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Mars Science Laboratory ( MSL ) es una misión de sonda espacial robótica a Marte lanzada por la NASA el 26 de noviembre de 2011, [2] que aterrizó con éxito Curiosity , un rover de Marte , en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012. [3] [6] [7] [11] Los objetivos generales incluyen investigar la habitabilidad de Marte , estudiar su clima y geología y recopilar datos para una misión humana a Marte . [12]El rover lleva una variedad de instrumentos científicos diseñados por un equipo internacional. [13]

Resumen [ editar ]

Vista del Hubble de Marte: se puede ver el cráter Gale . Ligeramente a la izquierda y al sur del centro, es una pequeña mancha oscura con polvo que se arrastra hacia el sur.

MSL llevó a cabo con éxito el aterrizaje marciano más preciso de cualquier nave espacial conocida en ese momento, alcanzando una pequeña elipse de aterrizaje objetivo de solo 7 por 20 km (4,3 por 12,4 millas), [14] en la región Aeolis Palus del cráter Gale. En el evento, MSL logró un aterrizaje 2,4 km (1,5 millas) al este y 400 m (1300 pies) al norte del centro del objetivo. [15] [16] Esta ubicación está cerca de la montaña Aeolis Mons (también conocida como "Monte Sharp"). [17] [18] La misión del rover está programada para explorar durante al menos 687 días terrestres (1 año marciano) en un rango de 5 por 20 km (3,1 por 12,4 millas). [19]

La misión del Laboratorio de Ciencias de Marte es parte del Programa de Exploración de Marte de la NASA , un esfuerzo a largo plazo para la exploración robótica de Marte que es administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California . El costo total del proyecto MSL es de aproximadamente 2.500 millones de dólares. [20] [21]

Los vehículos exploradores de Marte de EE. UU. Exitosos anteriores incluyen al Sojourner de la misión Mars Pathfinder y los vehículos de exploración de Marte Spirit and Opportunity . La curiosidad es aproximadamente dos veces más larga y cinco veces más pesada que Spirit y Opportunity , [22] y transporta más de diez veces la masa de instrumentos científicos. [23]

Metas y objetivos [ editar ]

Autorretrato MSL de Gale Crater sol 85 (31 de octubre de 2012).

La misión MSL tiene cuatro objetivos científicos: Determinar la habitabilidad del lugar de aterrizaje, incluido el papel del agua , el estudio del clima y la geología de Marte . También es una preparación útil para una futura misión humana a Marte .

Para contribuir a estos objetivos, MSL tiene ocho objetivos científicos principales: [24]

Biológico
  • (1) Determinar la naturaleza y el inventario de compuestos orgánicos de carbono.
  • (2) Investigar los componentes químicos de la vida (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre)
  • (3) Identificar características que pueden representar los efectos de procesos biológicos ( biofirmas )
Geológico y geoquímico
  • (4) Investigar la composición química, isotópica y mineralógica de la superficie marciana y los materiales geológicos cercanos a la superficie.
  • (5) Interpretar los procesos que han formado y modificado rocas y suelos.
Proceso planetario
  • (6) Evaluar los procesos de evolución atmosférica marciana a largo plazo (es decir, 4 mil millones de años)
  • (7) Determinar el estado actual, la distribución y el ciclo del agua y el dióxido de carbono.
Radiación superficial
  • (8) Caracterizar el amplio espectro de radiación superficial, incluida la radiación cósmica , los eventos de partículas solares y los neutrones secundarios . Como parte de su exploración, también midió la exposición a la radiación en el interior de la nave espacial mientras viajaba a Marte, y continúa con las mediciones de radiación mientras explora la superficie de Marte. Estos datos serían importantes para una futura misión humana . [25]

Aproximadamente un año después de la misión a la superficie, y habiendo evaluado que el antiguo Marte podría haber sido hospitalario para la vida microbiana, los objetivos de la misión MSL evolucionaron para desarrollar modelos predictivos para el proceso de preservación de compuestos orgánicos y biomoléculas ; una rama de la paleontología llamada tafonomía . [26]

Especificaciones [ editar ]

Nave espacial [ editar ]

Mars Science Laboratory en ensamblaje final
Diagrama de la nave espacial MSL: 1- Etapa de crucero; 2- Carcasa trasera; 3- Etapa de descenso; 4- rover Curiosity ; 5- Escudo térmico ; 6- Paracaídas

El sistema de vuelo de la nave espacial tenía una masa en el lanzamiento de 3.893 kg (8.583 lb), que consistía en una etapa de crucero alimentada por Tierra-Marte (539 kg (1.188 lb)), el sistema de entrada-descenso-aterrizaje (EDL) (2.401 kg (5.293 lb), incluidos 390 kg (860 lb) de propulsor de aterrizaje ) y un rover móvil de 899 kg (1.982 lb) con un paquete de instrumentos integrado. [1] [27]

La nave espacial MSL incluye instrumentos específicos para vuelos espaciales, además de utilizar uno de los instrumentos del rover, el detector de evaluación de radiación (RAD), durante el tránsito del vuelo espacial a Marte.

