El rover Mars 2020 llevará un pequeño helicóptero a Marte

Hace tres años se planteó seriamente la posibilidad de que el rover Mars 2020 de la NASA incorporase un helicóptero, o mejor dicho, un pequeño dron de exploración. Después de muchos tiros y aflojas la NASA ha aprobado la misión de la pequeña aeronave, que, con un poco de suerte, en 2021 se convertirá en el primer artefacto volador que surca los cielos del planeta rojo. A la espera de un nombre más inspirador, el cacharro ha sido bautizado como Mars Helicopter Technology Demonstrator, dejando claro que no se trata de un vehículo maduro, sino que es un demostrador tecnológico.

El rover 2020 llevará un helicóptero (NASA).
El rover 2020 llevará un helicóptero (NASA).

El dron tendrá una masa de 1,8 kg (por lo que solo pesará 0,7 kgf en Marte) y dispondrá de dos conjuntos de aspas contrarrotatorias que girarán a tres mil revoluciones por minuto, diez veces más rápido de lo que giran las aspas de un helicóptero en la Tierra para compensar la tenue atmósfera marciana. El dron usará unos pequeños paneles solares para recargar sus baterías y estará dotado de una instrumentación muy básica, principalmente una cámara que nos ofrecerá espectaculares vistas del rover en su lugar de aterrizaje (que, por cierto, todavía no se ha elegido, aunque mi voto personal va a Jezero). La vida útil de la misión será de solo treinta días durante los cuales se efectuarán hasta cinco vuelos.

Rover Mars 2020 (NASA).
Rover Mars 2020 (NASA).

Este concepto de pequeño helicóptero marciano se remonta a 2013, pero no sería hasta 2015 cuando la NASA se empeñó en vincular este proyecto del JPL al rover Mars 2020. El investigador principal y el resto del equipo de la misión nunca vieron con buenos ojos la inclusión del dron al tratarse de un proyecto que podría distraer al gran público y los medios del objetivo principal de la misión, que no es otro que la búsqueda de vida en Marte y depositar contenedores con muestras del suelo para que sean recogidos por una misión posterior. También temían que el pequeño helicóptero aumentase los costes de la misión o que pudiera interferir con algún instrumento. Por lo que se ve el cuartel general de la NASA ha considerado que estos temores son infundados.

Eso sí, para asegurarse de que el helicóptero no supone ningún riesgo para el rover se ha decidido que no volará directamente desde la parte superior del vehículo, sino que primero se desprenderá de la panza del rover y solo volará cuando este se haya alejado lo suficiente. El primer vuelo tendrá una duración de treinta segundos y el dron solo se elevará en vertical unos tres metros. En un principio se sugirió que el dron se usase para planificar la ruta a seguir por el rover, pero este punto ahora ya no está tan claro. El helicóptero también ha incrementado su masa estos últimos años, de cerca de 1 kg a casi 2 kg. Esta sonda será la primera que se desplace por el aire en Marte, aunque no será el primer vehículo que vuela por un cielo alienígena, ya que los dos globos de las misiones soviéticas VeGa vagaron por el cielo de Venus a mediados de los años ochenta.

Elementos del helicóptero (NASA).
Elementos del helicóptero (NASA).

De entre todos los mundos rocosos del sistema solar con atmósfera Marte es el menos indicado para hacer volar un avión o un helicóptero. La baja densidad de su atmósfera (0,7% de la terrestre) provoca que las superficies aerodinámicas tengan que diseñarse para una combinación única de números de Reynolds muy bajos y números de Mach muy altos (el número de Reynolds mide la viscosidad de un fluido, en este caso la atmósfera, que es mayor a números de Reynolds más bajos, mientras que el número de Mach es la velocidad del sonido). El rango de número de Reynolds que un avión marciano puede encontrar en Marte es comparable al que experimentan las maquetas o los aviones de muy pequeño tamaño en la Tierra cuando vuelan a velocidades muy bajas. Para un helicóptero esto significa que los rotores tendrían números de Lock pequeños (el número de Lock es la proporción entre las fuerzas aerodinámicas y el resto de fuerzas que actúan sobre la superficie del rotor).

En las pasadas décadas se han propuesto todo tipo de aviones y helicópteros para explorar Marte, pero su utilidad potencial decayó enormemente tras la entrada en servicio de sondas orbitales con cámaras de alta resolución como la Mars Global Surveyor o, especialmente, la Mars Reconnaissance Orbiter. Como el punto débil de un avión marciano es la compleja y crítica secuencia de despegue, a principios de siglo el JPL propuso enviar un helicóptero a Marte empleando una sonda similar a la Mars Pathfinder. El helicóptero tendría una masa de entre diez y veinte kg y se alejaría de la sonda a una distancia de hasta diez kilómetros, usando para ello una turbina de hidrazina o una célula de combustible.

