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NASA/JPL-Caltech

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Vuelo sin motor para descubrir los mayores secretos de Marte

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Los róvers que circulan por la superficie van muy despacio y no recorren grandes distancias. Y los satélites no son capaces de captar imágenes detalladas del planeta. Este planeador que aprovecha las corrientes de aire caliente podría solucionar ambos problemas de golpe

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Ana Milutinovic
  • 07 Marzo, 2019

En las últimas décadas, Marte se ha convertido en el planeta más explorado del sistema solar (después de la Tierra, obviamente). Nuestro vecino ha recibido decenas de visitantes. De hecho, actualmente hay ocho misiones activas alrededor del planeta rojo. La más antigua llegó en 2001: el orbitador Mars Odyssey, que debería permanecer operativo hasta 2025. Y habrá más misiones a medida de las agencias espaciales que se dediquen a traer muestras de Marte a la Tierra para, finalmente, enviar a los primeros colonos humanos (ver Astronautas genéticamente perfectos para sobrevivir en Marte).

Ambos objetivos requerirán mapas mucho más detallados del terreno. Los róvers proporcionan este tipo de información en detalle, pero solo se pueden mover unos pocos metros al día. El róver Opportunity de la NASA recorrió unos impresionantes 45 kilómetros durante su misión, pero tardó casi 15 años en hacerlo (ver Así fue el triste adiós de la NASA al róver de Marte Opportunity).

Así que los científicos están buscando formas más rápidas de explorar la superficie del planeta. Uno de sus enfoques consiste en soltar un avión en la atmósfera marciana con un motor capaz de mantenerlo en el aire. Esa misión podría cubrir grandes distancias, pero costaría más de 309 millones de euros.

Una estrategia más barata consiste en aprovechar el viaje de una misión más grande. Por ejemplo, un róver de Marte podría llevar un dron capaz de inspeccionar el área circundante. Pero solo podría hacer vuelos cortos y de alcance limitado. Hace falta un vehículo lo suficientemente pequeño como para poder ser transportado por otra misión y que, además, sea capaz de cubrir grandes distancias.

Los investigadores de la Universidad de Arizona (EE.UU.) Adrien Bouskela, Aman Chandra y su equipo informan de que han ideado una misión de este tipo. Su enfoque consiste en lanzar un planeador para vuelo sin motor a la atmósfera marciana y mantenerlo en el aire mediante las corrientes térmicas (masas de aire caliente que ascienden) para ganar altitud. El planeador sería inflable y podría empaquetarse hasta adoptar un tamaño lo suficientemente pequeño para viajar como carga secundaria en una misión más grande a Marte.

Primero algunos antecedentes. Las naves espaciales que orbitan alrededor de Marte son capaces de tomar imágenes con una resolución de 30 centímetros por píxel. Los científicos están reuniéndolas poco a poco en un mapa de alta resolución de la superficie marciana.

Pero hacen falta imágenes de mayor resolución para planificar futuras misiones de aterrizaje. Hasta ahora, la mayoría de los róvers han aterrizado en explanadas relativamente llanas, donde las posibilidades de golpear con una roca o un cráter son pequeñas. Estas áreas tienden a ser menos interesantes científicamente. En realidad, a los geólogos espaciales les encantaría visitar los valles y las crestas que parecen estar formadas por agua. Aterrizar de manera segura en esos lugares requerirá imágenes capaces de distinguir pequeñas rocas y cráteres que podrían dañar la nave en caso de impacto.

Los módulos de descenso (landers) ofrecen este tipo de detalles, ya que son capaces de captar imágenes con una resolución de un centímetro por píxel en una zona de 100 metros a su alrededor. Pero no son capaces de recorrer las vastas distancias necesarias para llegar a las regiones de interés. Es por eso que los científicos han dirigido su atención a las máquinas voladoras.

Volar en Marte es bastante difícil. Aunque la gravedad es baja (alrededor de un tercio de la gravedad de la Tierra), su atmósfera es solo una centésima de la densidad terrestre, lo que dificulta mucho los despegues.

Así que las nuevas alas del planeador tendrán que ser enormes en relación a su peso. El planeador debería llevar una cámara de cinco megapíxeles, un equipo de radiocomunicación, un ordenador a bordo y unos paneles solares con baterías para almacenar suficiente energía durante el día para mantenerlo activo durante la noche. Bouskela y sus compañeros calculan que, además de las alas inflables y el timón, el planeador pesará cinco kilogramos, aproximadamente lo mismo que un águila real.

