Mars Science Helicopter: cómo podría ser el sucesor de Ingenuity

Por Daniel Marín, el 2 abril, 2021. Categoría(s): Astronáutica • Marte • NASA • Sistema Solar ✎ 144

En estos momentos el rover Perseverance está a punto de desplegar en el cráter Jezero el pequeño helicóptero Ingenuity, destinado a convertirse en la primera aeronave propulsada en volar por los cielos de otro mundo. Este dron de apenas 1,8 kg fue denominado originalmente como Mars Helicopter Scout y su objetivo es allanar el camino a futuras misiones aéreas que puedan explorar Marte. Pero, ¿cómo podría ser una nave de este tipo? Hace un tiempo vimos por aquí que la idea de enviar helicópteros a Marte ya tiene bastante años a sus espaldas. A principios de siglo, el JPL estudió la posibilidad de enviar un helicóptero dentro de una sonda similar a la Mars Pathfinder, un proyecto que no se materializó, pero que terminaría por desembocar en el desarrollo de Ingenuity. Sin embargo, estos conceptos o el propio Ingenuity son simples demostradores tecnológicos, es decir, su retorno científico es prácticamente nulo. Lo interesante sería usar la experiencia en el diseño y operaciones de Ingenuity para construir un helicóptero que nos proporcione datos científicos sobre el planeta rojo. Un verdadero helicóptero científico en Marte.

Diseño hexacóptero para el Mars Science Helicopter: un dron de 31 kg con 5 kg de instrumentos (NASA).

El JPL y el Centro Ames de la NASA están estudiando la viabilidad de construir el Mars Science Helicopter, que vendría a ser como el hermano mayor de Ingenuity. La idea es enviar a Marte una aeronave con una masa mínima de unos veinte kilogramos —un orden de magnitud mayor que Ingenuity—, de los cuales entre dos y cinco kilogramos estarían dedicados a la carga científica. Mientras que Ingenuity estará limitado a saltitos de unos noventa segundos de duración, Mars Science Helicopter deberá ser capaz de llevar a cabo vuelos de dos a cuatro minutos, desplazándose a una velocidad de un kilómetros por minuto, aproximadamente. Cada vuelo rutinario incluiría una fase inicial de treinta segundos para despegar hasta una altura de unos doscientos metros y luego un viaje de uno o dos kilómetros hasta el lugar de interés científico. Allí, el helicóptero quedaría estacionario durante dos minutos investigando la zona con sus instrumentos y luego aterrizaría.

Ingenuity colgando de la panza de Perseverance a punto de ser desplegado (NASA/JPL-Caltech).

El Mars Science Helicopter pasaría el día siguiente a cada vuelo hibernando y recargando las baterías con los paneles solares, un proceso cuya duración exacta dependerá también de la época del año, así como de la latitud y temperatura de la zona de aterrizaje. Tras varios análisis, el JPL y el centro Ames han concretado dos diseños finalistas para el Mars Science Helicopter. Uno es un helicóptero con dos rotores coaxiales, un diseño similar al de Ingenuity y que, por tanto, podría incorporar la experiencia ganada en las operaciones de este último vehículo. El otro es un dron de tipo hexacóptero con seis rotores. El diseño coaxial llevaría rotores con un diámetro de 2,5 a 2,7 metros, comparado con el diámetro de 1,21 metros de los rotores de Ingenuity. Por contra, las hélices del hexacóptero tendrían un diámetro de 1 a 1,4 metros. El diseño coaxial presenta sin embargo una elevada inestabilidad en vuelo, mientras que el hexacóptero es mucho más estable y, además, puede seguir volando aunque dejen de funcionar uno o dos rotores. Por contra, el hexacóptero es más pesado que el diseño coaxial.

Los dos diseños para el Mars Science Helicopter: un helicóptero de dos rotores coaxiales (izquierda) y un hexacóptero. En medio, Ingenuity (NASA).
Un diseño anterior hexacóptero (NASA).

Otro problema es cómo empaquetar el helicóptero en una cápsula de entrada. Ingenuity es pequeñito y viajó a Marte como polizón junto a Perseverance, pero el Mars Science Helicopter deberá viajar en su propia nave. El diseño inicial prevé que el Mars Science Helicopter pueda caber en una cápsula de 2,7 metros, el tamaño empleado en las misiones Mars Pathfinder, MER, Phoenix e InSight. El escudo térmico de Curiosity y Perseverance, de 4,5 metros de diámetro, se considera demasiado grande y caro para esta misión, aunque también se podría meter en una cápsula de 3,5 metros de diámetro, como las Viking. La elección de la cápsula es crucial de cara a elegir el proceso de plegado del dron, un proceso que afecta directamente al diseño final del helicóptero. Para alcanzar la superficie, el Mars Science Helicopter podría emplear un sistema de airbags como la Mars Pathfinder o los MER, o bien una plataforma de aterrizaje propulsada como las Viking, Phoenix o InSight. En general, los estudios iniciales muestran preferencia por un hexacóptero de 31 kg lanzado dentro de una cápsula de 2,7 metros con una carga útil de 5 kg. Este hexacóptero de 31 kg sería capaz de realizar vuelos de diez minutos de duración y con una distancia de hasta cinco kilómetros.

