El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA anunció recientemente que está desarrollando un pequeño helicóptero drone para explorar el camino para futuros rovers de Marte. ¿Por qué los rovers de Marte necesitarían una guía tan robótica? La respuesta es que conducir en Marte es realmente difícil.
Aquí en la Tierra, los robots que exploran llantas volcánicas o ayudan a los rescatadores pueden ser manejados por control remoto, con un joystick. Esto se debe a que las señales de radio llegan al robot desde su centro de control casi al instante. Conducir en la luna no es mucho más difícil. Las señales de radio que viajan a la velocidad de la luz tardan unos dos segundos y medio en hacer el viaje de ida y vuelta a la luna. Este retraso no es lo suficientemente largo como para interferir seriamente con la conducción por control remoto. En la década de 1970, los controladores soviéticos condujeron los rovers lunares Lunokhod de esta manera, explorando con éxito más de 40 km de terreno lunar.
Conducir en Marte es mucho más difícil, porque está mucho más lejos. Dependiendo de su posición con respecto a la Tierra, las señales pueden tomar entre 8 y 42 minutos para el viaje de ida y vuelta. Las instrucciones preprogramadas deben enviarse al móvil, que luego ejecuta por sí solo. Cada viaje marciano requiere horas de cuidadosa planificación. Las imágenes estéreo tomadas por las cámaras de navegación del rover son cuidadosamente escrutadas por ingenieros. Las imágenes de naves espaciales que orbitan Marte a veces proporcionan información adicional.
Un rover puede programarse para ejecutar simplemente una lista de comandos de manejo enviados desde la Tierra, o puede usar imágenes tomadas por sus cámaras de navegación y procesadas por sus computadoras de a bordo para medir la velocidad y detectar obstáculos o peligros por sí mismo. Incluso puede trazar su propio camino seguro hacia un objetivo específico. Las unidades basadas en instrucciones desde el suelo son las más rápidas.
El Spirit and Opportunity de Mars Exploration Rovers podría conducir hasta 124 metros en una hora de esta manera. Esto corresponde aproximadamente a la longitud de un campo de fútbol americano. Pero este modo también era el menos seguro.
Cuando el móvil se guía activamente con sus cámaras, el progreso es más seguro, pero mucho más lento debido a todo el procesamiento de imágenes necesario. Puede avanzar tan poco como 10 metros por hora, que es aproximadamente la distancia desde la línea de gol hasta la línea de 10 yardas en un campo de fútbol americano. Este método debe usarse siempre que el vehículo no tenga una visión clara de la ruta que se encuentra por delante, lo que suele ser el caso debido al terreno accidentado y accidentado.
A principios de 2015, la Curiosidad más lejana que ha conducido en un solo día es de 144 metros. El recorrido diario más largo de la oportunidad fue de 224 metros, una distancia de dos campos de fútbol americano.
Si los controladores de tierra pudieran obtener una mejor vista del camino por delante, podrían idear instrucciones que permitan a un futuro rover conducir con seguridad mucho más lejos en un día.
Ahí es donde surge la idea de un helicóptero no tripulado. El helicóptero podría volar por delante del rover todos los días. Las imágenes hechas desde su punto de vista aéreo serían invaluables para los controladores de tierra para identificar puntos de interés científico y planificar rutas de conducción para llegar allí.
Volar un helicóptero en Marte plantea desafíos especiales. Una ventaja es que la gravedad marciana es solo un 38% más fuerte que la de la Tierra, por lo que el helicóptero no necesitaría generar tanta elevación como una de la misma masa en la Tierra. Las palas de la hélice de un helicóptero generan elevación al empujar el aire hacia abajo. Esto es más difícil de hacer en Marte que en la Tierra, porque la atmósfera marciana es cien veces más delgada. Para desplazar suficiente aire, las palas de la hélice tendrían que girar muy rápido o ser muy grandes.
El helicóptero debe ser capaz de volar solo, utilizando instrucciones previas, manteniendo un vuelo estable a lo largo de una ruta especificada previamente. Debe aterrizar y despegar repetidamente en terreno rocoso marciano. Finalmente, debe ser capaz de sobrevivir a las duras condiciones de Marte, donde la temperatura cae a 100 grados Fahrenheit o menos cada noche.
Los ingenieros de JPL diseñaron un helicóptero con una masa de 1 kilogramo; una pequeña fracción de la masa de 900 kg del rover Curiosity. Sus palas de hélice abarcan 1,1 metros desde la punta de la pala hasta la punta de la pala, y son capaces de girar a 3400 rotaciones por minuto. El cuerpo es aproximadamente del tamaño de una caja de pañuelos.
El helicóptero funciona con energía solar, con un disco de células solares que acumula suficiente energía todos los días para alimentar un vuelo de dos a tres minutos y calentar el vehículo por la noche. Puede volar aproximadamente medio kilómetro en ese tiempo, recolectando imágenes para su transmisión al control de tierra a medida que avanza. Los ingenieros esperan que el reconocimiento que reúne el helicóptero no tripulado sea invaluable en la planificación de las unidades de un rover, triplicando la distancia que se puede recorrer en un día.
Referencias y lecturas adicionales:
Gracias a Mark Maimone, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, por la información sobre las distancias diarias de conducción de Curiosity and Opportunity.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger y M.W. Maimone (2007), "compensaciones entre conducción dirigida y autónoma en los exploradores de exploración de Marte", The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, el rover Opportunity Mars recorre 41 kilómetros hacia Valley Marathon Valley ’, Space Magazine, diciembre de 2014.
T. Reyes, un viaje increíble, el rover Mars Curiosity llega a la base del Monte Sharp. Space Magazine, septiembre de 2014.
El helicóptero podría ser "explorador" para los rovers de Marte. Comunicado de prensa del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. 22 de enero de 2015.
Ingeniería loca: el helicóptero de Marte. Video del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
Curiosity- Mars Science Laboratory, NASA.
Marte- Planes futuros del rover. NASA
