El extraordinario sistema de recolección de muestras del rover de Marte Perseverance de la NASA
Las muestras de la Luna que el Apolo 11 trajo a la Tierra fueron las primeras que la humanidad recibió de otro cuerpo celestial. La próxima misión del rover Perseverance Marte 2020 de la NASA colectará las primeras muestras de otro planeta que se enviarán a la Tierra en misiones posteriores. En lugar de astronautas, el rover Perseverance contará con el mecanismo más complejo, capaz e impecable jamás enviado al espacio, el sistema de almacenaje de muestras.
En el Centro Espacial Kennedy de Florida, durante el pasado 20 de mayo, se cargaron a bordo del rover Perseverance de la NASA los últimos 39 de los 43 tubos de muestreo ubicados en el corazón del sistema de muestras, junto con el conjunto de almacenamiento que los sostendrá. (Los restantes cuatro tubos fueron previamente cargados en diferentes lugares en el sistema de almacenaje de muestras). La integración de los tubos finales marca otro paso crucial en preparación para el inicio de la fase de lanzamiento del rover prevista para el 17 de julio.
"Si bien uno no puede evitar maravillarse de lo que se logró en los días del Apolo, ellos tenían algo a su favor que nosotros no tenemos: presencia humana en el terreno", dijo Adam Steltzner, ingeniero jefe de la misión Marte 2020 Perseverance en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. "Para colectar las primeras muestras de Marte que se enviarán a la Tierra, en lugar de dos astronautas tenemos tres robots que deben trabajar con la precisión de un reloj suizo".
Mientras que mucha gente piensa en el Rover Perseverance como un robot, en realidad es más como un grupo de robots trabajando conjuntamente. Ubicado en la parte frontal del Perseverance, el sistema de almacenaje de muestras está compuesto por tres robots, siendo el más visible el brazo robótico de 7 pies (2 metros) de largo. Atornillado a la parte delantera del chasis del rover, este brazo con cinco articulaciones porta una gran torreta que incluye un taladro percusivo giratorio para colectar muestras de roca y regolito de Marte (roca quebrada y polvo).
El segundo robot parece un pequeño platillo volador construido en la parte delantera del rover. Llamado carrusel de broca, este aparato es el último intermediario en todas las operaciones de muestras de Marte: proporcionará brocas y tubos de muestras vacíos al taladro y luego trasladará los tubos ya llenos de muestras al armazón del rover para su evaluación y procesamiento.
El tercer robot del sistema de almacenaje de muestras es un brazo de manejo de muestras de 1,6 pies de largo (0,5 metros), apodado por el equipo como el "brazo T. rex". Situado en el área ventral del rover, empieza donde el carrusel de broca termina, moviendo los tubos de muestras entre las estaciones de almacenaje y documentación, así como el carrusel de broca.
Con la precisión de un reloj
Todos estos robots necesitan operar con la precisión de un reloj. Pero donde el típico cronómetro suizo tiene menos de 400 piezas, el sistema de almacenaje de muestras tiene más de 3.000.
"Parece mucho, pero luego empiezas a darte cuenta de la complejidad necesaria cuando consideras que el sistema de almacenaje de muestras tiene que perforar autónomamente las rocas de Marte, colectar muestras intactas del núcleo y luego sellarlas herméticamente en recipientes hiperestériles que están esencialmente libres de cualquier material orgánico originario de la Tierra que podría interferir en análisis futuros", explicó Steltzner. "En términos de tecnología, es el mecanismo más complicado y sofisticado que hemos construido, probado y preparado para vuelos espaciales”.
El objetivo de la misión es recolectar una docena o más de muestras. ¿Cómo funciona este ensamblaje laberíntico de motores, cajas de engranajes planetarias, codificadores y otros dispositivos de los tres robots, del tamaño de un baúl, todos ellos meticulosamente articulados?
"Esencialmente, después de que el taladro percusivo rotativo tome una muestra del núcleo, dará la vuelta y se conectará a uno de los cuatro conos de acoplamiento del carrusel de brocas", explicó Steltzner. "Luego, el carrusel de brocas gira la broca llena con un fragmento de Marte y un tubo de muestra hacia abajo dentro del rover a un lugar donde el brazo de manejo de muestras pueda agarrarlo. Ese brazo saca el tubo de muestra lleno por la broca y lo toma para ser fotografiado por una cámara dentro del sistema de almacenaje de muestras”.
Después de tomar una imagen del tubo de muestra, el pequeño brazo robótico lo traslada a la estación de evaluación de volumen, donde una varilla empuja el contenido hacia abajo para medir el tamaño de la muestra. "Luego lo regresa y captura otra imagen", dijo Steltzner. "Después de eso, se coloca un sello, un pequeño tapón, en la parte superior del tubo de muestra y se vuelve a tomar una imagen”.
A continuación, el sistema de almacenaje de muestras coloca el tubo en la estación de sellado, donde un mecanismo cierra herméticamente el tubo con el tapón. "Luego sacamos el tubo", añadió Steltzner, "y lo devolvemos al almacén desde donde inició su recorrido."
Diseñar y fabricar el sistema e integrarlo en Perseverance ha sido un esfuerzo de siete años. Y el trabajo no ha culminado. Como con todos lo demás instrumentos del rover, hay dos versiones del sistema de almacenaje de muestras: un modelo de prueba de ingeniería que permanecerá en la Tierra y el modelo de vuelo que viajará a Marte.
"El modelo de ingeniería es idéntico en todas las formas posibles al modelo de vuelo, y es nuestro trabajo intentar romperlo", señaló Kelly Palm, ingeniera de integración del Sistema de Almacenaje de Muestras y líder del equipo de pruebas de la misión Marte 2020 en JPL. "Lo hacemos porque es preferible observar los posibles desgastes o roturas aquí en la Tierra que en Marte. Así que ponemos a prueba el modelo de prueba de ingeniería para informar nuestro uso de su gemelo de vuelo en Marte”.
Para ello, el equipo utiliza diferentes rocas que simulan diversos tipos de terreno. Los perforan desde varios ángulos para anticipar cualquier situación imaginable que el rover pueda encontrar y en donde el equipo científico quiera colectar una muestra.
"De vez en cuando, debo tomarme un minuto y contemplar lo que hacemos", dijo Palm. "Hace unos años estaba en la universidad. Ahora trabajo en el sistema que será responsable de colectar las primeras muestras de otro planeta que se enviarán a la Tierra. Es muy asombroso”.
Acerca de la misión
El rover Perseverance es un científico robótico que pesa alrededor de 2.260 libras (1.025 kilogramos). La misión de astrobiología del explorador buscará señales de restos de vida microbiana. Caracterizará el clima y la geología del planeta, colectará muestras para su futuro transporte a la Tierra y allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo. Sin importar en qué día despegue ePerseverance durante su período de lanzamiento pautado entre el 17 de julio y el 11 de agosto, aterrizará en el cráter Jezero de Marte, el 18 de febrero de 2021.
La NASA y la Agencia Espacial Europea están planificando las dos misiones posteriores (de seguimiento) necesarias para traer a la Tierra las muestras extraídas por la misión.
La misión del Rover Perseverance Marte 2020 es parte de un programa más grande que incluye misiones a la Luna como una forma de preparación a la exploración humana del Planeta Rojo. Encargada de llevar astronautas de regreso a la Luna en 2024, la NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para 2028 a través de los planes de exploración lunar del programa Artemis de la agencia.
Para más información sobre el rover, visita los siguientes enlaces (en inglés):
https://mars.nasa.gov/mars2020/
https://nasa.gov/perseverance
