El rover Perseverance de la NASA ha despegado hoy con éxito rumbo a Marte. Se cierra así la campaña de misiones hacia el planeta rojo aprovechando la ventana de lanzamiento de este año, una campaña que inauguró la sonda Al Amal de Emiratos Árabes Unidos y que continuó la sonda Tianwen 1 china (la sonda europea ExoMars 2022 —antes ExoMars 2020— se quedó fuera de esta ventana y tendrá que esperar hasta dentro de dos años). Perseverance despegó a bordo de un cohete Atlas V 541 desde la rampa SLC-41 de la Base Aérea de Cabo Cañaveral el día 30 de julio de 2020 a las 11:50 UTC en la misión AV-088 de la empresa ULA. Tras el primer encendido de la segunda etapa Centaur, la sonda fue colocada en una órbita baja de unos 70 x 250 kilómetros y 29º de inclinación, aunque un segundo encendido situó la nave en una trayectoria de escape antes de que efectuase una revolución alrededor de la Tierra. Perseverance se separó de la segunda etapa unos 57 minutos después del despegue, cuatro minutos tras el segundo apagado de la etapa Centaur. Perseverance es el quinto rover que envía la NASA a Marte tras Sojourner (Mars Pathfinder), los dos MER (Spirit y Opportunity) y Curiosity (MSL). También es el sexto rover enviado al planeta rojo en total después de que China lanzase la sonda Tianwen 1 con un rover el pasado 23 de julio (no contamos aquí el «rover» PrOP-M de la misión soviética Mars 3).

Mars 2020 ha sido construida siguiendo el mismo diseño general que la sonda MSL (Mars Science Laboratory) y el rover Curiosity, lanzados en 2011. La sonda Mars 2020 tiene una masa de unas 4,15 toneladas al lanzamiento e incluye la etapa de crucero y el escudo térmico, dentro del cual viaja la etapa de descenso y el rover Perseverance propiamente dicho (en este punto, conviene aclarar que el nombre de la misión es oficialmente Mars 2020 y que solo el rover ha sido bautizado como Perseverance; la etapa de crucero y la etapa de descenso no entran por tanto dentro de la denominación ‘Perseverance’, aunque, no obstante, esta distinción suele obviarse). El objetivo de Perseverance es buscar biomarcadores en el cráter Jezero, o sea, averiguar si la vida surgió alguna vez en el pasado de Marte, cuando el planeta rojo era habitable y había agua líquida en su superficie.

Con una masa de 1025 kg, Perseverance es el rover más pesado jamás lanzado a Marte, superando a su hermano Curiosity (que «solo» tenía una masa de 899 kg), aunque recordemos que el peso una vez en la superficie de Marte será un tercio del que tendría en la Tierra. Perseverance tiene unas dimensiones de 3 metros de largo, 2,7 metros de ancho y 2,2 metros de alto. Incorpora siete instrumentos científicos con una masa total de 59 kg y posee un brazo robot de 2,1 metros que soportará una masa de 45 kg en el extremo (el de Curiosity soporta 30 kg). Además, Perseverance es unos 13 centímetros más largo que Curiosity.

Las ruedas de Perseverance han sido modificadas para evitar el excesivo desgaste sufrido por las ruedas de Curiosity. Son ligeramente más grandes y estrechas que las de Curiosity, con un diámetro de 52,6 centímetros (las de Curiosity tienen un diámetro de 50,8 cm). Lógicamente, el mayor tamaño refleja la mayor masa de Perseverance y los radios de titanio, que también tienen que soportar las fuerzas del aterrizaje, se han hecho más gruesos. El espesor de la piel de aluminio es de casi un milímetro para dificultar la aparición de grietas y agujeros, mientras que el número de salientes es el doble —48 en vez de 24—, de tal manera que la superficie de aluminio expuesta entre cada saliente es menor. Ahora los salientes del dibujo de las ruedas no son rectos, sino curvados, para prevenir deslizamientos laterales y, al mismo tiempo, asegurar un agarre firme sobre arena o suelo fino (se supone que el suelo del cráter Jezero es menos arenoso que el del cráter Gale donde está Curiosity).

