1.5 Robótica en la exploración espacial: los rover de Marte.

1.5 Robótica en la exploración espacial: los rover de Marte.

Curso de introducción a la robótica con LEGO MINDSTORMS NXT.
1.5 Robótica en la exploración
espacial: los rover de Marte.
La exploración de Marte por parte de la NASA comenzó en 1.975 con el proyecto Viking y alcanzó un
desarrollo considerable a partir de los años 90 con los rover de exploración marciana.
Los proyectos de la NASA en Marte con vehículos robóticos de operaciones (rover) han resultado
muy exitosos, superando ampliamente los objetivos iniciales previstos. El último rover enviado a
Marte “aterrizó” sobre su superficie en agosto de 2.012. Curiosity, un rover diseñado para comprobar
la habitabilidad pasada del planeta Marte, está equipado con más de diez instrumentos, entre ellos
REMS (Rover Environmental Monitoring Station) una estación meteorológica desarrollada en España
por el Centro de Astrobiología, perteneciente al CSIC (Centro Superior de Investigaciones
Científicas). La antena de alta ganancia para las comunicaciones del rover también ha sido
desarrollada en España por la empresa ASTRIUM, perteneciente al grupo AIRBUS.
Hasta este momento se han posado 4 rovers en Marte: Sojourner, Spirit y Opportunity (MER-A y
MER-B) y Curiosity. En la actualidad existe un proyecto en desarrollo para situar en el año 2.020 un
rover en la superficie de Marte para detectar directamente la presencia de vida en el planeta.
Web del Centro de
Astrobiología de
Madrid.
CAB – CSIC
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1. MISIÓN MARS PATHFINDER (Rover Sojourner).
La sonda Mars Pathfinder fue la segunda misión del programa Discovery de la NASA, y la primera en
situar con éxito un rover en Marte. El programa Discovery fue una iniciativa creada en los años 90
para la exploración del Sistema Solar con proyectos de desarrollo cortos y bajo coste (menos de 425
millones de dólares).
El objetivo principal de la misión Mars Pathfinder era comprobar el funcionamiento de algunas
tecnologías que serían utilizadas en posteriores proyectos que emplearían rovers más complejos y
avanzados. El diseño y desarrollo técnico de la misión se realizó en colaboración conjunta de la
NASA y JPL
El sistema enviado a Marte constaba de dos partes: Por un lado el aterrizador, que era el sistema
base de comunicaciones con la tierra, y por otro el rover, un vehículo robot de nombre 'Sojourner' con
capacidad para moverse sobre suelo marciano.
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La sonda robótica Mars Pathfinder fue lanzada el 4 de diciembre de 1.996 desde el Centro Espacial
Kennedy y se posó con éxito sobre la superficie de Marte el 4 de Julio de 1.997. La masa total del
conjunto de la misión en el lanzamiento era de 890 Kg. incluyendo el combustible para el viaje.
MASA Y DIMENSIONES DE ROVER
La masa total del pequeño rover era de 10,6
kilogramos. Tenía una longitud total de 63 cm y
anchura de 43 cm.
Su altura era de 28 centímetros (sin la antena) y
tenía una elevación inferior de 13 centímetros
sobre el suelo.
El espacio dentro del aterrizador para el rover
era de tan sólo 20 centímetros por lo que el este
debía viajar con las ruedas plegadas.
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Una de las innovaciones de la misión que se quería probar para aplicar en futuros lanzamientos de
sondas fue el uso de paracaídas y “airbags” en combinación con retrocohetes para tomar tierra de
manera segura (ver diagrama). Este sistema sería posteriormente utilizado con los rover gemelos
MER-A y MER-B (Mars Exploration Rover). Con el rover Curiosity se utilizó un sistema de amartizaje
más complejo, debido a su mayor tamaño y masa.
El Sojourner exploró Marte durante aproximadamente 3 meses hasta finales de septiembre del mismo
año. La duración de la misión triplicó el tiempo esperado, la estación base recibió su última
comunicación con la tierra el 27 de septiembre de 1.997 y el final oficial de la misión fue el 10 de
marzo de 1998.
Durante su misión envió alrededor de 17.000 imágenes de Marte (16.500 de la sonda espacial y 550
del Sojourner), así como datos relevantes sobre la composición química de las rocas presentes en la
superficie marciana y diversa información meteorológica sobre el planeta.
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2. MARS EXPLORATION ROVER (MER): SPIRIT Y OPPORTUNITY
Tal y como Hemos visto en la sección anterior, el proyecto Mars Pathfinder fue un experimento
técnico para probar sistemas tecnológicos con el fin de situar con éxito un rover más pesado y
complejo en la superficie de Marte. La misión resultó muy exitosa por lo que la Nasa junto con el JPL
(Jet Propulsion Laboratoy) ya estaban preparados en el 2.004 para hacer aterrizar en Marte dos
rovers geológicos más avanzados, grandes y con mayores prestaciones que el Sojourner. La finalidad
le los dos nuevos rover gemelos era buscar restos de la existencia de agua pasada o presente en
Marte ya que esto es condición necesaria (aunque no suficiente) para el desarrollo de la vida en otros
planetas.
Situar estos dos rover en Marte era como llevar dos Geólogos robóticos al Planeta Rojo. Equipados
con taladros, herramientas de abrasión de rocas y analizadores químicos más avanzados que el del
Sojourner, su meta principal era analizar una amplia gama de rocas y de suelos, los cuales encierran
claves para descifrar la presencia y la actividad del agua en el pasado de Marte.
Las naves fueron enviadas a lugares con interés geológico de Marte donde se creía que podían haber
sido afectados por agua líquida en el pasado.
La duración inicial de su misión era de aproximadamente 3 meses aunque hoy en día, y después de
10 años, uno de los dos rover todavía sigue en activo, siendo hasta este momento los rover más
productivos y duraderos en cuanto a información geológica y fotografías obtenidas de Marte. Lo más
importante es que mediante el análisis de rocas y sedimentos, han proporcionado pruebas
prácticamente irrefutables de que en Marte hubo agua en estado líquido en la antigüedad.
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SPIRIT (MER A)
Fecha de lanzamiento
Llegada a Marte
Fin de la misión
Distancia recorrida
OPPORTUNITY (MER B)
10 de junio 2.003
7 de julio 2.003
4 de enero 2.004
25 de enero 2.004
Inactivo desde
22 de marzo 2.010
Activo
7,7 Km
> 36 Km (mayo 2.013)
INSTRUMENTOS Y DETALLES TÉCNICOS DE LOS ROVER