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Propuesta de helicóptero de principios de siglo basada en la Pathfinder (JPL/NASA).
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Prototipo de helicóptero marciano del JPL (JPL/NASA).

El helicóptero de Mars 2020 podría tener un impacto muy positivo de cara a consolidar las tecnologías de la futura misión Dragonfly, un dron que debe explorar los cielos de Titán. No tanto por las coincidencias técnicas —obviamente Dragonfly no es exactamente un helicóptero y la atmósfera de Titán es muy distinta de la de Marte—, como desde el punto de vista político y de relaciones públicas. Pese a todo, por el momento no hay ninguna otra misión en firme o pendiente de ser aprobada que contemple el uso de helicópteros. Es importante recalcar que el pequeño helicóptero es un demostrador tecnológico y que no forma parte de ninguno de los objetivos científicos de la misión Mars 2020. Pero también es cierto que, de salir bien, tendría un impacto mediático descomunal en una misión que, a priori, podría parecer demasiado similar a Curiosity para el gran público. Recordemos que el pequeño rover Sojourner alcanzó una fama fulgurante gracias a sus pequeños recorridos alrededor de la Mars Pathfinder en 1997.

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Un helicóptero en Marte ( NASA/JPL).

Referencias:

  • xhttps://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2018-096&rn=news.xml&rst=7121

32 Comentarios

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miguelmiguel

Por ese peso creo que merece la pena, para probar tecnologias. Un planeador/avion con paneles solares y volando permanentemente aportara poca ciencia, pero un vuelo a media altura en el valle marineris, no me negareis que no seria digno de ver y si es en imax ya seria el colmo.

Pero ponerle paneles solares teniendo un reactor nuclear por lis alrededores, yo pondria para que vaya por delante del rober y este lo vaya recargando con el brazo robot, ahorro de peso y mas longevo. El robert marciano total … por ahora que no hay agua.

Muchas gracias Daniel, estas noticias me encantan.

danieldaniel

Entonces en 2020 o 21 habrá dos rovers buscando vida en Marte, ¿no? “Mars 2020″ de la NASA y “Exomars 2020″ de la ESA

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Debido a la baja densidad atmosférica, también se había pensado en construir enormes dirigibles sobre Marte que, por ejemplo, servirían para llevar equipos de un sitio a otro sin necesidad de usar rovers (para salvar mejor las pendientes de algunas zonas montañosas marcianas).
Es excitante el contrastar las posibilidades que podamos pensar, con lo que realmente va a ocurrir en otros mundos. El poder hacer volar un dron está bien. Supongo que el sueño de cualquier ingeniero aeronáutico, sería el poder construir un helicóptero o un avión para usarlo en otro mundo. Aquí en la Tierra, el Mi-26 (que está diseñado para llevar 20 toneladas) puede levantar hasta 56 toneladas, pero el helicóptero más potente sobre Marte, ¿qué masa límite máxima podría levantar?, ¿nosotros llegaremos a vivir todo esto?.

GMGM

O cuanta menos masa, teniendo en cuenta que habrá de utilizar mucha más energía para la sustentación y almacenarla. Haciendo que el equivalente a un CH-47 Chinook lleve más combustible que su equivalente terrestre, aunque tenga que levantar un 62% menos de peso.

De ahí que el dron marciano use aspas contrarrotatorias, que son el sistema de aspas más eficientes dentro de los helicópteros, al gastar todo la energía en la sustentación y la dirección; y nada en la contra-rotación.

Tan sólo utilizados por los Kamov fabricados en serie y los Sikorsky, GEN, Berkut, Mazolini, Phoenix, Cierva, Eagle’s, Breguet, Gyrodyne y Brantly experimentales.

Todos, salvo los Kamov (por su obsesión por este sistema), han sido cancelados o están en desarrollo, incluido a nivel de drones; lo cual arroja una sombra sobre la idoneidad de un diseño para este dron tan poco probado en Estados Unidos . Pero siendo un demostrador, no tendría mucha relevancia su pérdida.

GMGM

Pienso que hubiera sido mejor lanzar un globo con instrumentos y cámaras en la Mars 2020 a lo VeGa, y fabricado por el CNES al estilo de la sonda francesa Eos (seguro que a Macron le interesa para hacer méritos ante Trump), pudiendo tomar fotos del rover igual y estudiar la distribución de las capas de la atmósfera y vientos de cara a recopilar datos para desarrollar estos drones de ala fija o rotativa para futuras misiones.

Si este dron es desplegado y va a dar con cambios no esperados de presión y velocidad de los gases de la atmosfera marciana, con 15 minutos de retardo en la señal; se puede marcar un “Schiaparelli” de libro. Suerte que es un demostrador.