  • Instrumento MSL EDL (MEDLI): El objetivo principal del proyecto MEDLI es medir los entornos aerotérmicos, la respuesta del material de protección térmica debajo de la superficie, la orientación del vehículo y la densidad atmosférica. [28] La suite de instrumentación MEDLI se instaló en el escudo térmico del vehículo de entrada MSL. Los datos adquiridos respaldarán futuras misiones a Marte al proporcionar datos atmosféricos medidos para validar los modelos de la atmósfera de Marte y aclarar los márgenes de diseño del módulo de aterrizaje en futuras misiones a Marte. La instrumentación de MEDLI consta de tres subsistemas principales: Enchufes de sensor integrados de MEDLI (MISP), Sistema de datos atmosféricos de entrada a Marte (MEADS) y Electrónica de soporte de sensor (SSE).

Rover [ editar ]

Diagrama de rover codificado por colores

El rover Curiosity tiene una masa de 899 kg (1.982 lb), puede viajar hasta 90 m (300 pies) por hora en su sistema de bogie basculante de seis ruedas, está alimentado por un generador termoeléctrico de radioisótopos de múltiples misiones (MMRTG), y se comunica tanto en la banda X como en la banda UHF.

  • Computadoras: Las dos computadoras móviles a bordo idénticas, llamadas "Elemento de cómputo móvil" (RCE), contienen memoria reforzada contra la radiación para tolerar la radiación extrema del espacio y para protegerse contra los ciclos de apagado. La memoria de cada computadora incluye 256  KB de EEPROM , 256  MB de DRAM y 2  GB de memoria flash . [29] Esto se compara con 3 MB de EEPROM, 128 MB de DRAM y 256 MB de memoria flash utilizados en los Mars Exploration Rovers. [30]
Las computadoras RCE usan la CPU RAD750 (una sucesora de la CPU RAD6000 usada en los Mars Exploration Rovers) que opera a 200 MHz. [31] [32] [33] La CPU RAD750 es capaz de hasta 400  MIPS , mientras que la CPU RAD6000 es capaz de hasta 35 MIPS. [34] [35] De las dos computadoras a bordo, una está configurada como respaldo y se hará cargo en caso de problemas con la computadora principal. [29]
El rover tiene una unidad de medición inercial (IMU) que proporciona información de 3 ejes sobre su posición, que se utiliza en la navegación del rover. [29] Las computadoras del rover se autocontrolan constantemente para mantener el rover en funcionamiento, por ejemplo, regulando la temperatura del rover. [29] Actividades como tomar fotografías, conducir y operar los instrumentos se realizan en una secuencia de comando que se envía desde el equipo de vuelo al vehículo. [29]

Las computadoras del rover ejecutan VxWorks , un sistema operativo en tiempo real de Wind River Systems . [36] Durante el viaje a Marte, VxWorks ejecutó aplicaciones dedicadas a la fase de navegación y guía de la misión, y también tenía una secuencia de software preprogramada para manejar la complejidad de la entrada-descenso-aterrizaje. Una vez aterrizadas, las aplicaciones fueron reemplazadas por software para conducir en superficie y realizar actividades científicas. [37] [38] [39]

La antena Goldstone puede recibir señales
Ruedas de un hermano trabajador de Curiosity . El patrón de código Morse (para " JPL ") está representado por orificios pequeños (puntos) y grandes (guiones) en tres líneas horizontales en las ruedas. El código de cada línea se lee de derecha a izquierda.
  • Comunicaciones: Curiosity está equipado con varios medios de comunicación, por redundancia. Un pequeño transpondedor de espacio profundo de banda X para comunicarse directamente con la Tierra a través de la red de espacio profundo de la NASA [40] y una radio UHF Electra -Lite definida por software para comunicarse con los orbitadores de Marte. [27] : 46 El sistema de banda X tiene una radio, con un amplificador de potencia de 15 W y dos antenas: una antena omnidireccional de baja ganancia que puede comunicarse con la Tierra a velocidades de datos muy bajas (15 bit / s en el rango máximo), independientemente de la orientación del móvil. y una antena de alta ganancia que puede comunicarse a velocidades de hasta 32 kbit / s, pero debe estar orientada. El sistema UHF tiene dos radios (aproximadamente 9 W de potencia de transmisión [27] : 81 ), que comparten una antena omnidireccional. Esto puede comunicarse con el Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) y el Mars Odyssey orbiter (ODY) 2001 a velocidades de hasta 2 Mbit / sy 256 kbit / s, respectivamente, pero cada orbitador solo puede comunicarse con Curiosity durante aproximadamente 8 minutos por día. día. [41] Los orbitadores tienen antenas más grandes y radios más potentes, y pueden transmitir datos a la Tierra más rápido que el rover directamente. Por lo tanto, la mayoría de los datos devueltos por Curiosity (MSL) son a través de los enlaces de retransmisión UHF con MRO y ODY. El retorno de datos durante los primeros 10 días fue de aproximadamente 31 megabytes por día.
Normalmente, los comandos de 225 kbit / día se transmiten al rover directamente desde la Tierra, a una velocidad de datos de 1 a 2 kbit / s, durante una ventana de transmisión de 15 minutos (900 segundos), mientras que los grandes volúmenes de datos recopilados por el rover se devuelven a través de relé por satélite. [27] : 46 El retraso de la comunicación unidireccional con la Tierra varía de 4 a 22 minutos, dependiendo de las posiciones relativas de los planetas, siendo el promedio de 12,5 minutos. [42]
En el aterrizaje, la telemetría fue monitoreada por el orbitador Mars Odyssey 2001 , el Mars Reconnaissance Orbiter y el Mars Express de la ESA . Odyssey es capaz de transmitir telemetría UHF a la Tierra en tiempo real. El tiempo de relevo varía con la distancia entre los dos planetas y tomó 13:46 minutos en el momento del aterrizaje. [43] [44]
  • Sistemas de movilidad: el Curiosity está equipado con seis ruedas en una suspensión basculante-bogie , que también sirvió como tren de aterrizaje para el vehículo, a diferencia de sus predecesores más pequeños. [45] [46] Las ruedas son significativamente más grandes (50 centímetros (20 pulgadas) de diámetro) que las utilizadas en vehículos exploradores anteriores. Cada rueda tiene tacos y se acciona y engrana de forma independiente, lo que permite escalar en arena blanda y trepar por rocas. Las cuatro ruedas de las esquinas se pueden dirigir de forma independiente, lo que permite que el vehículo gire en su lugar y ejecute giros en arco. [27]Cada rueda tiene un patrón que le ayuda a mantener la tracción y deja huellas en la superficie arenosa de Marte. Las cámaras de a bordo utilizan ese patrón para juzgar la distancia recorrida. El patrón en sí es código Morse para " JPL " ( • −−− • −− • • - •• ). [47] Según el centro de masa, el vehículo puede soportar una inclinación de al menos 50 grados en cualquier dirección sin volcarse, pero los sensores automáticos limitarán el rover para que no supere los 30 grados de inclinación. [27]

