity no les importa a sus creadores. Los experimentos tecnológicos y las demostraciones en el pasado son la razón por la que rovers como Perseverance pueden explorar Marte en la actualidad.

Cuando la misión Pathfinder de la NASA aterrizó en Marte en 1997, lanzó un rover del tamaño de microondas llamado Sojourner en la superficie. Se esperaba que la demostración de tecnología durara siete días, pero se mantuvo durante 83. Tomó fotos, exploró el terreno de Marte y capturó mediciones químicas y atmosféricas.

Quizás lo más importante es que Sojourner demostró el uso exitoso del primer vehículo rover con ruedas en otro planeta.

«Sojourner allanó el camino para una nueva era de exploración de Marte para redefinir lo que pensábamos que era posible en la superficie de Marte y transformó completamente nuestro enfoque de cómo exploramos allí», dijo Lori Glaze, directora de la División de Ciencias Planetarias de la NASA.

«Ese pequeño rover permitió que siguieran todas las misiones, y ahora Perseverance, del tamaño de un automóvil pequeño, puede llevar a cabo otras demostraciones tecnológicas como Ingenuity, que ampliará aún más nuestros horizontes».

Sojourner demostró el valor de la movilidad en la superficie y los rovers Spirit, Opportunity, Curiosity y Perseverance siguieron su camino, ninguno de los cuales fue planeado antes del exitoso viaje de Sojourner, dijo Bobby Braun, director de ciencia planetaria en JPL.

Si Ingenuity tiene éxito, podría conducir a una evolución similar.

«Sólo puedo imaginar dónde podríamos estar dentro de una década», dijo Braun. «Si podemos explorar y estudiar científicamente Marte desde el aire, con su fina atmósfera, ciertamente podemos hacer lo mismo en varios otros destinos del sistema solar, como Titán o Venus. El futuro de los vuelos propulsados ​​en la exploración espacial es sólido y fuerte.»

La fabricación de un helicóptero marciano

El sueño del ingenio comenzó en la década de 1990 cuando el técnico en robótica del JPL Bob Balaram escuchó a Ilan Kroo, profesor de aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Stanford, hablar en una conferencia sobre un «mesicóptero» o un vehículo aerotransportado en miniatura para la Tierra. Balaram podía imaginarlo en Marte.

Propuso uno para la NASA durante una convocatoria de presentaciones, pero no fue seleccionado para recibir financiación. El helicóptero de Marte permanecería en el estante durante 15 años mientras Balaram trabajaba en otras misiones a Marte.

El momento del ingenio llegó en 2013 cuando Charles Elachi, director de JPL en ese momento, asistió a una presentación sobre drones y helicópteros y regresó al laboratorio preguntando si se podía volar en Marte. Balaram recuperó su propuesta original y desarrolló el primer diseño conceptual para la posibilidad de incluirlo como instrumento científico en el rover Mars 2020, que se convertiría en Perseverance.

El ingenio se pasó por alto como un instrumento para el rover, pero fue financiado y seleccionado como una demostración de tecnología que volaría con el rover a Marte. Esperar todo ese tiempo en el estante fue algo bueno.

«No habríamos podido diseñar algo como esto en la década de 1990 cuando no teníamos las computadoras y la tecnología de batería», dijo Balaram, ingeniero jefe del helicóptero. «Así que, en realidad, el momento también fue el correcto en el sentido de que necesitábamos algunos avances en tecnología».

Entonces, llegó el momento de construir un nuevo tipo de vehículo que fuera tanto una aeronave como una nave espacial, y uno que no pusiera en peligro a Perseverance de ninguna manera, ya que el rover sería la primera misión verdadera de astrobiología de la NASA en busca de signos de vida antigua. en otro planeta.

Durante la fase de diseño, el equipo probó un pequeño helicóptero pilotado manualmente en una atmósfera similar a la de Marte. Mientras el helicóptero se elevaba, no estaba estable. En cambio, saltó y se estrelló.

«Lo que aprendimos de eso es que el tiempo de reacción humano no es lo suficientemente sensible a este helicóptero debido a lo diferente que es la atmósfera», dijo Taryn Bailey, ingeniero mecánico del equipo de helicópteros del JPL. «Entonces, después de enterarse de que el equipo buscó desarrollar un helicóptero volador autónomo».

Necesitaba ser liviano para elevarse a través de la delgada atmósfera marciana, que es el 1% de la atmósfera de la Tierra. Pero el helicóptero también necesitaba incluir un panel solar, sistema de batería, computadora, radio, sensores y cámaras en un diseño apto para volar que pudiera sobrevivir al lanzamiento y aterrizaje.

Probar el helicóptero fue otro desafío porque la cámara de prueba necesitaba simular Marte en la Tierra. La prueba de vuelo fue clave antes de que Ingenuity pudiera ir a Marte.

«No hay un libro de texto que diga cómo probar un helicóptero de Marte, al igual que los hermanos Wright no tenían un libro de texto que dijera cómo probar planeadores y vehículos de vuelo propulsados», dijo Balaram. «Tuvieron que inventarlo. Así que, de la misma manera, tuvimos que inventar muchas capacidades de prueba únicas».

Esto implicó que el equipo construyera su propio túnel de viento utilizando 900 ventiladores de computadora en una cámara de vacío para generar los vientos que el ingenio puede enfrentar en Marte.

La cámara de vacío térmico de 25 pies (7,6 metros) controlaba la temperatura y la presión, lo que permitió al equipo probar el helicóptero que volaba a través de una atmósfera similar a la de Marte, así como un sistema que compensaba la diferencia de gravedad entre la Tierra y Marte.

Fueron siete largos años de diseño, construcción y pruebas, con una crisis técnica o un desafío que surge cada semana, dijo Balaram.

El riguroso trabajo realizado en el diseño y las pruebas de Ingenuity es lo que hizo posible el helicóptero, y el helicóptero actual que se encuentra en Marte se fabricó en 2018, dijo Bailey.

El equipo reunió a personas de disciplinas específicas, pero todos pensaron fuera de la caja para ayudarse mutuamente a trabajar en los componentes del helicóptero.

Bailey ha estado en JPL durante cinco años y fue invitada a unirse al equipo de helicópteros de Mars cuando tenía 24 años.

«Significa mucho ser parte de este equipo y ser testigo de este momento histórico», dijo.

Los equipos de helicópteros y rover están esperando ansiosamente el primer vuelo, que podría allanar el camino para helicópteros y otros helicópteros que algún día actuarán como exploradores de rovers y astronautas en Marte.

«Ha sido un viaje fantástico de descubrimiento, exploración y trabajo con gente fantástica», dijo Balaram. «Y aún no ha terminado».

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