PelauPelau

Una versión “mini” de este concepto (globo “de vacío” dirigible) molaría:
https://www.nasa.gov/directorates/sp...rs_Missions

Sobre lo segundo, la referencia pone:
“We don’t have a pilot and Earth will be several light minutes away, so there is no way to joystick this mission in real time,” said Aung. “Instead, we have an autonomous capability that will be able to receive and interpret commands from the ground, and then fly the mission on its own.”

Capacidad autónoma de vuelo, vale. Lógicamente, es una de las tecnologías que este demostrador pretende testear. No obstante, la explicación es un tanto vaga, supongo que por “ground” se refiere al rover. Es decir, tiene sentido que para ahorrar peso el helicóptero cuente sólo con sensores y radioenlace, dejando la tarea de “piloto remoto” a la CPU del rover.

Saludos.

GMGM

No creo, según lo dicho, intentan que no interfiera en la misión primaria.

Pero como sea así y la CPU del rover falle por códigos incorrectos, dañados o incompletos del dron (que es mucho más barato, desarrollado desde cero y con menor plazo).

Sería esperpéntico.

PelauPelau

Pues 5 breves vuelos “demostrativos” en un período de 30 días (tal es la vida útil de la misión del helicóptero) no me parece una interferencia seria en la misión primaria del rover en términos de tiempo, es decir, de uso de su CPU.

Además, el rover de todos modos verá interferidas sus habituales tareas cada vez que el helicóptero realice una de sus “demostraciones”, sin importar en dónde resida la susodicha “capacidad autónoma de vuelo”. ¿O no?

Mi suposición (absolutamente innecesaria si la explicación de Mimi Aung hubiera sido menos vaga) consiste en 2 puntos:

1) El helicóptero nunca se distanciará mucho del rover, o sea que el LAG entre ambos será despreciable. En este sentido da igual que la “capacidad autónoma de vuelo” A.K.A. “el piloto” esté en el helicóptero o en el rover. En cualquiera de ambos casos puede ocurrir un glorioso “scacharelli”: software crash = helicopter CRASH!!!

2) El helicóptero debe ser lo más liviano posible y/o de todos modos el computador del rover será más potente que el del helicóptero. En este sentido puede ser prudente, conveniente, o absolutamente necesario que “el piloto” esté en el rover, no en el helicóptero. Aunque más no sea para minimizar la probabilidad de un glorioso “scacharelli”.

Por “el piloto” me refiero a una aplicación (un software que se carga y ejecuta sólo cuando es necesario, cuando el helicóptero ha de volar). Tú parecería que tienes en mente algo más cercano a un firmware (un software potencialmente más “tóxico” para el sistema).

Como sea, la NASA tiene vasta experiencia en “uploadear” nuevo software en sus sondas. Muy pero MUY chapuzas tiene que ser un software (aplicación o firmware) para hacer fallar la CPU al punto que impida la descarga e instalación de una versión parcheada.

Saludos.

MITOMITO

¿Y simplemente adaptar la tecnologia de los drones comerciales?.
Yo opero un Phantom 4 Pro en vuelos forestales y puede trabajar en forma casi autonoma.
El problema sería la radiación electeomagnetica que afectaria al hardware y olvidarce del GPS y compas, pero un navegador inercial y radialtimetro creo que funcionaria.
No creo que intenten inventar la rueda con el dron de Marte, cuando ya existen conceptos probados.

Jimmy MurdokJimmy Murdok

Tengo entendido que lleva paneles solares. Entiendo que su uso se puede extender mas allá de los 30 días, o solo lleva una batería que lo haga funcionar hasta agotarse?

PelauPelau

La referencia pone: “The helicopter also contains built-in capabilities needed for operation at Mars, including solar cells to charge its lithium-ion batteries…”
Saludos.

RafaelRafael

Muchas gracias Daniel, por estas noticias tan interesantes.
No le veía mucha utilidad a la incorporación del helicóptero desde un punto de vista de la misión, pero sin duda a nivel de experimento, me pareció una idea muy interesante. Me decepcionó la autonomía de 3 minutos del aparato, pero al principio no sabía que las hélices debían rotar 10 veces más rápido que en la Tierra. Supongo que se traducirá en 10 veces más energía. No conocía los aspectos técnicos que mencionas de Los Reynolds y Lock. Es un aliciente para investigar de qué se trata y aprender algo nuevo.
Estaría bien saber cómo se maniobrarán los vuelos, porque la media hora que tarda en llegar una señal desde Marte es superior a los 3 minutos de autonomía del aparato. Imagino que desde Tierra, le dirán, ve a esta zona y graba fotos y el dron, lo hará todo solo. Existe alguna herramienta que permita incorporarse en caso de que por cualquier razón tuviera un accidente?
Espero que pronto le pongan a los rover un sistema de conducción autónomo que les permita operar sin recibir órdenes directas de un operador. Estaría bien poder hacer que vaya a un sitio determinado y el aparato decida cómo, para ampliar las distancias que pudiera recorrer. Es esto ya así? Cierto que no hay GPS por allí aún, pero no sé si hay inventado algún sistema de navegación.