Instrumentos [ editar ]

La sombra de Curiosity y Aeolis Mons ("Mount Sharp")

La estrategia de análisis general comienza con cámaras de alta resolución para buscar características de interés. Si una superficie en particular es de interés, Curiosity puede vaporizar una pequeña porción de ella con un láser infrarrojo y examinar la firma espectral resultante para consultar la composición elemental de la roca. Si esa firma intriga, el rover usará su brazo largo para balancearse sobre un microscopio y un espectrómetro de rayos X para mirar más de cerca. Si la muestra amerita un análisis adicional, Curiosity puede perforar la roca y entregar una muestra en polvo a los laboratorios analíticos SAM o CheMin dentro del rover. [48] [49] [50]

  • Espectrómetro de rayos X de partículas alfa (APXS): este dispositivo puede irradiar muestras con partículas alfa y mapear los espectros de rayos X que se vuelven a emitir para determinar la composición elemental de las muestras.
  • CheMin : CheMin es la abreviatura de 'Química y Mineralogía', y es unanalizador de difracción de rayos X y fluorescencia de rayos X. [51] [52] [53] Identificará y cuantificará los minerales presentes en las rocas y el suelo y, por lo tanto, evaluará la participación del agua en su formación, deposición o alteración. [52] Además, los datos de CheMin serán útiles en la búsqueda de posibles biofirmas minerales, fuentes de energía para la vida o indicadores de entornos habitables en el pasado. [51] [52]
  • Análisis de muestras en Marte (SAM): el conjunto de instrumentos SAM analizará sustancias orgánicas y gases de muestras atmosféricas y sólidas. [49] [50] Esto incluye las proporciones de isótopos de oxígeno e carbonoen el dióxido de carbono (CO 2 ) y el metano (CH 4 ) en la atmósfera de Marte para distinguir entre suorigen geoquímico o biológico . [49] [54] [55] [56] [57]
Comparación de dosis de radiación: incluye la cantidad detectada en el viaje de la Tierra a Marte por el RAD en el MSL (2011-2013). [58] [59] [60]
  • Detector de evaluación de radiación (RAD): este instrumento fue el primero de diez instrumentos MSL en encenderse. Tanto en ruta como en la superficie del planeta, caracterizará el amplio espectro de radiación que se encuentra en el entorno marciano. Encendido después del lanzamiento, registró varios picos de radiación causados ​​por el sol. [61] El 31 de mayo de 2013, los científicos de la NASA informaron que una posible misión humana a Marte puede implicar un gran riesgo de radiación en función de la cantidad de radiación de partículas energéticas detectada por el RAD en el Laboratorio de Ciencias de Marte mientras viaja de la Tierra a Marte en 2011-2012.[58] [59] [60]
La RAD sobre la curiosidad .
  • Albedo dinámico de neutrones (DAN): una fuente de neutrones pulsadosy un detector para medir hidrógeno o hielo y agua en o cerca de la superficie marciana. [62] [63] El 18 de agosto de 2012 (sol 12) se encendió el instrumento científico ruso, DAN, [64] marcando el éxito de una colaboración ruso-estadounidense en la superficie de Marte y el primer instrumento científico ruso en funcionamiento. en la superficie marciana desde que Mars 3 dejó de transmitir hace más de cuarenta años. [65] El instrumento está diseñado para detectar agua subterránea. [64]
  • Estación de Monitoreo Ambiental Rover (REMS): Paquete meteorológico ysensor ultravioleta proporcionado por España y Finlandia . [66] Mide la humedad, la presión, las temperaturas, la velocidad del viento y la radiación ultravioleta. [66]
  • Cámaras: Curiosity tiene diecisiete cámaras en total. [67] 12 cámaras de ingeniería (Hazcams y Navcams) y cinco cámaras científicas. Las cámaras MAHLI, MARDI y MastCam fueron desarrolladas por Malin Space Science Systems y todas comparten componentes de diseño comunes, como cajas de procesamiento de imágenes electrónicas integradas , CCD de 1600 × 1200 y un filtro de patrón RGB Bayer . [68] [69] [70] [71] [72] [73]
    • MastCam : este sistema proporciona múltiples espectros e imágenes de color verdadero con dos cámaras.
    • Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : este sistema consiste en una cámara montada en un brazo robótico en el rover, que se utiliza para adquirir imágenes microscópicas de rocas y suelo. Dispone de leds blancos y ultravioleta para iluminación.
  • ChemCam: Diseñado por Roger Wiens es un sistema de instrumentos de teledetección que se utiliza para erosionar la superficie marciana hasta a 10 metros de distancia y medir los diferentes componentes que componen la tierra. [74] La carga útil incluye el primer sistema de espectroscopía de ruptura inducida por láser (LIBS) que se utilizará para la ciencia planetaria, y la quinta cámara científica de Curiosity , el micro-generador de imágenes remoto (RMI). El RMI proporciona imágenes en blanco y negro con una resolución de 1024 × 1024 en un campo de visión de 0,02 radianes (1,1 grados). [75] Esto equivale aproximadamente a un objetivo de 1500 mm en una cámara de 35 mm .
MARDI ve la superficie
  • Mars Descent Imager (MARDI) : durante parte del descenso a la superficie marciana, MARDI adquirió 4 imágenes en color por segundo, a 1600 × 1200 píxeles, con un tiempo de exposición de 0,9 milisegundos. Las imágenes se tomaron 4 veces por segundo, comenzando poco antes de la separación del escudo térmico a 3,7 km de altitud, hasta unos segundos después del aterrizaje. Esto proporcionó información de ingeniería sobre el movimiento del rover durante el proceso de descenso e información científica sobre el terreno que rodea al rover. La NASA descubrió MARDI en 2007, pero Malin Space Science Systems lo contribuyó con sus propios recursos. [76] Después del aterrizaje, podría tomar 1,5 mm (0,059 pulgadas) de vistas por píxel de la superficie, [77] la primera de estas fotos posteriores al aterrizaje se tomó el 27 de agosto de 2012 (sol 20). [78]
  • Cámaras de ingeniería: hay 12 cámaras adicionales que admiten la movilidad:
    • Cámaras para evitar peligros (Hazcams): el rover tiene un par de cámaras de navegación en blanco y negro ( Hazcams ) ubicadas en cada una de sus cuatro esquinas. [79] Estos proporcionan vistas cerradas de posibles obstáculos a punto de pasar por debajo de las ruedas.
    • Cámaras de navegación (Navcams): el rover utiliza dos pares de cámaras de navegación en blanco y negro montadas en el mástil para apoyar la navegación terrestre. [79] Estos proporcionan una vista a mayor distancia del terreno que se encuentra por delante.