Los siete instrumentos científicos son Mastcam-Z, SHERLOC, PIXL, MOXIE, RIMFAX y MEDA, además de un retrorreflector láser pasivo construido por Italia. Algunos de estos instrumentos están basados en los de Curiosity, como por ejemplo la cámara Mastcam-Z —basada en la Mastcam de Curiosity—, SuperCam —una mejora del láser ChemCam— o la estación meteorológica española MEDA —una evolución del instrumento REMS de Curiosity—. Otros son totalmente nuevos, como el radar noruego RIMFAX o el experimento MOXIE para crear oxígeno a partir del dióxido de carbono de la atmósfera marciana.

La cámara Mastcam-Z, con habilidad para hacer zoom (en una proporción 3,6:1), será sin duda la favorita del público, pero, en realidad, los instrumentos principales de la misión desde el punto de vista científico serán los espectrómetros SHERLOC y PIXL. Mastcam-Z incluye un par de cámaras estereoscópicas en la «cabeza» de Perseverance. Están separadas 24,2 centímetros entre sí y tienen una masa total de 4 kg, con un consumo de 17,4 vatios. Son capaces de obtener una resolución que va desde 0,15 milímetros por píxel a 7,4 milímetros por píxel, lo que equivale a un rango de zoom de 27 a 110 milímetros (relación focal de f/7 a f/10). El tamaño de cada imagen será de 1600 x 1200 píxeles. Mastcam-Z generará nos 148 megabits de datos al día.

La estación meteorológica MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) ha sido construida en España y está a cargo del Centro de Astrobiología de Madrid (CSIC-INTA). Su investigador principal es Jose A. Rodriguez Manfredi. Con una masa de 5,5 kg, MEDA incluye cinco sensores para medir la temperatura del aire (dos de ellos en el mástil del rover y todos con una resolución de 0,1 kelvin en el rango 150-300 K), dos sensores para medir la velocidad y dirección del viento (con una resolución de 0,5 m/s), un sensor de presión y otro de humedad, además de un sensor infrarrojo y otro para medir el polvo en suspensión y los niveles de radiación ultravioleta del Sol. Con MEDA, España ya tiene operativas tres estaciones meteorológicas en Marte al mismo tiempo —hay que sumar las estaciones REMS de Curiosity y TWINS de InSight—, todo un récord que no ha sido igualado por ningún otro país.

RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment) es un radar noruego destinado a estudiar el subsuelo marciano. Está situado en la parte trasera inferior del rover. Es el primer radar que viaja en un rover marciano, aunque no el primero que ha sido enviado a Marte (el orbitador MRO de la NASA y la Mars Express de la ESA ya incorporan uno). Por otro lado, los rovers lunares chinos Yutu y Yutu 2 de las misiones Chang’e 3 y Chang’e 4, respectivamente, fueron los primeros vehículos con ruedas que exploraron la superficie de otro mundo mediante un radar. Con una masa de 3 kg, RIMFAX podrá explorar hasta una profundidad de unos diez metros con una resolución de 15 a 30 centímetros, dependiendo del tipo de material del subsuelo.

MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) es un demostrador tecnológico que debe servir para comprobar la viabilidad de generar oxígeno a partir del dióxido de carbono de la atmósfera de Marte. O sea, es un experimento de tecnología de tipo ISRU (In Situ Resource Utilization) de cara a una hipotética misión tripulada en el futuro. Situado en el cuerpo del rover, MOXIE tiene una masa de 17 kg y será capaz de generar 10 gramos de oxígeno por hora de funcionamiento. SuperCam, basado en el instrumento ChemCam de Curiosity, empleará un potente láser (en la longitud de onda de 1064 nanometros) para pulverizar la roca a distancia y estudiar su composición. El láser puede funcionar sobre rocas situadas hasta unos siete metros de distancia e incluye un micrófono. A diferencia de ChemCam, SuperCam es capaz de realizar espectroscopía Raman a una distancia de doce metros. SuperCam ha sido construido como una colaboración entre Los Alamos National Laboratory de EE UU y el IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie) de Francia. España ha participado en este instrumento a través de la Universidad de Valladolid y el CSIC, aportando los blancos de calibración.