Sistema de plegado del hexacóptero en un plataforma con airbags (izquierda) y otra con una plataforma propulsada (derecha (NASA).

Puesto que todavía quedan muchos puntos a estudiar, una posibilidad sería lanzar primero una sonda intermedia entre Ingenuity y el Mars Science Helicopter. Este «Ingenuity Avanzado» o Advanced Mars Helicopter tendría una masa de 4,6 kg y llevaría una carga útil de 1,3 kg. Podría viajar como «acompañante» de algún otro rover futuro, como ha hecho Ingenuity, para ayudar en las labores de guiado y conducción. De todas formas, todavía queda por demostrar la utilidad de una sonda como el Mars Science Helicopter. Los orbitadores como la MRO ya son capaces de obtener imágenes de la superficie marciana con una resolución brutal, mientras que la mayoría de instrumentos científicos avanzados son relativamente grandes y requieren el contacto con el suelo. ¿Hay alguna utilidad científica en un helicóptero marciano que lleve una carga científica reducida? Los defensores del concepto sugieren que un helicóptero de este tipo podría cubrir un área muy extensa en el transcurso de su misión, en vez de limitarse a unos pocos kilómetros como los últimos rovers marcianos. Además, serían capaces de sortear zonas de mucha pendiente —por ejemplo, los casquetes polares— o regiones excesivamente rocosas. La pregunta es si estas ventajas compensan el coste de una misión de este tipo.

Diseño del Advanced Mars Helicopter, un Ingenuity mejorado (NASA).

Referencias:

  • https://rotorcraft.arc.nasa.gov/Publications/files/MSH_WJohnson_TM2020rev.pdf
  • https://www.hou.usra.edu/meetings/ninthmars2019/pdf/6277.pdf


144 Comentarios

  1. por cierto…mas arriba hay un comentario con una problemática acerca de las baterías,

    Daniel, es posible usar «recarga de baterías inalámbrica», como medio para recargar baterías en otro planeta
    (entre robots, uno con rtg, y otro con baterías) ????

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    1. Tesla te diría que la física es la misma aquí que en Marte, las diferencias atmosféricas a este efecto no molestarían, tampoco la otra gran diferencia con la Tierra que es el campo magnético, implicaría ningún problema. De todos modos, a efectos prácticos la carga inalámbrica no tiene por qué presentar ventajas para una sonda en Marte y menos en un dron, ya que los dispositivos de resonancia, pesan y no poco. Igual cargar a muy poca distancía sí podría ser productiva, pero podrías interferir en muchos de los instrumentos científicos, así que se complica el diseño bastante.

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    3. Deberia poder hacerse.
      Carga inalambrica significa simplemente que no se necesita un conector fisico macho-hembra, sino cercania fisica, del orden de milimetros. La cosa a cargar se acerca al cargador y listo. Basicamente se trata de una bobina que induce voltaje en otra, independiente. Lo bueno es que carece de contactores que se deforman, desgastan y sulfatan.

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  2. ¡Juas! Cómo se nota que estamos de fiesta-vacaciones y tenéis poco que hacer… ¡¡¡Vaya tormenta de ideas!!! 😆😆😆

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    2. Realmente, por lo que entiendo del artículo, la batería que empleará no existe todavía. Aunque es cierto que parten de datos actuales de las baterías de litio, lo que dicen es que: «El modelo de batería se basó en un pronóstico de tecnología del JPL.»

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    3. Leyendo un poco más sobre el asunto creo haber entendido que seria una bateria de ion-litio que se autocalentará para prevenir los problemas del frio extremo en este tipo de baterias.

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    1. SPOILER
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      Interesantes las escenas de
      -El atentado al avion
      -La colaboracion internacional subrepticia de la hermandad ingenieril.
      -El ascenso de Ellen Wilson (que bonito que le queda ese trajecito lleno de botones)
      -La escena de la quebrada lunar recorrida por el LSAM, muy Star Wars.
      -La cabalgata de las Walkirias

      -Yo sabia que el hijo de Gordo le habia puesto el ojo a la señora de Baldwin. No es para menos.

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    2. Todavía no me he molestado en ver ni un solo episodio de la segunda temporada, esperaré a que termine… y a que no haya nada más en el menú.

      Pero me llamó la atención esa imagen de «Los Cuatro Mankníficos» que pusiste… ¿El visor de las escafandras es retráctil o tienen que quitarse toda la escafandra? ¿Usan algún tipo de mascarilla respiradora mientras están expuestos al vacío o simplemente aguantan la respiración?

      Porque… la mira telescópica de esas armas no estará de adorno… ¿o sí?

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        1. Sí, sí, obvio… perooo… el pequeño problema es que esas miras telescópicas lucen de lo más normalitas, o sea, de esas que debes CASI apoyar el ojo contra el ocular de la mira para poder VER algo.