Historia [ editar ]

La etapa de crucero de MSL se está probando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro cerca de Pasadena , California

El Laboratorio de Ciencias de Marte fue recomendado por el comité Decadal Survey del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos como la misión de clase media a Marte de máxima prioridad en 2003. [80] La NASA solicitó propuestas para los instrumentos científicos del rover en abril de 2004, [81] y ocho propuestas fueron seleccionado el 14 de diciembre de ese año. [81] Las pruebas y el diseño de los componentes también comenzaron a finales de 2004, incluido el diseño de Aerojet de un motor monopropelente con la capacidad de acelerar de 15 a 100 por ciento de empuje con una presión de entrada de propulsor fija. [81]

Costos excesivos, retrasos y lanzamiento [ editar ]

En noviembre de 2008, la mayor parte del desarrollo de hardware y software estaba completo y las pruebas continuaron. [82] En este punto, los sobrecostos eran de aproximadamente 400 millones de dólares. En los intentos por cumplir con la fecha de lanzamiento, se eliminaron varios instrumentos y un caché para muestras y se simplificaron otros instrumentos y cámaras para simplificar las pruebas y la integración del rover. [83] [84] El mes siguiente, la NASA retrasó el lanzamiento hasta finales de 2011 debido a un tiempo de prueba inadecuado. [85] [86] [87]Finalmente, los costos para desarrollar el rover alcanzaron los $ 2.47 mil millones, que para un rover que inicialmente había sido clasificado como una misión de costo medio con un presupuesto máximo de $ 650 millones, sin embargo, la NASA aún tuvo que pedir $ 82 millones adicionales para cumplir con el plan de noviembre. lanzamiento. A partir de 2012, el proyecto sufrió un retraso del 84 por ciento. [88]

MSL se lanzó en un cohete Atlas V desde Cabo Cañaveral el 26 de noviembre de 2011. [89] El 11 de enero de 2012, la nave espacial refinó con éxito su trayectoria con una serie de disparos de motores propulsores de tres horas, lo que adelantó el tiempo de aterrizaje del rover en aproximadamente 14 horas. Cuando se lanzó MSL, el director del programa era Doug McCuistion de la División de Ciencias Planetarias de la NASA. [90]

Curiosity aterrizó con éxito en el cráter Gale a las 05: 17: 57.3 UTC el 6 de agosto de 2012, [3] [6] [7] [11] y transmitió imágenes de Hazcam confirmando la orientación. [11] Debido a la distancia Marte-Tierra en el momento del aterrizaje y la velocidad limitada de las señales de radio, el aterrizaje no se registró en la Tierra durante otros 14 minutos. [11] El Mars Reconnaissance Orbiter envió una fotografía de Curiosity descendiendo bajo su paracaídas, tomada por su cámara HiRISE , durante el procedimiento de aterrizaje.