PIXL y SHERLOC, ambos situados en el extremo del brazo robot, son las joyas científicas de la misión. Los dos instrumentos podrán analizar las rocas a poca distancia sin modificarlas ni contaminarlas (para obtener imágenes microscópicas de las rocas se usará además la cámara WATSON, integrada en SHERLOC, y que es una modificación de la cámara MAHLI de Curiosity). Además, cada análisis se podrá hacer de forma relativamente rápida. PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) puede detectar hasta veinte elementos químicos distintos en apenas diez segundos. Es un espectrómetro de fluorescencia por rayos X que será capaz de identificar directamente la presencia de unos cuarenta elementos y minerales. Por su parte, SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) es un avanzado y complejo espectrómetro Raman que analizará las rocas mediante la fluorescencia creada gracias a un láser ultravioleta. El objetivo principal de SHERLOC será la búsqueda de sustancias orgánicas, además de minerales y elementos inorgánicos relacionados con la química del carbono. Los dos instrumentos podrán analizar las rocas con una elevada resolución espacial, de tal forma que se podrá saber en qué parte de la roca se encuentra un mineral o compuesto determinado. WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) hará fotos de las rocas con una resolución de entre 13 y 10 micras por píxel y SHERLOC estudiará pequeñas zonas de 7 x 7 milímetros con una resolución superior del orden de 0,1 milímetros, más o menos similar a la de PIXL. SHERLOC incluye una muestra de materiales terrestres para calibración, incluyendo varios tejidos de trajes espaciales y un meteorito marciano que ha vuelto a su lugar de origen miles de millones de años más tarde cortesía de la especie humana.

A diferencia de Perseverance, Curiosity necesita pulverizar y calentar las rocas para estudiar su composición usando los instrumentos SAM y ChemIn, por lo que se destruye la relación entre el contexto geológico de la roca —o sea, lo que se ve— y los resultados de los análisis. Dicho de otra forma, si se detectan sustancias orgánicas, no se puede saber a ciencia cierta de qué parte o estrato rocoso proceden. Además, esta técnica es muy vulnerable a la contaminación accidental. ¿Cómo saber si una sustancia que ha sido detectada en una muestra es en realidad «suciedad» que estaba en el instrumento desde antes del lanzamiento? Además, el instrumento SAM calienta las muestras —pirólisis— antes de analizarlas, lo que implica la destrucción de muchas de las posibles sustancias orgánicas complejas presentes en las muestras. La pirólisis genera además grandes cantidades de oxígeno al calentar los percloratos del regolito marciano, un elemento muy reactivo capaz de modificar las muestras todavía más.

Perseverance incorpora también un sistema de recogida de muestras que incluye nueve puntas de taladro desechables y 43 tubos —cinco de ellos son «tubos testigos» y no servirán para recoger muestras—. El rover debe recoger un mínimo de 30 muestras durante su misión primaria. En el caso de que Perseverance descubra indicios de biomarcadores, la única forma de saber a ciencia cierta que, efectivamente, la vida surgió en Marte, es analizar estas muestras en la Tierra. La prioridad es el análisis preciso de sustancias orgánicas, lógicamente, pero también de minerales como el zircón, lo que permitiría datar las rocas marcianas directamente. Y es que, por el momento, la datación de rocas marcianas se realiza de forma indirecta a partir de la densidad de cráteres de la superficie, una técnica que tiene un margen de error muy grande en el caso de Marte (por ejemplo, el cráter Gale se cree que se formó entre hace 3800 y 3500 millones de años). En 2026 deben despegar las sondas SRL (Sample Retrieval Lander) y ERO (Earth Return Orbiter). Las muestras de Perseverance serán recogidas por el rover europeo que viajará en la sonda SRL. El rover situará el contenedor con las muestras en un pequeño cohete, denominado MAV, que las pondrá en órbita marciana. Allí serán recogidas por el orbitador europeo ERO, que las traerá a la Tierra en 2031. Una de las partes más complejas de la misión ha sido asegurar que los tubos y el sistema de recogida de muestras han sido adecuadamente esterilizados para evitar una posible contaminación por parte de sustancias terrestres (algo que ha ocurrido con Curiosity, por cierto).