El equipo estima que, para mantener esta masa en el aire, las alas deberán tener una extensión de casi seis metros y volar a velocidades de alrededor de 100 metros por segundo. En comparación, las águilas doradas en la Tierra pueden permanecer en el aire con una envergadura de 2 metros mientras vuelan a 15 metros por segundo.

El planeador se desplegaría durante la entrada de la misión principal en la atmósfera marciana y se lanzaría junto a la carga principal a una altitud de aproximadamente dos kilómetros. Un generador de nitrógeno inflaría y presurizaría el planeador en menos de 10 segundos, y sus alas se endurecerían durante la siguiente hora aproximadamente, a medida que fueran recibiendo luz solar marciana.

Este tipo de tecnología inflable ya ha sido probada en Marte. Tanto el módulo de aterrizaje de Mars Pathfinder como los róvers de exploración de Marte (MER) se apoyaron en bolsas de aire que se inflaban cuando las naves descendían por la atmósfera y luego amortiguaban su impacto contra el suelo. "También se están desarrollando como antenas de comunicación para pequeños satélites", afirma Bouskela.

Una parte importante de la misión será la autonomía del planeador para usar las corrientes ascendentes de la atmósfera marciana. En la Tierra, tales sistemas han sido capaces de permanecer en vuelo durante semanas o meses.

Si Marte tiene un perfil de velocidad del viento como el de la Tierra, es decir, una variación parecida en la velocidad del viento en función de la altitud, entonces un enfoque similar también debería funcionar en el planeta rojo. Las simulaciones de este tipo de vuelos en Marte sugieren que el planeador podría permanecer en vuelo durante largos períodos, siempre que haya una variación lo suficientemente grande en la velocidad del viento en función de la altitud. Se necesitará más trabajo para determinar si la situación real en Marte es así durante todo el año y en toda la superficie.

No obstante, incluso unas pocas horas de vuelo podrían generar datos muy valiosos. La cámara a bordo tendría una resolución de unos 10 centímetros en el suelo y, a una velocidad de 100 metros por segundo, el planeador podría cubrir muchos cientos de kilómetros. La nave enviaría las imágenes a una estación de retransmisión en órbita como la Mars Reconnaissance Orbiter, que luego las reenviaría a casa.

Tal misión podría arrojar luz sobre unas importantes incógnitas sobre Marte. Una de ellas es la formación de esas desconcertantes líneas que aparecen en algunas laderas marcianas a medida que se calientan cuando llega el verano. Se cree que se crean por el flujo de agua salada, pero hacen falta mejores observaciones para poder confirmarlo.

El planeador también podría ayudar a detectar posibles puntos de aterrizaje para futuras misiones. La investigación detalla: "El modelo del planeador marciano que proponemos ofrece una nueva vía para acelerar la exploración de la superficie de Marte a una fracción del coste de los modelos anteriores".

Si quisiéramos buscar un defecto a este enfoque, sería de su falta de un toque hollywoodense. Las misiones más exitosas suelen ser las que producen imágenes icónicas: Neil Armstrong junto a la bandera estadounidense en la superficie de la Luna, o el "Starman" de Elon Musk conduciendo un Tesla con el planeta Tierra detrás. Este tipo de imágenes juegan un papel mucho más importante en la percepción pública del éxito que cualquier gráfico.

Este planeador necesita una pequeña cámara de gran angular en la cola o en la punta de un ala que capte imágenes del propio vehículo mientras vuela. La foto ganadora sería la del planeador elevándose sobre los Valles Marineris (el Gran Cañón de Marte) con un sol marciano posado sobre el horizonte extraterrestre y, quizás, un pequeño punto azul pálido de fondo. 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 de Estados Unidos. Entonces, por poco más de 32 millones de euros (poca cosa para los responsables de las misiones a Marte), esta imagen del planeador marciano parece tener una buena relación calidad-precio. Y si Bouskela y sus colegas esperan que los estadounidenses paguen por esta misión, lo mínimo que podrían hacer es enviar una postal a casa.

 

Ref: https://arxiv.org/abs/1902.02083Attitude Control of an Inflatable Sailplane for Mars Exploration

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