Pols d'estels

Les vistes aèries sobre un altre planeta s’han acabat. L’helicòpter Ingenuity, que arribà a Mart en la panxa del robot explorador de la NASA Perseverance a principis de 2021, ha acabat la seua missió després del seu 72é vol, havent depassat llargament els cinc vols previstos. L’aterratge del seu darrer vol va ser violent i sembla que una o dues de les seues aspes van sofrir danys que l’inhabiliten per a continuar volant. Una llàstima però, després de tres anys, Ingenuity ha completat amb èxit el programa per demostrar que la tecnologia usada és factible en una atmosfera tan lleugera com la del planeta roig. La futura exploració robòtica de Mart serà mixta, amb robots rodant per la superfície ajudats per drons que els acompanyaran i faran d’exploradors des de les altures.

El passat 18 de gener l’equip d’enginyers que controla Ingenuity va planificar que l’helicòpter fera un breu vol vertical per determinar la seua ubicació després d’executar un aterratge d’emergència en el vol anterior. Les dades mostren que, tal com estava previst, l’helicòpter va assolir una altitud màxima de 12 metres i va planejar durant 4,5 segons abans de començar el descens a una velocitat d’un metre per segon.

No obstant això, a 1 metre d’altura, l’Ingenuity va perdre el contacte amb el ròver Perseverance, que serveix com a relé de comunicacions amb la Terra. L’endemà es van restablir les comunicacions i es va transmetre més informació sobre el vol als controladors terrestres de la NASA JPL. Les imatges revelaren danys a la pala del rotor diversos dies després. Encara s’estan investigant la causa de la interrupció de les comunicacions i l’orientació de l’helicòpter en el moment de l’aterratge.

Ha estat una llarga missió que ha durat gairebé 1.000 dies marcians, 33 vegades més del previst originalment. Per aconseguir-ho va caldre actualitzar Ingenuity amb la capacitat de triar de manera autònoma llocs d’aterratge en terrenys perillosos, tractar amb un sensor mort, netejar-se els panells solars després de tempestes de pols i operar des de 48 aeròdroms diferents. A més va realitzar tres aterratges d’emergència i va sobreviure a un fred hivern marcià.

Dissenyat per funcionar durant la primavera, Ingenuity no va poder alimentar els seus escalfadors durant la nit durant les parts més fredes de l’hivern, cosa que va provocar que l’ordinador de vol es congelava i es reiniciava periòdicament.

Com Flyer, l’avió pioner dels germans Wright, Ingenuity ha estat un pioner de l’aviació en un món diferent de la Terra. De fet, un petit fragment de l’avió dels Wright es troba en l’interior de l’helicòpter marcià.

No podrem tindre una darrera foto d’Ingenuity ja que el ròver Perseverance s’hi troba massa lluny així que ens haurem de conformar amb les fotos familiars més reeixides com la que encapçala el text. Veurem un altre helicòpter volant en mons extraterrestre en un temps prudencial o caldrà esperar-se fins l’arribada del Dragonfly a Tità, la lluna de Saturn, allà pel 2034?

Mes informació:

After Three Years on Mars, NASA’s Ingenuity Helicopter Mission Ends, NASA, 25 gener 2024.

Imatges:

1.- Perseverance guaita l’enginy: l’helicòpter Ingenuity Mars de la NASA el 2 d’agost de 2023 en una imatge en color millorada capturada per la càmera Mastcam-Z a bord del rover Perseverance Mars. JPL/Caltech-ASU/MSSS.

El petit helicòpter Ingenuity, que va arribar a Mart el passat 18 de febrer amb el ròver Perseverance, ha fet ja els cinc vols previstos i, per tant, ha completat amb èxit el programa per demostrar que la tecnologia usada és factible en una atmosfera tan lleugera com la del planeta roig. La futura exploració robòtica de Mart serà mixta, amb robots rodant per la superfície ajudats per drons que els acompanyaran i faran d’exploradors des de les altures.

Els cinc vols previstos s’han realitzat durant una campanya de proves de 30 dies. Encara que les objectius inicials no eren tan ambiciosos, finalment els vols efectuat han fer arribar el dron a alçades de fins a 10 m i a temps de vol d’un màxim de 120 segons. El recorregut màxim ha estat de 266 m durant el qual s’ha enlairat, planat i ha tornat al punt inicial.