Seis altos miembros del equipo Curiosity presentaron una conferencia de prensa pocas horas después del aterrizaje, ellos fueron: John Grunsfeld , administrador asociado de la NASA; Charles Elachi , director, JPL; Peter Theisinger , director de proyectos de MSL; Richard Cook, subdirector de proyectos de MSL; Adam Steltzner , líder de entrada, descenso y aterrizaje MSL (EDL); y John Grotzinger , científico del proyecto MSL. [91]

Nombrar [ editar ]

Entre el 23 y el 29 de marzo de 2009, el público en general clasificó nueve nombres de rover finalistas (Adventure, Amelia, Journey, Perception, Pursuit, Sunrise, Vision, Wonder y Curiosity) [92] a través de una encuesta pública en el sitio web de la NASA. [93] El 27 de mayo de 2009, se anunció que el nombre ganador sería Curiosity . El nombre había sido presentado en un concurso de ensayos por Clara Ma, una estudiante de sexto grado de Kansas. [93] [94] [95]

La curiosidad es la pasión que nos impulsa a través de nuestra vida cotidiana. Nos hemos convertido en exploradores y científicos con nuestra necesidad de hacer preguntas y preguntarnos.

-  Clara Ma, NASA / JPL Concurso Name the Rover

Selección del sitio de aterrizaje [ editar ]

Aeolis Mons se eleva desde el centro del cráter Gale - El punto verde marca el lugar de aterrizaje del rover Curiosity en Aeolis Palus [96] [97] - El norte está abajo

Se evaluaron más de 60 sitios de aterrizaje y en julio de 2011 se eligió el cráter Gale. Un objetivo principal al seleccionar el sitio de aterrizaje era identificar un entorno geológico particular, o un conjunto de entornos, que sustentarían la vida microbiana. Los planificadores buscaron un sitio que pudiera contribuir a una amplia variedad de posibles objetivos científicos. Preferían un lugar de aterrizaje con evidencia morfológica y mineralógica de agua pasada. Además, se prefirió un sitio con espectros que indicaran múltiples minerales hidratados ; los minerales arcillosos y las sales de sulfato constituirían un sitio rico. Hematita , otros óxidos de hierro , minerales de sulfato, minerales de silicato , sílice y posiblementeSe sugirieron los minerales de cloruro como posibles sustratos para la conservación de fósiles . De hecho, se sabe que todos facilitan la preservación de morfologías y moléculas fósiles en la Tierra. [98] Se favoreció el terreno difícil para encontrar evidencia de condiciones habitables, pero el rover debe ser capaz de llegar al sitio de manera segura y conducir dentro de él. [99]

Las limitaciones de ingeniería exigían un lugar de aterrizaje a menos de 45 ° del ecuador marciano y a menos de 1 km por encima del datum de referencia . [100] En el primer taller sobre el sitio de aterrizaje de MSL, se identificaron 33 sitios de aterrizaje potenciales. [101] Al final del segundo taller a finales de 2007, la lista se redujo a seis; [102] [103] en noviembre de 2008, los líderes del proyecto en un tercer taller redujeron la lista a estos cuatro lugares de aterrizaje: [104] [105] [106] [107]

Un cuarto taller sobre el lugar de aterrizaje se llevó a cabo a fines de septiembre de 2010 [112] y el quinto y último taller del 16 al 18 de mayo de 2011. [113] El 22 de julio de 2011, se anunció que el cráter Gale había sido seleccionado como el lugar de aterrizaje. de la misión Mars Science Laboratory.

Lanzar [ editar ]

El MSL lanzado desde Cabo Cañaveral

Vehículo de lanzamiento [ editar ]

El vehículo de lanzamiento Atlas V es capaz de lanzar hasta 8.290 kg (18.280 lb) a la órbita de transferencia geoestacionaria . [114] El Atlas V también se utilizó para lanzar el Mars Reconnaissance Orbiter y la sonda New Horizons . [5] [115]

La primera y la segunda etapa, junto con los motores de cohete sólido, se apilaron el 9 de octubre de 2011, cerca de la plataforma de lanzamiento. [116] El carenado que contiene MSL fue transportado a la plataforma de lanzamiento el 3 de noviembre de 2011. [117]

Evento de lanzamiento [ editar ]

El MSL fue lanzado desde el Complejo 41 de Lanzamiento Espacial de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral el 26 de noviembre de 2011 a las 15:02 UTC a través del Atlas V 541 proporcionado por United Launch Alliance . [118] Este cohete de dos etapas incluye un reforzador de núcleo común (CCB) de 3,8 m (12 pies) impulsado por un motor RD-180 , cuatro propulsores de cohetes sólidos (SRB) y una segunda etapa Centaur con un motor de 5 m (16 pies) carenado de carga útil de diámetro . [119] El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA coordinó el lanzamiento a través del Contrato I de Servicios de Lanzamiento de la NASA (NLS). [120]

Crucero [ editar ]

