Llegó el día. Después de años de arduo trabajo y labor, la NASA ha completado todos los pasos posibles y la secuenciación para el aterrizaje más complejo jamás intentado en otro planeta. Ahora depende de la tecnología construida y cuidada durante años por ingenieros y técnicos en la Tierra para funcionar exactamente como se planeó.

Si todo va bien, Perseverance aterrizará de forma segura en el cráter Jezero a una hora real en la Tierra de las 15:43:42 EST (20:43:42 UTC), con la confirmación del aterrizaje recibida 11 minutos 22 segundos después a través de las instalaciones de Madrid, España. de la Red de Espacio Profundo a las 15:55:04 EST (20:55:04 UTC).

Llegando a Marte y sus desafíos

Históricamente, ahora existe, con los éxitos de Al-Amal y Tianwen-1, una probabilidad de poco más del 50% de tener éxito en colocar una nave espacial en Marte, ya sea insertándola en órbita o aterrizándola en la superficie.

Si bien eso es técnicamente cierto desde un punto de vista histórico completo, es algo engañoso en base a la tecnología utilizada para los intentos iniciales de Marte a lo largo de las décadas de 1960 y 1970 y la tecnología más nueva que ha tenido una tasa de éxito mucho mayor en las últimas dos décadas.

Desde principios del siglo XXI, 17 misiones a Marte, sin contar Perseverance (cuyo éxito no se puede determinar hasta el aterrizaje), partieron (o intentaron partir) hacia Marte con el propósito de entrar en órbita o aterrizar en el planeta. De ellos, 13 han tenido éxito y cuatro han fracasado.

Eso da una tasa de éxito internacional del siglo XXI justo por encima del 75%, mucho mejor que el promedio histórico del 52%.

Pero esos números en sí mismos no cuentan la historia completa. Incluso las misiones del siglo XXI con tecnología autónoma bien construida y probada han fallado durante eventos críticos como el aterrizaje, al igual que el destino del módulo de aterrizaje Schiaparelli de la Agencia Espacial Europea en octubre de 2016.

Es más, mientras que Perseverance utilizará algunos de los mismos sistemas que ayudaron a aterrizar el rover Curiosity en Marte en agosto de 2012, Perseverance también utilizará nueva tecnología para ejecutar el aterrizaje más extremo jamás intentado en otro planeta.

Perseverance tiene un objetivo de aterrizaje muy pequeño y conlleva la necesidad de evitar, en tiempo real, terrenos potencialmente peligrosos dentro del cráter Jezero, que en sí mismo es una cuenca de impacto de 45 kilómetros de ancho.

Durante las etapas finales del descenso, los sistemas de aterrizaje a bordo de Perseverance tendrán que navegar por acantilados escarpados, dunas de arena, campos de rocas y cráteres de impacto más pequeños para encontrar una ubicación segura para dejar el rover.

Terrain Relative Navigation y Range Trigger, ambas nuevas tecnologías incorporadas en los sistemas de aterrizaje de Perseverance, permitirán la toma de decisiones en una fracción de segundo, así como la capacidad de abortar el aterrizaje en un lugar y volar a un sitio diferente cercano si es necesario.

De hecho, es un desafío, y aunque no hay garantía de éxito, hay muchas razones para creer que los ingenieros, técnicos y planificadores de misiones de la NASA han hecho todo lo posible para garantizar que el rover llegue a la superficie de manera segura.

A favor de Perseverance no solo están las probabilidades generales del siglo XXI, sino las probabilidades generales de la NASA de aterrizar algo en el Planeta Rojo, especialmente cuando se trata de rovers, para los cuales la agencia espacial estadounidense tiene una impresionante tasa de éxito del 100%.

Moreso, los rovers Sojourner, Spirit, Opportunity y Curiosity han disfrutado de una larga carrera científica para sus diseños, y el Opportunity ha superado su misión planificada de 90 días por una duración final de 14 años y 138 días.

Sin embargo, aterrizar en Marte es extremadamente difícil por varias razones, una de las cuales es que todos los comandos deben almacenarse con anticipación, ya que no hay forma de comunicarse en tiempo real en función de las distancias entre Marte y la Tierra.

Para el aterrizaje de Perseverance, tomará 11 minutos 22 segundos para que una señal del rover llegue a la Tierra.

Para cuando los equipos del Laboratorio de Propulsión a Chorro reciban la señal de confirmación de que Perseverance ha entrado en la atmósfera marciana, el rover ya habrá aterrizado de forma segura o se habrá estrellado cinco minutos antes.

Entrada, descenso y aterrizaje: siete minutos de terror

Con la secuencia final y los comandos enviados, ahora depende de la tecnología y el software de Perseverance ejecutar el programa de aterrizaje según lo planeado y llevar el rover de manera segura a la superficie.