          De ahí mi pregunta capciosa / ociosa / retórica 😀

          Porque ya sé que «es ficción» y todo eso… perooo… no les habría costado nada poner oculares más grandes de lo normal a fin de «dar la sensación» de tener la distancia focal adecuada (los 5 o 10 centímetros de separación que hay entre el ojo y el cristal de la escafandra) o como mínimo rematarlos con un buen «embudo» parasol y anti-glare (las condiciones de iluminación en la Luna son extremas, y si encima NO tienes el ojo pegado al ocular, pues…) para que esas miras luzcan funcionales, no meros adornos.

          Es otro «detallito» más (y van…) en detrimento de la «credibilidad» de la historia. Otro «detallito sin importancia» que se suma al cúmulo de «detallitos» y al final el peso combinado de todos ellos es demasiado, termina oponiendo una resistencia decisiva en la suspensión voluntaria de la incredulidad de ciertos espectadores, obviamente en la de HG y en la mía quizá también.

          Hasta no verla no puedo opinar cabalmente, pero las críticas carniceras de HG no desentonan para nada con la impresión que me dejó el trailer, que sí ví, y que me dejó ese regusto netamente premonitorio de que se les fue la pinza pero mal en comparación a la primera temporada.

          No dudo que esta segunda temporada sea capaz de divertirme, pero todo indica que si lo hace lo hará más por su hilaridad no intencional que otra cosa 😀

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          1. Yo me sumo a la queja. La mira tendría que se más amplia, algo así como las miras de los  rifles lagarto

            Solo las grandes series se preocupan de esos pequeños detalles

             

    3. Lo siento por Martinez el Facha pero no creo que en esa serie aparezca Elon.

      En esa realidad paralela Elena Musk creará una ONG y Starwoman orbitará al sol en un patinete. La primera película en el espacio será protagonizada por Antonia Cruise y una multimillonaria japonesa orbitará la luna. Finalmente una StarShip aterriza en marte con 100 mujeres a bordo.

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  8. Lo de globos de vacío, inspira curiosidad
    ¿puede existir aerogel de vacío? En Marte o muy arriba en la Tierra…. és un imposible físico?

    O combinar helicóptero como hélices de dirigible…

    Parece que un dirigible de gas o de tamaño normal sería más para Venus, porque en Marte tendría que ser descomunal. Pero uno de vacío quizás sería curioso. Aquí no podemos crear un globo de vacío en la baja atmósfera de la Tierra, no?
    RçSi no es un imposible, uno relleno de aerogel y vacío de gas ¿aguantaría mejor las presiones de golpes o descompresiones por pinchazos?

    Pero, no me hagan mucho caso, seguramente al final se rompería y sería un montón de basura dispersa finita por tooodo, tooodo Marte…

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    1. Para un globo de vacío, el aerogel me parece ideal, porque resistiría la presión externa con ayuda de una cubierta hermética muy delgada y liviana.

      Habría que buscar a quien sea capaz de producir ese aerogel en Marte, porque llevar ese volumen desde aquí, no creo que aún podamos hacerlo.

      Saludos.

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      1. ¿Al extraer el gas de un aerogel se aplasta y desace?
        Sinó, y funcionara, que no tengo idea, quizás en la Tierra bastaría hacer subir el globo de metal relleno de aerogel metal. Calentándolo o que sea gas helio….
        Y cuando se expanda, poner el gas en otro globo normal. Y en el de aerogel, mucho vacío…. Tendríamos dos globos juntos: uno de helio y otro de vacío flotando en la Tierra? Supongo que no debe poder ser, pero imaginar que pueda aguantar sin desacerse es divertido 🙂

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      2. Gracias fisivi! 🙂
        Seria muy aislante, como un iglú volador de aerogel.
        Pues a ver si montamos una fábrica de aerogel de peladura de patatas en Venus o la Tierra, Marte… o Plutón! -es humor, broma 😉
        El frio o calor de fuera ¿se moverían más poco a poco? Quizás la electrónica o las baterías sufrirían menos…
        Los enlaces sobre ‘aerobots’ de comentaristas anteriores me han encantado 🙂

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    2. Ui, pues se ve que sí, que es como comentas, que el aerogel se mantiene bien fuerte al vacío.
      Quizás en la parte baja de la atmósfera de la Tierra necesite tener una piel fuerte, pero no tanto si sube rápido hacia los 30.000m. Allí arriba igual aguanta mucho? Creo que sería divertido o curioso que vuele un globo así 🙂

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  9. OFF TOPIC
    .
    Parece que ademas de molestar la astronomia ahora Starlink nos pondria en evidencia ante los ET malvados de nuestra vecindad.
    Eso lo afirma un tal Zaza Osmanov, un profesor de astrofisica de la Free University de Tbilisi, Georgia, en un articulo publicado en arXiv.
    Dice que una tecnologia como la terrestre alcanzaria para detectar Starlink totalmente desplegada desde una distancia de 520 años luz. Que, debido a Starlink los humanos estariamos en camino de convertirnos en una civilizacion Tipo I, «despues de todo».
    https://www.teslarati.com/elon-musk-starlink-aliens-detection-study/

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