Animación de la trayectoria del Laboratorio Científico de Marte
   Tierra  ·    Marte  ·   Laboratorio de Ciencias de Marte

Etapa de crucero [ editar ]

La etapa de crucero llevó la nave espacial MSL a través del vacío del espacio y la entregó a Marte. El viaje interplanetario cubrió la distancia de 352 millones de millas en 253 días. [121] La etapa de crucero tiene su propio sistema de propulsión en miniatura , que consta de ocho propulsores que utilizan combustible de hidracina en dos tanques de titanio . [122] También tiene su propio sistema de energía eléctrica , que consiste en un panel solar y una batería para proporcionar energía continua. Al llegar a Marte, la nave dejó de girar y un cortador de cable separó la etapa de crucero del aeroshell. [122] Luego, la etapa de crucero se desvió a una trayectoria separada hacia la atmósfera.[123] [124] En diciembre de 2012, el Mars Reconnaissance Orbiter localizó el campo de escombros de la etapa de crucero. Dado que se conocen el tamaño inicial, la velocidad, la densidad y el ángulo de impacto del hardware, proporcionará información sobre los procesos de impacto en la superficie de Marte y las propiedades atmosféricas. [125]

Órbita de transferencia de Marte [ editar ]

La nave espacial MSL partió de la órbita terrestre y fue insertada en una órbita heliocéntrica de transferencia de Marte el 26 de noviembre de 2011, poco después del lanzamiento, por la etapa superior Centaur del vehículo de lanzamiento Atlas V. [119] Antes de la separación del Centauro, la nave espacial se estabilizó en giro a 2 rpm para el control de actitud durante el crucero de 36.210 km / h (22.500 mph) a Marte. [126]

Durante el crucero, se utilizaron ocho propulsores dispuestos en dos grupos como actuadores para controlar la velocidad de giro y realizar maniobras de corrección de trayectoria axial o lateral . [27] Al girar sobre su eje central, mantuvo una actitud estable. [27] [127] [128] En el camino, la etapa de crucero realizó cuatro maniobras de corrección de trayectoria para ajustar la trayectoria de la nave espacial hacia su lugar de aterrizaje. [129] La información fue enviada a controladores de la misión a través de dos de banda X antenas . [122] Una tarea clave de la etapa de crucero fue controlar la temperatura de todos los sistemas de la nave espacial y disipar el calor generado por las fuentes de energía, como las células solares.y motores, al espacio. En algunos sistemas, las mantas aislantes mantuvieron los instrumentos científicos sensibles más calientes que la temperatura espacial cercana al cero absoluto . Los termostatos monitoreaban las temperaturas y encendían o apagaban los sistemas de calefacción y refrigeración según fuera necesario. [122]

Entrada, descenso y aterrizaje (EDL) [ editar ]

Sistema de nave espacial EDL [ editar ]

Aterrizar una gran masa en Marte es particularmente desafiante ya que la atmósfera es demasiado delgada para que los paracaídas y el aerofrenado solo sean efectivos, [130] mientras permanece lo suficientemente grueso como para crear estabilidad y problemas de impacto al desacelerar con retrocohetes . [130] Aunque algunas misiones anteriores han utilizado bolsas de aire para amortiguar el impacto del aterrizaje, el rover Curiosity es demasiado pesado para que esto sea una opción. En cambio, la curiosidadse colocó en la superficie marciana utilizando un nuevo sistema de entrada, descenso y aterrizaje de alta precisión (EDL) que formaba parte de la etapa de descenso de la nave espacial MSL. La masa de este sistema EDL, incluido el paracaídas, la grúa aérea , el combustible y el aeroshell , es de 2.401 kg (5.293 lb). [131] El novedoso sistema EDL colocó a Curiosity dentro de una elipse de aterrizaje de 20 por 7 km (12,4 por 4,3 millas), [97] en contraste con la elipse de aterrizaje de 150 por 20 km (93 por 12 millas) de los sistemas de aterrizaje utilizados por el Rovers de exploración de Marte. [132]

El sistema de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) se diferencia de los utilizados para otras misiones en que no requiere un plan de misión interactivo generado en tierra. Durante toda la fase de aterrizaje, el vehículo actúa de forma autónoma, basándose en software y parámetros precargados. [27] El sistema de EDL se basó en una de Viking derivado aeroshell estructura y sistema de propulsión para una entrada de guiado de precisión y aterrizaje suave, en contraste con los aterrizajes de airbag que se utilizaron en la década de 1990 por los Marte Pathfinder y Mars Exploration Rover misiones . La nave espacial empleó varios sistemas en un orden preciso, con la secuencia de entrada, descenso y aterrizaje dividida en cuatro partes [132] [133]—Descrito a continuación como los eventos de vuelos espaciales que se desarrollaron el 6 de agosto de 2012.