Masa y dimensiones: aproximadamente 185 Kg y el tamaño de un quad. La altura de estos
rover es 5 veces mayor que la del Sojourner si contamos con el Mastcam. El Mastcam es el
mástil que contiene las cámaras fotográficas de navegación y un analizador químico.
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
Fuentes de energía: paneles solares de alta eficiencia que pueden generar hasta 800 vatios
por hora (similar a lo que consume una lavadora). La superficie total de los paneles es de 1,3
metros cuadrados. Los acumuladores eran baterías de Li-ion.

Cámara Panorámica (Pancam): sirve para determinar la textura del terreno y las rocas
cercanas al rover por si pudieran tener interés geológico. Es la cámara principal de la nave y
la encargada de realizar las fotografías panorámicas de alta resolución, en estéreo y en color.

Equipo de Imágenes Microscópicas (MI). Es una cámara que lleva acoplado un
microscopio. Sirve para tomar imágenes con muchos aumentos de rocas hayan sido
analizadas por otros instrumentos del rover.

Herramienta de Abrasión de Rocas (RAT). Es una herramienta geológica similar a un
taladro que sirve para remover la superficie exterior de la roca a analizar y así exponer el
material para el estudio con los analizadores.

Velocidad y distancia recorrida. Antes de descender sobre Marte, la meta de cada rover
era recorrer un total de un kilómetro de distancia pero este objetivo ha sido ampliamente
superado por los dos rover.