Jimmy MurdokJimmy Murdok

No exactamente, es cierto que al diseñar la propulsión de un dron, es más eficiente usar un motor a pocas revoluciones con hélices grandes que altas RPM con hélices de poco diámetro. Pero la energía usada está mas directamente relacionada con el esfuerzo que se realiza y por lo tanto al encontrar poca resistencia al aire el sistema no se va a ver demasiado perjudicado. El esfuerzo está relacionado con las moléculas de aire que se tienen que desplazar.
Diría que no va a ser el dron más eficiente del mercado pero para nada 3 veces menos, además la gravedad marciana es tres veces menor.
Aunque con todo el tema del comportamiento de las hélices a baja presión que se comenta en el artículo me pierdo.

Fernando GeneraleFernando Generale

Una idea muy buena pero yo prefiero un dronm tipo aeroplano para estudiar Venus :-)

mortadelo y filemónmortadelo y filemón

No entiendo el funcionamiento del dron en Marte. La presión atmosférica es de menos del 1% que en la Tierra. Las aspas deben de producir un 1% de la fuerza de sustentación que producirían en la Tierra girando a las mismas revoluciones por minuto. Aunque la gravedad hace que el peso del dron sea menor que en la Tierra sigue sin compensar.

Daniel Marín

Compensa porque la fuerza de sustentación es directamente proporcional a la densidad del fluido, pero crece con el cuadrado de la velocidad.

Francisco Javier GalueFrancisco Javier Galue

Desde finales de los 70 y principios de los 80 se ha barajo la idea de enviar una aeronave robot que hiciera un reconocimiento aéreo del Planeta Rojo. Recuerdo un artículo de Mecanica Popular que planteaba llevar naves robots en las cápsulas usadas por los Vikingos a Marte para luego desplegarlos antes de llegar a la superficie y volar indefinidamente. Para el 2003 se había planteado ya la misma idea en NASA de un avión robot o drone. Ahora con la tecnología que hay de los drones veo que la cosa es un poquito más fácil. Me quiero imaginar las Tomás aéreas desde el sitio de descenso del Rover 2020. Propongo como nombre drone Da Vinci

PelauPelau

No colaría, los acrónimos coolgeniosos están demasiado de moda.
La NASA sabe que la CNSA retrucaría con Alpha Chino.

Jose Manuel CeleminJose Manuel Celemin

Yo lo llamaria
Hermanos Wright II o algo parecido
Seria el primer vuelo en otro mundo

Rengel

Buenos nombres, pero lamentablemente encontraran un acronimo calzado a la fuerza con eso de “Mars Helicopter Technology Demonstrator”

TxemaryTxemary

Me gusta el concepto (es del JPL así que no se esperan sobrecostes de millardos…), lo que no termino de ver es esa cerrazón a no usar el dron para guiar al rover.
Una cosa es que no tenga un papel en la misión principal y otra que no haga nada más que estar ahí y enviar otras imágenes a parte de las del rover. Si es así me parece más que un demostrador, pura propaganda. ¡De la que mola! Sí… pero bueno.

U-95U-95

¿30 dias?. Tambien decian que Spirit y Oppy solo durarian unos 90 dias y ya vemos que fue de ellos.

No sera mas que un ejercicio PR, salvo para esos cientificos que sepan sacar datos de la telemetria que envie, pero desde luego va a ser digno de ver. Es una lastima que lo que tenemos no de para enviar video en streaming desde Marte.

TrantorTrantor

Creo que podria ser una maniobra publicitaria para diferenciarse de Exomars 2020.
Con objetivos parecidos y llegando el rover europeo antes la Nasa busca dar un golpe de efecto para hacer su misión mas atractiva de cara al gran público. Y de una manera barata. Un helicóptero marciano cumple perfectamente con ello.
Saludos.

Pedro

Hombre, sin duda algo de propaganda hay, teniendo en cuenta que en el 2020 la competencia rusoeuropea y china será dura. Pero el concepto es muy interesante. Saludos

juanjojuanjo

Tan solo una “pijotería”:
“Esta sonda será la primera que se desplace por el aire en Marte, aunque no será el primer vehículo que vuela por un cielo alienígena, ya que los dos globos de las misiones soviéticas VeGa vagaron por el cielo de Venus a mediados de los años ochenta.”
En realidad los globos no vuelan sino que flotan, con lo que será el primer aerodino extraterrestre.

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