Evento EDL: 6 de agosto de 2012 [ editar ]

Eventos de entrada a la atmósfera marciana desde la separación de la etapa de crucero hasta el despliegue del paracaídas

A pesar de su hora tardía, particularmente en la costa este de los Estados Unidos, donde era la 1:31 am, [6] el aterrizaje generó un interés público significativo. 3,2 millones vieron el aterrizaje en vivo y la mayoría lo vio en línea en lugar de en la televisión a través de la NASA TV o las redes de noticias por cable que cubrieron el evento en vivo. [134] El lugar de aterrizaje final del rover estaba a menos de 2,4 km (1,5 millas) de su objetivo después de un viaje de 563,270,400 km (350,000,000 millas). [39] Además del streaming y la visualización de video tradicional, JPL creó Eyes on the Solar System , una simulación tridimensional en tiempo real de entrada, descenso y aterrizaje basada en datos reales. La curiosidad 'sEl tiempo de toma de contacto representado en el software, basado en las predicciones del JPL, fue menos de 1 segundo diferente a la realidad. [135]

La fase EDL de la misión de vuelo espacial MSL a Marte tomó solo siete minutos y se desarrolló automáticamente, según lo programado por los ingenieros del JPL con anticipación, en un orden preciso, con la secuencia de entrada, descenso y aterrizaje ocurriendo en cuatro fases distintas del evento: [132] [ 133]

Entrada guiada [ editar ]

La entrada guiada es la fase que permitió que la nave espacial se dirigiera con precisión a su lugar de aterrizaje planificado.

La entrada guiada de precisión hizo uso de la capacidad de computación a bordo para dirigirse hacia el sitio de aterrizaje predeterminado, mejorando la precisión del aterrizaje desde un rango de cientos de kilómetros a 20 kilómetros (12 millas). Esta capacidad ayudó a eliminar algunas de las incertidumbres de los peligros de aterrizaje que podrían estar presentes en elipses de aterrizaje más grandes. [136] La dirección se logró mediante el uso combinado de propulsores y masas de equilibrio eyectables. [137] Las masas de equilibrio eyectables desplazan el centro de masa de la cápsula, lo que permite la generación de un vector de elevación durante la fase atmosférica. Una computadora de navegación integró las medidas para estimar la posición y actitudde la cápsula que generaba comandos de torque automatizados. Esta fue la primera misión planetaria en utilizar técnicas de aterrizaje de precisión.

El rover estaba plegado dentro de un aeroshell que lo protegía durante el viaje por el espacio y durante la entrada atmosférica en Marte. Diez minutos antes de la entrada atmosférica, el aeroshell se separó de la etapa de crucero que proporcionó energía, comunicaciones y propulsión durante el largo vuelo a Marte. Un minuto después de la separación de los propulsores de la etapa de crucero en el aeroshell, se dispararon para cancelar la rotación de 2 rpm de la nave y lograron una orientación con el escudo térmico frente a Marte en preparación para la entrada atmosférica . [138] El escudo térmico está hecho de ablador de carbono impregnado con fenólico (PICA). El escudo térmico de 4,5 m (15 pies) de diámetro, que es el escudo térmico más grande jamás volado en el espacio, [139]redujo la velocidad de la nave espacial por ablación contra la atmósfera marciana , desde la velocidad de la interfaz atmosférica de aproximadamente 5,8 km / s (3,6 mi / s) hasta aproximadamente 470 m / s (1,500 pies / s), donde era posible el despliegue de paracaídas aproximadamente cuatro minutos después. Un minuto y 15 segundos después de la entrada, el escudo térmico experimentó temperaturas máximas de hasta 2.090 ° C (3.790 ° F) a medida que la presión atmosférica convertía la energía cinética en calor. Diez segundos después del calentamiento máximo, esa desaceleración alcanzó un máximo de 15 g . [138]

Gran parte de la reducción del error de precisión del aterrizaje se logró mediante un algoritmo de guía de entrada, derivado del algoritmo utilizado para la guía de los módulos de comando Apollo que regresan a la Tierra en el programa Apollo . [138] Esta guía utiliza la fuerza de elevación experimentada por el aeroshell para "volar" cualquier error detectado en el rango y, por lo tanto, llegar al lugar de aterrizaje objetivo. Para que el aeroshell tenga sustentación, su centro de masa está desplazado de la línea central axial que da como resultado un ángulo de compensación descentrado en el vuelo atmosférico. Esto se logró mediante la expulsión de masas de lastre que constan de dos pesos de tungsteno de 75 kg (165 lb) minutos antes de la entrada atmosférica. [138]El vector de elevación fue controlado por cuatro conjuntos de dos propulsores del sistema de control de reacción (RCS) que produjeron aproximadamente 500 N (110 lbf) de empuje por par. Esta capacidad de cambiar la orientación de la dirección de elevación permitió que la nave espacial reaccionara al entorno ambiental y se dirigiera hacia la zona de aterrizaje. Antes del despliegue del paracaídas, el vehículo de entrada expulsó más masa de lastre que consistía en seis pesas de tungsteno de 25 kg (55 lb) de modo que se eliminó el centro de gravedad compensado. [138]

Descenso en paracaídas [ editar ]

El paracaídas de MSL tiene 16 m (52 ​​pies) de diámetro.
El rover Curiosity de la NASA y su paracaídas fueron detectados por el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA cuando la sonda descendía a la superficie. 6 de agosto de 2012.