En general, hay 16 eventos de secuencia principal en la coreografía de Entrada, Descenso y Aterrizaje que deben reducir la velocidad de Perseverance de 19.332,6 km/h a 0 km/h en solo seis minutos.

Los primeros elementos de esta secuencia incluyen la separación de la etapa de crucero, que ha proporcionado potencia, datos y capacidades de comunicación durante el crucero desde la Tierra, seguida de un giro, que detendrá el giro de cuatro rpm del vehículo que lo estabilizó durante el crucero interplanetario.

El paso final antes de la entrada atmosférica será deshacerse de las masas de equilibrio de crucero para permitir que la cápsula de entrada logre las actitudes adecuadas durante el aterrizaje.

A medida que comience la entrada atmosférica, el vehículo continuará acelerando hacia Marte ya que la tenue atmósfera alrededor del planeta aún no es lo suficientemente espesa como para comenzar a reducir la velocidad de la nave.

Cuando la atmósfera se vuelva lo suficientemente espesa, comenzará la guía activa cuando la nave espacial encuentre focos de aire más denso y menos denso dentro de la atmósfera de Marte. Este período de guía activa mantendrá a la nave en curso hacia el lugar de aterrizaje haciendo pequeños ajustes en la trayectoria mientras navega por la atmósfera.

Un minuto después del pico de calentamiento, se activará una maniobra de alineación de rumbo para corregir cualquier error adicional de rango transversal impartido durante la entrada atmosférica que no pudo corregirse mediante guía activa.


Poco después, la nave comenzará su maniobra de "Enderezar y volar a la derecha", o SURF, expulsando seis masas de equilibrio más y cambiando su ángulo de ataque general a cero para permitir que el vehículo comience un descenso mucho más vertical que horizontal.

Luego, el despliegue de paracaídas seguirá a una altitud de 11,94 kilómetros, con el despliegue iniciado por la parte Range Trigger del sistema de aterrizaje (más detalles se proporcionan a continuación).

A continuación, la eliminación del escudo térmico expondrá al rover a la atmósfera marciana y permitirá que sus cámaras e instrumentos comiencen a recopilar datos a medida que desciende a la superficie.

Esa recopilación de datos es inmensamente importante ya que el sistema de navegación relativa al terreno comienza a comparar las imágenes en vivo que toman los sistemas de aterrizaje con las imágenes orbitales del lugar de aterrizaje mientras intenta determinar si el área a la que se dirige naturalmente la nave es segura para aterrizar o si necesita desviarse de un peligro potencial como un acantilado, una roca, un cráter o una duna de arena.

Una vez que se encuentra una solución de aterrizaje del sistema Terrain Relative Navigation, la carcasa trasera se separa y los motores de la etapa de descenso, que proporcionarán la mayor parte de la disminución de la velocidad final, se encienden.

Los ocho propulsores de la etapa de descenso no son necesarios para el aterrizaje real. La mitad se desactivará justo antes del lanzamiento del rover, ya que los cables de la grúa del cielo del sistema de aterrizaje bajan la Perseverance el resto del camino, con la etapa de descenso flotando entre 16 y 20 metros sobre la superficie marciana.

Tan pronto como las ruedas de Perseverance detecten el contacto con el suelo, se enviarán señales para cortar el cable de descenso, lo que permitirá que la etapa de descenso se incline para realizar una maniobra de escape y un aterrizaje forzoso en la superficie de Marte a unos pocos kilómetros de distancia.

En el momento del aterrizaje, serán las 15:53 hora solar media local en el cráter Jezero (que no debe confundirse con la hora local casi idéntica en la Tierra en formato de hora EST).

La secuencia completa de descenso y aterrizaje de entrada, incluidos los números de altitud y velocidad, se enumeran en la tabla a continuación. Todas las horas son hora estándar del este, que es UTC-5.

Range Trigger y sistemas de navegación relativa al terreno

Para ejecutar el aterrizaje más atrevido hasta el momento en el Planeta Rojo, Perseverance utilizará tanto un elemento Range Trigger como un sistema Terrain Relative Navigation.

El Range Trigger permitirá que el vehículo conozca con precisión su altitud mientras se dirige hacia la superficie para que su paracaídas pueda desplegarse a la altitud adecuada en relación con el lugar de aterrizaje.

Después de eso, el escudo térmico se despliega y el sistema de navegación relativa al terreno comienza a adquirir imágenes de la superficie marciana para identificar de forma autónoma cualquier peligro que deba evitarse.

Para hacer esto, el sistema Terrain Relative Navigation se compone de dos elementos, incluido el sistema Lander Vision y el sistema Safe Target Selection.