El 19 d’abril va el moment del primer vol. L’aparell, però, només es va elevar 3 metres i el seu temps de vol va durar 39 segons. En el segon vol, el 22 d’abril, la duració del vol ja va ser de 52 segons pujant a quasi 5 metres i  desplaçant-se 4.3 m en direcció horitzontal. El 25 d’abril Ingenuity es va elevar per damunt dels 5 metres, es va desplaçar 100 m i el seu vol va durar 80 segons amb una velocitat de 2.2 m/s. Va ser llavors quan va realitzar la fotografia en la que es veu el ròver Perseverance al fons. Després d’un vol fallit el 29 d’abril es va tornar a programar el quart vol per al 30. En aquest segon intent Ingenuity es va elevar a uns 5 metres, es va desplaçar a 266 m del seu punt d’eixida i el seu vol va durar 117 segons. Va ser en aquest vol quan es va enregistrar per primera vegada el so d’Ingenuity en el cel de Mart.

D’aquesta manera en el quart vol del 30 d’abril el ròver Perseverance es va convertir en la primera sonda espacial que va enregistrar sons d’una altra sonda en un altre planeta. Durant aquest vol, un micròfon inclòs amb l’instrument SuperCam a bord de Perseverance va captar el brunzit de les aspes i el rebombori del vent.

L’àudio està gravat en mono i potser siga millor escoltar-ho amb auriculars. Els científics van facilitar l’audició aïllant el so de les aspes de l’helicòpter que giren a 84 Hz (voltes per segon), reduint les freqüències per sota dels 80 Hz i per sobre dels 90 Hz i augmentant el volum del senyal restant. Es van retallar algunes freqüències per fer ressonar el brunzit de l’helicòpter, que és més fort quan l’helicòpter passa pel camp de visió de la càmera.

En el cinqué i darrer vol l’enginy arribà fins a 10 metres d’alçada, recorregué 129 m i. per primera vegada no retornà al seu lloc d’origen.

El bon comportament de l’helicòpter ha sorprés tothom. La que havia de ser una fase de demostració de tecnologia de només 30 dies ha estat un èxit rotund. Per això la NASA ha aprovat una extensió d’activitats del dron. Aquesta nova fase de demostració d’operacions farà enlairar Ingenuity cada 2 o 3 setmanes fins a finals d’agost de 2021, tot tractant de no entorpir les activitats dels instruments de Perseverance. I és que cada vegada que s’enlaira l’helicòpter cal aturar totes les activitats del ròver per a que aquest li faça fotos, vídeo, grave el seu so i sobre tot que reculla tota la informació de telemetria i d’imatges per reenviar-la a la Terra. Aquesta ha estat, per tant, una decisió que no ha agradat gens als directors dels principals instruments del robot mòbil que estan ansiosos per començar a estudiar de manera exclusiva l’entorn del cràter Jezero i deixar arrere l’experiment del dron.

Imatges:

1.- Ingenuity en el quart vol. NASA/JPL-Caltech
2.- Imatge obtinguda en el tercer vol d’Ingenuity. En la part superior esquerra es veu el rover Perseverance. NASA/JPL-Caltech @estelsiplanetes
3.- So d’Ingenuity gravat amb el micròfon de l’instrument SuperCam de Perseverance. NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/ISAE-Supaéro
4.- Diagrama que mostra els diferents components de l’helicòpter Ingenuity.  NASA/JPL-Caltech

Després de diversos ajornaments, amb una actualització del programari, l’helicòpter Ingenuity ha volat finalment. Ha estat un vol curt, de només 1 minut, però ha fet història. És possible volar en Mart i, d’aquesta manera s’obren unes possibilitats enormes en l’exploració espacial del planeta.

La tensió era extrema en el centre de control del Joint Propulsion Laboratory (JPL) mentre s’esperaven amb ansia les dades del vol del petit dron. Ingenuity no pot retransmetre dades a la Terra, sinó que el ròver Perseverance ha de ser qui reba i reenvie les dades de vol. Si, a més cal sumar-hi el desfasament horari d’uns 15 minuts a causa de la velocitat finita de la llum, l’esdeveniment no es podia seguir en  directe. Però així que arribaren les primeres dades i la primera foto feta des d’Ingenuity de la seua ombra sobre la superfície marciana tot eren salts d’alegria.

Fins i tot,  MiMi Aug, la cap de projectes de l’helicòpter, emocionada va estripar en públic els papers on s’hi trobaven les instruccions que calia seguir per si la prova fallara. I és que les dones del JPL són fonamentals en totes les activitats del Perseverance i Ingenuity.