Perseverance lleva 23 cámaras, frente a las 17 de Curiosity. El rover en sí incorpora 19 cámaras. Además de las cámaras de los instrumentos Mastcam-Z, SuperCam, PIXL, SHERLOC y WATSON, el rover lleva tres pares de cámaras Hazcam —cuatro delante y dos detrás— y un par de Navcam para guiado y navegación mejoradas —Curiosity tenía dos pares de Navcam—, de tal forma que ahora serán capaces de tomar imágenes a color mientras el rover se mueve por la superficie marciana y están dotadas de un mayor campo de visión. También lleva una nueva cámara, la CacheCam, destinada a grabar los tubos de muestras para asegurarse de que han sido correctamente rellenados, y la SkyCam, del instrumento español MEDA, una cámara lente de pez que observará el cielo marciano para estudiar las nubes y el polvo en suspensión. Perseverance transporta además cuatro cámaras para filmar la secuencia de descenso: una cámara similar a MARDI, otra para ver la etapa de descenso desde el rover durante la maniobra de sky crane, otra situada en el escudo térmico trasero (backshell) para grabar el inflado de los paracaídas (en realidad son tres cámaras redundantes) y otra situada en la etapa de descenso para ver el rover durante la maniobra sky crane y el aterrizaje. Todas estas cámaras son a color. Además hay una cámara en blanco y negro que filmará el terreno para posibilitas las maniobras de navegación autónomas TRN durante el descenso). Perseverance lleva también dos micrófonos en un lateral para grabar los sonidos del viento en Marte, un instrumento que ofrecerá resultados especialmente espectaculares durante el aterrizaje.

Perseverance transporta en su panza a Ingenuity, el primer helicóptero destinado a volar en otro planeta. Ingenuity tiene una masa de 1,8 kg y una altura de 49 centímetros (el fuselaje tiene unas dimensiones de 13,6 x 19,5 centímetros y posee cuatro patas de 38,4 centímetros de largo). Para poder volar en la tenue atmósfera marciana —con una densidad que es una centésima de la terrestre—, usará dos pares de palas contrarrotatorias de 1,2 metros de diámetro que girarán 2400 veces por minuto. Un pequeño panel solar recargará las baterías de ion-litio que lleva, permitiendo que pueda llevar a cabo un vuelo por cada día marciano (sol) de 90 segundos de duración. Cada vuelo tendrá un alcance de unos 300 metros en horizontal y 5 metros en vertical. Ingenuity lleva dos cámaras a color que permitirán ver el cráter Jezero y a Perseverance desde una nueva perspectiva. Será totalmente autónomo y seguirá las instrucciones preprogramadas del control de tierra. Ingenuity se añadió a la misión Mars 2020 por decisión del cuartel general de la NASA en contra de la opinión del equipo científico de la misión, quienes veían en este vehículo un riesgo potencial. Ingenuity será desplegado unos dos meses y medio después del aterrizaje en el cráter Jezero, aunque la fecha exacta dependerá de los progresos de la misión. El coste de Ingenuity alcanza los 85 millones de dólares (5 millones corresponden al coste de las operaciones en Marte).

