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Extraño pero cierto: la grúa aérea del vehículo explorador Curiosity

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30 de julio de 2012: El próximo 5 de agosto, a las 10:31 de la noche, hora del Pacífico, la NASA depositará cuidadosamente sobre la superficie del planeta Marte al nuevo vehículo explorador todo terreno, que pesa alrededor de 900 kilogramos (2000 libras), denominado Curiosity (Curiosidad, en idioma español). Lo posará sobre sus ruedas y entonces estará listo para empezar a andar. Esto es todo un reto ya que llegará rugiendo a través de la atmósfera marciana a una velocidad cercana a los 21.000 kilómetros por hora (13.000 millas por hora).

La del vehículo explorador Curiosity, también conocido como Laboratorio Científico de Marte (Mars Science Laboratory o MSL, por su sigla en idioma inglés), será la mayor de las misiones que alguna vez han aterrizado en otro planeta. Es grande porque tiene un gran misterio por resolver: ¿alguna vez Marte tuvo, o aún tiene, la capacidad para albergar vida?

Durante su espectacular llegada, el módulo destinado a posar al explorador sobre Marte deberá disminuir su velocidad hasta 2,4 kilómetros por hora (1,5 millas por hora) con el fin de llegar a su destino de manera segura. Para llevar a cabo este tipo de acción de frenado, con una carga de una tonelada, es necesario realizar un tenso despliegue de una secuencia de eventos intrincadamente coreografiados. Los actores principales son: un escudo, que se encontrará al rojo vivo, debido a su elevada temperatura, un enorme paracaídas, 76 explosivos y una grúa aérea.

Sky Crane (splash)
El ahora famoso video "Los siete minutos del terror" documenta de manera dramática el descenso del vehículo explorador Curiosity sobre la superficie de Marte. Ver video (en idioma inglés). Referencia: "Zero Margin of Error" = "Margen de error cero".

"El proceso entero dura siete minutos, desde la entrada a la atmósfera hasta que el vehículo explorador se posa sobre la superficie", dice Steven Sell, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (Jet Propulsion Laboratory o JPL, en idioma inglés), de la NASA, quien se encuentra a cargo de dirigir las operaciones de Entrada, Descenso y Aterrizaje. "La computadora a bordo del explorador es la que toma las decisiones. Y, si una sola maniobra falla, se acaba todo".

Aquí está el plan de juego.

"La fricción con la atmósfera disminuye la velocidad de la cápsula que contiene a la grúa aérea (un sistema de propulsión con ocho retro-cohetes, que va adherido al vehículo explorador) de 21.000 a 1.700 kilómetros por hora (de 13.000 a 1.000 millas por hora). [La atmósfera de Marte es demasiado delgada como para frenarla más.] La fricción calentará el escudo térmico de la cápsula hasta la incandescente temperatura de 2.100 grados centígrados (3.800 grados Fahrenheit). Entonces, un paracaídas de 18,3 metros (60 pies) de diámetro se desplegará y se inflará por encima de la cápsula con cuerdas de 48,8 metros (160 pies) de largo. Lo que quede del escudo protector será entonces expulsado, dándole así a Curiosity la primera vista de su nueva casa, que se encuentra debajo".

Este es el paracaídas más grande y resistente jamás construido para volar en otro mundo. Tiene que ser un super-paracaídas para poder soportar los 30.000 kilogramos (65.000 libras) de peso producidos por el vehículo explorador cuando aparezca en escena debajo de él.

Sky Crane (Sky Crane, 200px)
La grúa aérea en acción. Imagen ampliada

"Una vez que la carga disminuya su velocidad a alrededor de 322 kilómetros por hora (200 millas por hora), los explosivos liberarán al paracaídas y la grúa aérea estará en caída libre durante un segundo. Entonces es cuando se activarán los retro-cohetes".

Estos retro-cohetes disminuirán la velocidad del descenso hasta 2,4 kilómetros por hora (1 1/2 milla por hora) y proveerán de movimientos laterales para esquivar al paracaídas que estará cayendo a mayor velocidad. Conforme la grúa aérea descienda hasta aproximadamente 18 metros (60 pies) sobre la superficie de Marte, el vehículo explorador será bajado lentamente desde abajo usando tres cuerdas de nailon, que surgirán como un hilo de una tela de araña. Con Curiosity balanceándose 6 metros (20 pies) por debajo de ella, la grúa aérea continuará bajando hasta que el vehículo explorador descanse sobre la superficie. Otra serie de explosivos liberarán a Curiosity de sus últimas ataduras físicas con el mundo exterior, y la grúa aérea volará lejos hasta su caída mortal en las rojas arenas, concluyendo de este modo su increíble trabajo.

Esto podría sonar terriblemente complicado, "pero lo que parece ser un sistema muy complejo, de hecho simplifica enormemente la maniobra de posarse sobre Marte", explica Sell.

Misiones previas, como las de las sondas Viking (Vikingo, en idioma español) I y II, o el Módulo Phoenix (Fénix, en idioma español) de Aterrizaje en Marte, usaron retro-cohetes con el propósito de disminuir la velocidad de la nave hasta que se posaron con sistemas de varias patas sobre la superficie. Otros sistemas han utilizado bolsas de aire. Pero ninguno de esos métodos era factible para Curiosity.

"Con una carga de este tamaño, los cohetes podrían levantar mucho polvo y dañar al vehículo explorador así como a sus instrumentos", explica Sell. "Y los cohetes podrían excavar cráteres que Curiosity tendría que esquivar cuando comenzara a moverse. A eso debe añadirse el riesgo de bajar un vehículo grande y pesado del módulo de aterrizaje por medio de una rampa para alcanzar la superficie".

Las misiones Pathfinder, Spirit y Opportunity usaron bolsas de aire para eliminar esas preocupaciones. Pero Curiosity es demasiado grande como para utilizar bolsas de aire.

"Bolsas lo suficientemente grandes como para suavizar el aterrizaje serían demasiado pesadas o demasiado costosas para el lanzamiento. Además, se requiere que la carga se deje caer muy lentamente para que las bolsas resistan la caída, así que sería incluso más sencillo hacer que el vehículo explorador cayera sobre sus ruedas".

Sky Crane (generations)
Tres generaciones de vehículos exploradores de Marte. Curiosity (a la derecha en la imagen) es más grande que sus predecesores, razón por la cual la NASA tuvo que desarrollar un innovador sistema para que pudiera posarse sobre la superficie marciana.

La grúa aérea, dice Sell, tiene sentido para Curiosity. Pero todavía le sigue quitando el sueño durante la noche.

"Suelo dejarme mensajes de voz a mitad de la noche sobre cosas que tengo que revisar por la mañana. Hemos llevado a cabo miles de pruebas y simulaciones, pensando en maneras de 'romper' el sistema para que podamos trabajar dentro de márgenes de comportamiento que sean aceptables. Y seguimos haciendo pruebas. Siempre hay para hacer una prueba más. Siempre tenemos miedo de olvidarnos de algo".

En el cuarto de control del JPL, la noche del 5 de agosto, será demasiado tarde. Se necesitan 14 minutos para que las señales viajen desde Marte hasta la Tierra. Para cuando el equipo reciba la señal de: "estoy entrando a la atmósfera", Curiosity ya estará vivo o muerto sobre la superficie.

Sell dice: "Yo ya estoy conteniendo la respiración desde ahora".

Créditos y Contactos
Autor: Dauna Coulter
Funcionaria Responsable de NASA: Ruth Netting
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Traducción al Español: Carlos Román Zúñiga
Editora en Español: Angela Atadía de Borghetti
Formato: Carlos Román Zúñiga