Analizadores químicos. Entre los instrumentos del rover destacan varios analizadores
avanzados de composición química de las rocas de Marte.
cámara panorámica PANCAM
10 años de los MER. La odisea de Spirit y Opportunity, los infatigables
exploradores marcianos [BLOG]
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3. MARS SCIENCE LABORATORY: ROVER CURIOSITY
Curiosity, cuyo nombre formal es Mars Science Laboratory (Laboratorio Científico de Marte) es
considerado como el vehículo robotizado más grande, avanzado y caro que haya sido enviado hasta
el momento a otro planeta.
El rover Curiosity fue lanzado el 26 de noviembre del año 2.011 a bordo de un cohete Atlas V para
comenzar su viaje de casi nueve meses y 482 millones de kilómetros al Planeta Rojo, y amartizó el 6
de agosto de 2.012 mediante un complejo sistema totalmente automatizado que requería seis
configuraciones vehiculares, 76 dispositivos pirotécnicos, el mayor paracaídas supersónico jamás
construido, y más de medio millón de líneas de código de programación. Cualquier pequeño error
técnico durante el proceso de descenso y aterrizaje en Marte habría convertido un robot de 900 Kg de
masa y 2500 millones de dólares en un amasijo de metales esparcidos sobre la superficie del Planeta
Rojo. No en vano, al proceso de entrada y descenso de este robot se le denominó “los siete minutos
de terror”.
Afortunadamente todos los sistemas funcionaron a la perfección y el proyecto durará algo menos de
dos años terrestres (686 días), o un año marciano completo, pero la NASA espera que como en el
caso de rovers anteriores, Curiosity supere este margen de tiempo. Es el instrumento más avanzado
que se ha enviado al espacio, es la joya de la corona en la exploración espacial, y de momento, salvo
algunos leves percances, parece que todo va bien.
Este rover está equipado con más de 80 Kg de instrumentos científicos, esto es más de 10 veces el
peso de los instrumentos científicos que llevaban a bordo los MER Spirit y Opportunity. Los objetivos
de la misión son la determinación de la ·habitabilidad” de Marte estudiando su climatología y aspectos
geológicos, así como recoger datos sobre moléculas orgánicas como el metano.
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Curiosity durante su desarrollo en las instalaciones del Jet Propulsion Laboratory (JPL). En la parte de atrás
del rover se puede observar la fuente de energía eléctrica: el generador termoeléctrico de radioisótopos.
El rover Curiosity tiene un tamaño aproximado de un coche pequeño.
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SECUENCIA DE ENTRADA, DESCENSO Y ATERRIZAJE
Los siete minutos de terror, o como los científicos de la NASA denominan al periodo de tiempo que
comprende la entrada, descenso y aterrizaje, comienza en la parte superior de la atmósfera marciana
que es 100 veces menos densa que la de la Tierra. En estos siete minutos la nave que contiene el
rover debe reducir su velocidad desde 20.900 km/h hasta detenerse completamente sobre el suelo
marciano.
Animación de la entrada, descenso y aterrizaje de Curiosity
ENTRADA. Durante la entrada el complejo que contiene el rover utiliza 8 pequeños motores jet que lo
posicionan para entrar en la atmósfera marciana con un ángulo correcto. La fricción reduce su
velocidad hasta 1.600 km/h y el escudo protector alcanza temperaturas cercanas a los 2.000ºC.
DESCENSO. Se reduce su velocidad hasta aproximadamente 1.400 Km/h, momento en el cual se
despliega el paracaídas de nylon y polyester. 90 segundos después la velocidad de la nave se sitúa
en torno a 290 Km/h a una altura aproximada de 8 Km.
ATERRIZAJE. A una altura aproximada de 1.610 metros se activan los retrocohetes del módulo de
descenso para frenar su velocidad hasta que a una altura de 25 metros sobre la superficie, se activa
la grúa. La función de esta grúa es posar el rover con suavidad a una velocidad de 3 Km/h.
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INSTRUMENTOS Y DETALLES TÉCNICOS DE CURIOSITY

Masa y dimensiones. 900 Kg y el tamaño aproximado de un coche pequeño.

Fuentes de energía. Generador termoeléctrico de radioisótopos (MMRTG) y baterías de
iones de Litio Li-ion que generan una potencia aproximada de 900 W/h. Debido al elevado
consumo eléctrico del sistema, no es viable el uso de paneles solares en este rover.

Cámaras de fotos (MastCam, MAHLI, MARDI, Hazcams y Navams). El rover Curiosity está
equipado con 5 sistemas de captación de fotografías con funciones y características
específicas.
MASTCAM
Este sistema proporciona imágenes en diferentes espectros y en
color real a través de cámaras con visión estereoscópica (3-D). Es
Un modelo similar al de los MER aunque más avanzado.
MAHLI
Mars Hand Lens Imager. Este sistema consiste en una cámara
montada en el brazo robótico del rover, y se usa para obtener
imágenes microscópicas de las rocas y suelo marciano. Es similar al
MI (Microscopic Imager) de los MER.
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MARDI
Mars Descent Imager. Sistema encargado de tomar fotografías
durante el descenso a la superficie marciana cuyo objetivo es
fotografiar y hacer un mapeo del terreno alrededor del punto de
aterrizaje.
HAZCAMS
Hazard Avoidance Cameras o cámaras de evasión de riesgos. Son
cuatro pares de cámaras de navegación en blanco y negro situadas
en la parte delantera, izquierda, derecha y trasera del rover. Se
utilizan para la prevención de riesgos del rover y para la colocación
segura del brazo robótico en las rocas y suelo.
NAVCAMS
Cámaras de navegación. Son dos pares de cámaras de navegación
en montadas sobre el mástil del rover. Sirven de apoyo a las otras
cámaras de navegación y pueden realizar fotografías en 3-D.

Analizadores químicos (APXS, ChemCam, CheMin, SAM). El rover Curiosity está equipado
con una cantidad instrumentos destinados al análisis químico de rocas y minerales que
supera ampliamente a todo lo llevado previamente a la superficie marciana.

Estación meteorológica REMS (Rover Environmental Monitoring Station). Es una
estación meteorológica desarrollada en España con tecnología de vanguardia.
Web oficial de la NASA sobre
la misión Mars Science
Laboratory.
Curiosity. Un año en Marte.
[BLOG]
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