L’helicòpter alimentat amb energia solar es va enlairar a les 12:33 Hora Solar Mitjana Local (hora de Mart), un moment del dia en que l’equip d’Ingenuity va determinar que tindria unes condicions òptimes d’energia i millors condicions per volar. Les dades de l’estació meteorològica MEDA han estat fonamentals per conèixer la velocitat i direcció del vent. Les dades de l’altímetre a bord d’Ingenuity indiquen que l’enginy va pujar a la seua altitud màxima prescrita de 3 metres i va mantenir un vol estable durant 30 segons. Després va descendir, tocant de nou la superfície de Mart després de registrar un total de 39,1 segons de vol.

I seguint la tradició de la NASA de posar noms a tots els indrets on s’han realitzat actes singulars, el camp d’aviació des d’on ha volat per primera vegada un enginy terrestre en el cel d’un altre planeta ha rebut el nom de Camp d’aviació Germans Wright (Wright Brothers Field) com a homenatge als dos fabricants de bicicletes innovadors de Dayton (EEUU) que foren els primers que volaren en un artefacte amb motor l’any 1903, i en reconeixement a l’enginy i la innovació que continuen impulsant l’exploració, segons anuncià l’Administrador associat per a ciència de la NASA, Thomas Zurbuchen.

Recordeu, però, que Ingenuity és només una demostració tecnològica — veure que és possible volar en Mart –, com l’experiment MOXIE, i no un instrument científic com MEDA o PIXL, ja que no té el propòsit d’ajudar o realitzar cap investigació científica en el planeta roig. Els experiments amb l’helicòpter duraran uns 30 dies i després, si no hi ha contraordre, el petit dron serà abandonat fins que d’ací a unes dècades siga recuperat per depositar-lo en algun museu de l’aviació a Mart o a la Terra.

Mes informació:
NASA’s Ingenuity Mars Helicopter Succeeds in Historic First Flight

Imatges: NASA/JPL-Caltech

Aquesta demostració tecnològica de la NASA intenta convertir-se a l’abril en el primer vol a motor realitzat en un altre planeta. Si té èxit, obrirà la porta a noves vies d’exploració en Mart, fins i tot per a les missions amb humans en el planeta roig.

Què és exactament Ingenuity?

Ingenuity és un petit helicòpter, un dron, inclòs entre els dispositius que la missió Mars 2020 de la NASA i el rover Perseverance han portat a Mart. Es tracta d’una demostració tecnològica, com l’experiment MOXIE, i no un instrument científic com MEDA o PIXL, ja que no té el propòsit d’ajudar o realitzar cap investigació científica en el planeta roig.

Altres demostracions tecnològiques reeixides que NASA ha portat al planeta roig són el rover Sojourner de la missió misión Pathfinder, i Mars Cube One (MarCo) junt a la missió InSight.

Què farà a Mart?

L’objectiu principal és intentar un vol d’helicòpter a motor en aquest planeta. És una frase senzilla de dir però que engloba una infinitat d’obstacles perquè isca bé. El primer d’ells, l’atmosfera marciana, que és molt prima i té prop d’un u per cent de la densitat de la terrestre. Per això, Ingenuity necessita ser extremadament lleuger i aconseguir que les seues aspes giren a una velocitat molt major. L’únic avantatge de volar en Mart és que la gravetat del planeta roig és només un terç de la terrestre, per la qual cosa cal fer menys esforç per a alçar la mateixa quantitat de massa.

Un altre objectiu important d’Ingenuity és observar si la seua estructura és capaç d’aguantar les extremes temperatures de la nit marciana, que poden baixar fins als -90 graus Celsius.

Quan enlairarà?

La NASA esperava que Ingenuity enlairara per primera vegada ahir diumenge 11 d’abril. No obstant això, l’agència ha trobat problemes en el software del dron després d’una prova de gir a alta velocitat de les aspes de l’helicòpter. Encara no hi ha una data planificada per al vol, però la NASA estima programar un nou intent al llarg de la tercera setmana d’abril.

#MarsHelicopter update: Ingenuity is healthy, but it needs a flight software update. While the development of the software is straightforward, validating and uplinking it will take time. We will set a new flight date next week. https://t.co/b0MzMIPGKz pic.twitter.com/R2wYKaCxqY
— NASA JPL (@NASAJPL) April 13, 2021

La finestra de la missió és de 30 sols (31 dies terrestres), temps en el qual Ingenuity intentarà fer diversos vols de prova i farà diferents tasques, com a presa de fotografies i dades ambientals.

On ha estat Ingenuity tot aquest temps de missió?

Davall del ‘ventre’ del cos de Perseverance, encaixat lateralment i protegit del material que es va alçar durant el descens i aterratge del ròver. Abans, tant aquest com l’helicòpter, van viatjar de la Terra a Mart en una càpsula al llarg dels 471 milions de quilòmetres que separen els dos planetes. Com una ‘pilota’ interplanetària que portava un kanguro i el seu bebé.