El tiempo operativo completo del Lander Vision System es de solo 25 segundos, y rápidamente adquirirá imágenes de la superficie marciana para compararlas con imágenes orbitales del sitio de aterrizaje, con la capacidad de examinar una imagen por segundo.

Las computadoras del sistema examinarán las imágenes en busca de sombras claras y oscuras que contrasten que indiquen acantilados, cráteres, campos de rocas e incluso picos montañosos.

La repetición de ese proceso cada segundo proporciona claridad al sistema en general y confianza en la capacidad de encontrar un lugar seguro para aterrizar. Una vez que se confirmen tres comparaciones exitosas de imagen a mapa, el sistema de visión Lander cambiará al modo de coincidencia fina de puntos de referencia, cuando comenzará a buscar áreas de 125 metros de la superficie en busca de un mínimo de 20 coincidencias entre el día de recolección y la órbita. imágenes pre-almacenadas.

Todos estos se introducirán en el sistema Safe Target Selection, que calculará dónde aterrizará el vehículo y será capaz de trazar una ubicación de aterrizaje adecuada de respaldo a una distancia de hasta 600 metros del punto de destino natural donde el rover aterrizaría sin ningún cambio. impartido desde el sistema.

Los miembros del equipo de la misión han seleccionado y mapeado lo que creen que son las áreas más seguras para aterrizar el rover en relación con su capacidad para llevar a cabo sus objetivos científicos una vez en la superficie. Sin embargo, los dos nuevos sistemas de aterrizaje eliminarán la incertidumbre restante causada por los límites de resolución de imagen de los estudios orbitales obtenidos.

Llamando a casa

Al igual que con la llegada de Al-Amal a Marte la semana pasada, la instalación de Deep Space Network en las afueras de Madrid, España, será la principal estación receptora del flujo de telemetría de datos detallados que regresa a la Tierra desde Perseverance.

Los arreglos en Goldstone en California servirán en un papel de apoyo durante el aterrizaje, mientras que los arreglos de Canberra recibirán señales en las horas previas al aterrizaje.

Hasta el momento del despliegue backshell, Perseverance podrá enviar un flujo constante de datos detallados directamente a la Tierra. Sin embargo, pasado ese punto, el lugar de aterrizaje pierde su línea de visión directa con la Tierra.

Para cubrir esa brecha de comunicaciones, la nave espacial Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) y Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) de la NASA, así como el Trace Gas Orbiter de la Agencia Espacial Europea, estarán dentro de la línea de visión para captar las señales de Perseverance. y retransmitirlos a la Tierra.

El flujo de retransmisión principal vendrá de MRO, que recopilará las señales, las compilará en paquetes de datos de 5 segundos con 16 segundos de latencia y las transmitirá a la Tierra.

MAVEN recopilará la información y almacenará los datos internamente para su transmisión más tarde, mientras que Trace Gas Orbiter realizará una copia de seguridad de MRO y MAVEN según sea necesario.

Además del flujo de datos detallado, Perseverance también enviará señales más simples sin datos detallados en tonos de frecuencia de banda X y una señal portadora de frecuencia ultra alta (UHF). La señal UHF ayudará a determinar la funcionalidad general de la nave espacial durante la secuencia de aterrizaje, mientras que los tonos de la banda X revelarán la finalización de hitos clave.

Los tonos de la banda X se recibirán a través de las antenas de Deep Space Network mientras que la señal UHF será monitoreada por el Observatorio Green Bank en West Virginia, EE. UU., y el Observatorio Effelsberg en Alemania.

El uso de MRO, MAVEN y Trace Gas Orbiter como relés de comunicación y centros de comunicación es un elemento integrado de su diseño, ya que la mayoría de los orbitadores enviados a Marte tienen la tarea no solo de sus misiones científicas primarias sino también de servir en esta función de retransmisión de comunicación para las nuevas llegadas de misiones.

Tal cooperación internacional es habitual con las llegadas planetarias a Marte, siendo el ejemplo más reciente la propia nave espacial MAVEN, que sirvió como retransmisor de comunicaciones y centro para la sonda Al-Amal de los Emiratos Árabes Unidos que llegó la semana pasada.

Suponiendo que el mensaje crítico "He aterrizado de forma segura y espero instrucciones" llegue de Perseverance como se esperaba, el rover comenzará una misión científica primaria planificada de dos años terrestres y un año marciano, aunque si los rovers anteriores de la NASA son una indicación, Perseverance lo hará. con toda probabilidad superará con creces su vida prevista y disfrutará de una prolongada carrera científica en el Planeta Rojo.

Pero antes de que pueda comenzar esa misión, la nave debe aterrizar con seguridad.

Fuente: NASA Spaceflight