Si todo sale bien, Mars 2020 entrará en la atmósfera de Marte a 5,42 km/s el 18 de febrero de 2021 tras haber recorrido unos 500 millones de kilómetros y haber realizado un máximo de seis maniobras de corrección de trayectoria. El escudo térmico, de 4,5 metros de diámetro, está construido por Lockheed Martin y es muy parecido al de MSL (Curiosity). Como referencia, los escudos de los MER Spirit y Opportunity medían 2,65 metros de diámetro. Está construido a base de PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) y durante la entrada atmosférica alcanzará una temperatura de 1300 ºC. Perseverance se encuentra unido a la etapa de descenso, un sistema de propulsión que se encargará de situar el rover en la superficie de Marte. La etapa de descenso emplea ocho motores de hidrazina denominados MLE (Mars Lander Engines) construidos por Aerojet. Los MLE, basados en los propulsores de las sondas Viking de los años 70, tienen un empuje regulable entre 300 y 3200 newton cada uno. La etapa de descenso emplea unos 400 kg de hidrazina distribuidos en tres tanques esféricos y la alimentación de los motores se consigue mediante presión gracias a dos tanques de helio. La etapa de descenso la que llevará a cabo la delicada maniobra sky crane para aterrizar en Marte. Como su nombre indica, durante esta maniobra la etapa actuará como una grúa volante hasta situar el vehículo en la superficie. Por este motivo, el rover está unido a la etapa de descenso a través de tres cables de sujeción con una longitud máxima de 7,5 metros, además de un umbilical con conexiones eléctricas. Esta etapa estará controlada en todo momento por el ordenador central del rover e incluye también antenas de comunicaciones (banda X y UHF), además de un radar Doppler de aterrizaje dotado de seis antenas.

La cápsula de entrada atmosférica en la que viaja el rover está unida a una etapa de crucero de unos 550 kg que se encargará de las maniobras durante el trayecto hasta el planeta rojo. La etapa de crucero, de forma toroidal, está construida en aluminio e incluye una antena de media ganancia, sensores solares, un sensor estelar y radiadores, además del sistema de propulsión. Este sistema consiste en ocho propulsores monopropelentes de 5 newton de empuje agrupados en dos conjuntos, alimentados por dos tanques de hidrazina de 48 cm de diámetro. La alimentación eléctrica de la etapa de crucero corre a cargo de seis paneles solares de 12,8 metros cuadrados situados en la parte superior de la misma que generarán entre 2500 y 1080 vatios.

El lugar de aterrizaje previsto es el cráter Jezero (18º de latitud norte y 77º de longitud), un antiguo lago marciano. El paracaídas de Perseverance ha sido ligeramente modificado para soportar la mayor masa del rover —para ello se llevaron a cabo pruebas con cohetes suborbitales, además de las típicas en túneles de viento— y durante el descenso se empleará una novedosa técnica de navegación visual autónoma mediante cámaras denominada TRN (Terrain-Relative Navigation). Esto permitirá que la nave realice un descenso más preciso que el de Curiosity, que ya era enormemente preciso para los estándares de sondas planetarias, con una elipse de 20 x 25 kilómetros. De este modo, el tamaño de la elipse de aterrizaje se ha podido reducir lo suficiente (8 x 10 kilómetros) para que sea factible aterrizar cerca del delta fluvial del cráter Jezero.

Perseverance es el segundo rover marciano, además de la segunda sonda destinada a Marte, que usa un generador de radioisótopos (RTG) a base de plutonio-238 para generar electricidad. El MMRTG de Perseverance tiene una masa de 45 kg e incluye 4,8 kg de dióxido de plutonio. Es similar al de Curiosity y es capaz de generar un mínimo de 110 vatios de potencia eléctrica. El MMRTG no alimenta los sistemas del rover directamente, sino que se usa para recargar dos baterías de ion-litio, cada una con una capacidad de 43 amperios-hora con una masa de 13,3 kg. De hecho, durante las horas punta de actividad Perseverance puede llegar a consumir 900 vatios, por lo que las noches se usarán para recargar las baterías. Por motivos de seguridad, el MMRTG fue instalado en el rover una vez la sonda estuvo en la rampa de lanzamiento SLC-41.

La misión Mars 2020 ha costado 2900 millones de dólares en total, mucho más de lo previsto inicialmente, aunque bastante menos que Curiosity (MSL), que salió por un total de 3200 millones. En febrero de 2021 Perseverance comenzará su misión en el cráter Jezero con el objetivo de averiguar si la vida surgió alguna vez en Marte. Sin duda, un objetivo más que apasionante.