Com és aquest petit helicòpter?

Ingenuity és com una maleta de mà (13,6 x 19,5 x 16,3 centímetres) i pesa uns 1,8 quilos, a diferència de Perseverance, que mesura el mateix que un vehicle de ciutat i la seua massa supera la tona. Però la grandària d’aquest helicòpter no té res a veure amb la seua capacitat. Com haurà de volar per si sol i sense comunicar-se amb la Terra en temps real, està preparat per a prendre decisions de manera automàtica sobre la base de paràmetres programats pels enginyers i enginyeres de NASA: haurà d’ajustar la seua temperatura interna, analitzarà el terreny durant el vol per a mantindre la seua posició i prendrà imatges de la superfície en altura.

Què ha aconseguit fins ara?

El fet de construir Ingenuity, defensa NASA, és de per si mateix un èxit L’agència espacial ha dedicat sis anys a dissenyar aquest dron i demostrar que és possible construir una eina ultralleugera capaç de generar energia suficient com per a enlairar-se del sòl marcià i sobreviure de manera autònoma en l’entorn marcià. En aquest vídeo (a partir del 2:46) s’aprecia com vola aquest xicotet dron.
De moment Ingenuity ha superat la fase de llançament de la missió i ha demostrat que pot recarregar els seus bateries en el trajecte espacial. El petit helicòpter ha aconseguit volar en les cambres especials en la Terra que simulen l’escenari i l’atmosfera de Mart. Ara toca eixir del simulador i demostrar-lo en la vida real.

Quins passos ha de superar abans de volar?

Abans d’enlairar autònomament, Ingenuity ha de complir una llista d’objectius previs:

– Sobreviure el trajecte interplanetari a Mart i l’aterratge (fet).

– Desplegar-se de manera segura del ‘ventre’ de Perseverance i posar-se en terra (fet).

– Mantindre la seua temperatura interna durant la nit marciana (fet).

– Recarregar els seus bateries amb els seus panells solars (fet).

– Comunicar-se amb el ròver mitjançant un subsistema de Perseverance i confirmar aquesta comunicació amb NASA (fet).

– Desbloquejar els seus rotors (fet).

– Fer girar els seus rotors per primera vegada, sense enlairar del sòl.

Què passarà després si té èxit?

Si el primer vol té èxit, Ingenuity intentarà realitzar uns altres vols durant els 31 dies de proves previstos. En qualsevol cas, el  petit helicòpter haurà aconseguit una proesa de l’aviació: demostrar que és possible dissenyar un aparell de vol a motor ajustat a les característiques d’un altre planeta.

Aquesta demostració tecnològica obrirà el camí per a enviar instrumental amb capacitat de vol en les futures missions a Mart, amb i sense humans. A més, oferirà un punt de vista únic, que no està a l’abast dels satèl·lits que orbiten aquest planeta ni els ròvers o estacions desplegades en la seua superfície.

Finalment, NASA defensa que un dron en Mart podria potencialment transportar càrregues lleugeres d’un lloc a un altre sobrevolant la superfície marciana.

José Luis Zafra 10/4/2021 08.00 CEST Publicat originalment a l’Agencia SINC. Ocho preguntas sobre Ingenuity, el helicóptero ‘bebé’ de Perseverance que puede pasar a la historia de la aviación
Font: SINC.  Creative Commons.

Imatge:
Ingenuity’s Blades Are Released,  NASA/JPL-Caltech/ASU

El camí ha sigut llarg però finalment la missió de la NASA Mars2020 ja té a la vista el planeta Mart. Avui dijous 18 cap a les 21:55 h, hora central europea, la nau hi arribarà finalment i començarà la complicada maniobra del frenat aerodinàmic en entrar a l’atmosfera, amb l’us de paracaigudes i retrocoets amb el propòsit de dipositar suaument el robot Perseverance en algun punt del cràter Jezero situat sobre un antic delta. L’aterratge sobre la superfície marciana és la part més difícil i perillosa de la missió i posa els pels de punta els enginyers de la NASA. Per això rep el nom dels “7 minuts de terror” per la complexitat de les maniobres a fer mentre la nau s’endinsa en la minsa atmosfera marciana. Esperem que tot isca bé. Qui no s’arrisca no pisca.

Les anteriors exploracions del planeta des de la superfície i des de l’espai ens han mostrat que Mart va ser en els inicis de la seua vida geològica molt diferent al planeta que coneixem ara que és  fred, àrid i amb una atmosfera molt tènue, només la centèsima part de la terrestre. Les proves recollides per les missions anteriors ens confirmen que fa milers de milions d’anys era un indret molt més acollidor, més humit i amb rius i llacs a la superfície. Molts científics pensen que aquestes condicions va durar el temps suficient per permetre el desenvolupament de vida, almenys microbiana. Tanmateix aquesta vida, o les proves de la seua existència passada, no s’han trobat fins ara.

Per això es dediquen tants esforços en l’exploració del planeta. El robot Perseverance no només està dissenyat per estudiar la geologia de Mart, sinó que també cercarà senyals de vida passada, particularment en unes roques especials conegudes per la seua capacitat per preservar mostres de vida durant molt de temps. Però l’anàlisi de les mostres no es pot fer de manera rigorosa amb els instruments del robot només així que la missió recol·lectarà i emmagatzemarà un conjunt de mostres de roca i terra que seran portades a la Terra en una missió futura conjunta de la NASA i l’Agència Espacial Europea (ESA).

El rover Perseverance té una grandària semblant a la d’un cotxe petit: 3 metres de llarg, 2,7 d’ample i 2,2 d’alt, i té un braç extensible de 2,1 metres més. Amb 1.025 kg, Perseverance disposa de set instruments científics, entre els que destaca, segons explica el Centro de Astrobiologia/CSIC, MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer, analitzador de la dinàmica ambiental de Mart). MEDA consta de set sensors per mesurar la direcció i velocitat de vent, la humitat relativa, la pressió atmosfèrica, la radiació solar ultraviolada, infraroig i visible, les propietats de la pols en suspensió, la temperatura de terra i de l’aire, i a més, una càmera per prendre imatges del cel marcià (inclosos els núvols).  MEDA ha estat construït per un equip internacional, liderat pel Centro de Astrobiología/CSIC, i del que també formen part diversos grups d’investigació de l’estat, entre ells el Grup de Micro i Nanotecnologia de la  Universitat Politècnica de Catalunya. A més de MEDA, el rover Perseverance comptarà amb sis instruments més.

Mastcam-Z, un avançat sistema de càmeres, que permetrà captar imatges panoràmiques, estereoscòpiques i fer zoom, SuperCam que proporcionarà imatges, anàlisi de composició química i mineralogia a distància, PIXL, un espectròmetre fluorescent de raigs X que analitzarà la composició química de materials de superfície marcians, SHERLOC, un espectròmetre que proporcionarà imatges a una escala molt fina, i utilitzarà un làser ultraviolada (UV) per analitzar minerals i compostos orgànics, Moxie, una demostració tecnològica que produirà oxigen a partir del diòxid de carboni existent a l’atmosfera marciana que podrà ser utilitzada per futurs astronautes i RIMFAX, un radar de penetració per analitzar l’estructura geològica del subsòl. Ja anirem parlant d’aquests instruments a mesura que es desenvolupe la missió. PIXL i SHELLOC seran els instruments principals que s’usaran per cercar elements biològics marcians. S’espera que Perseverance efectue multitud d’anàlisi al voltant de la zona d’aterratge almenys durant un any marcià (uns dos anys terrestres).

Imatge 3D d’Ingenuity. Si passes el ratolí per la figura i la punxes al centre, eixirà una ma que el farà moure.

Just amb Perseverance viatja un altre petit vehicle afegit a última hora. Es tracta d’un petit helicòpter, Ingenuity, alimentat per energia solar i capaç d’allunyar-se volant del robot durant uns minuts. Està pensat com a prova de disseny però el seu únic instrument, una càmera, permetrà observar zones on Perseverance no puga accedir. Donat que l’atmosfera de Mart és molt tènue les aspes han de batre a unes 2000 revolucions per minut, tan ràpid com una batedora elèctrica. Serà el primer objecte terrestre que vola en el cel d’un altre planeta.

Per veure l’aterratge en directe podeu connectar-vos al canal Youtube del CCCB a partir de les 21:30 o directament a l’enllaç següent. En el programa participaran els astrofísics Guillem Anglada de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), descobridor del primer planeta al voltant de Proxima Centauri, i Mariona Badenas del Planetary Science en el MIT (EUA), juntament amb els professors de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) Ignasi Casanova i Miquel Sureda, enginyer espacial de l’IEEC i divulgador que conduirà l’acte.

Més informació.
El Centro de Astrobiología se prepara para viajar a Marte por tercera vez 23 juliol 2020
Com seran els set minuts de terror del robot que arriba aquest dijous a Mart, Rafael Clemente, 17 febrer 2021
Recursos multimèdia de la missió Mars2020

Imatges:
Totes les imatges son de NASA/JPL-Caltech