Cuando se completó la fase de entrada y la cápsula se redujo a unos 470 m / s (1500 pies / s) a unos 10 km (6,2 millas) de altitud, el paracaídas supersónico se desplegó, [140] como lo hicieron los módulos de aterrizaje anteriores como Viking , Mars Pathfinder y Mars Exploration Rovers. El paracaídas tiene 80 líneas de suspensión, tiene más de 50 m (160 pies) de largo y aproximadamente 16 m (52 ​​pies) de diámetro. [141] Capaz de desplegarse a Mach 2.2, el paracaídas puede generar hasta 289 kN (65,000 lbf) de fuerza de arrastre en la atmósfera marciana. [141]Después de que se desplegó el paracaídas, el escudo térmico se separó y cayó. Una cámara debajo del rover adquirió aproximadamente 5 fotogramas por segundo (con una resolución de 1600 × 1200 píxeles) por debajo de 3,7 km (2,3 millas) durante un período de aproximadamente 2 minutos hasta que los sensores del rover confirmaron el aterrizaje exitoso. [142] El equipo del Mars Reconnaissance Orbiter pudo adquirir una imagen del MSL descendiendo bajo el paracaídas. [143]

Descenso motorizado [ editar ]

La etapa de descenso motorizado

Tras el frenado del paracaídas, a unos 1,8 km (1,1 millas) de altitud, todavía viajando a unos 100 m / s (220 mph), el rover y la etapa de descenso abandonaron el aeroshell. [140] La etapa de descenso es una plataforma sobre el rover con ocho propulsores de cohetes de hidracina monopropelente de empuje variable en brazos que se extienden alrededor de esta plataforma para reducir la velocidad del descenso. Cada propulsor de cohete, llamado Mars Lander Engine (MLE), [144] produce de 400 a 3100 N (90 a 697 lbf) de empuje y se deriva de los utilizados en los módulos de aterrizaje Viking. [145]Un altímetro de radar midió la altitud y la velocidad, enviando datos a la computadora de vuelo del rover. Mientras tanto, el rover se transformó de su configuración de vuelo replegada a una configuración de aterrizaje mientras era bajado por debajo de la etapa de descenso por el sistema "sky crane".

Grulla del cielo [ editar ]

Eventos de entrada desde el despliegue del paracaídas hasta el descenso motorizado que finaliza en el vuelo de la grúa aérea
El concepto artístico de Curiosity se baja desde la etapa de descenso propulsada por cohetes.

Por varias razones, se eligió un sistema de aterrizaje diferente para MSL en comparación con los módulos de aterrizaje y exploradores de Marte anteriores. Se consideró que la curiosidad era demasiado pesada para usar el sistema de aterrizaje de bolsas de aire como se usa en los Mars Pathfinder y Mars Exploration Rovers . Un enfoque de aterrizaje con patas habría causado varios problemas de diseño. [138]Habría sido necesario tener motores lo suficientemente altos por encima del suelo al aterrizar para no formar una nube de polvo que pudiera dañar los instrumentos del rover. Esto habría requerido patas de aterrizaje largas que necesitarían tener un ancho significativo para mantener bajo el centro de gravedad. Un módulo de aterrizaje con patas también habría requerido rampas para que el rover pudiera descender a la superficie, lo que habría incurrido en un riesgo adicional para la misión por la posibilidad de que las rocas o la inclinación impidieran que Curiosity pudiera salir del módulo de aterrizaje con éxito. Frente a estos desafíos, los ingenieros de MSL idearon una solución alternativa novedosa: la grúa aérea. [138] El sistema de grúa aérea bajó el rover con una atadura de 7,6 m (25 pies) [138] a un aterrizaje suave —con las ruedas hacia abajo— en la superficie de Marte.[140] [146] [147] Este sistema consiste en una brida que baja el rover con tres amarres de nailon y un cable eléctrico que lleva información y energía entre la etapa de descenso y el rover. Cuando los cables de soporte y datos se desenrollaron, las seis ruedas motorizadas del rover encajaron en su posición. Aproximadamente a 7,5 m (25 pies) por debajo de la etapa de descenso, el sistema de grúa aérea se detuvo y el rover aterrizó. Después de que el rover aterrizó, esperó dos segundos para confirmar que estaba en tierra firme al detectar el peso en las ruedas y disparó varios piros (pequeños artefactos explosivos) activando cortadores de cables en la brida y cordones umbilicales para liberarse de la etapa de descenso. . La etapa de descenso luego voló hacia un aterrizaje forzoso a 650 m (2100 pies) de distancia. [148]El concepto de grúa aérea nunca antes se había utilizado en misiones. [149]

Sitio de destino [ editar ]

Gale Crater es el lugar de aterrizaje de MSL. [96] [150] [151] Dentro del cráter Gale hay una montaña, llamada Aeolis Mons ("Monte Sharp"), [17] [18] [152] de rocas estratificadas, elevándose unos 5,5 km (18.000 pies) sobre el cráter piso, que Curiosity investigará. El lugar de aterrizaje es una región lisa en "Yellowknife" Quad 51 [153] [154] [155] [156] de Aeolis Palus dentro del cráter frente a la montaña. La ubicación del lugar de aterrizaje objetivo era un área elíptica de 20 por 7 km (12,4 por 4,3 millas). [97] El diámetro del cráter Gale es de 154 km (96 millas).

El lugar de aterrizaje del rover estaba a menos de 2,4 km (1,5 millas) del centro de la elipse de aterrizaje planificada, después de un viaje de 563.000.000 km (350.000.000 millas). [157] La NASA nombró el sitio de aterrizaje del rover Bradbury Landing el sol 16, 22 de agosto de 2012. [158] Según la NASA, se estima que entre 20.000 y 40.000 esporas bacterianas resistentes al calor se encontraban en Curiosity en el lanzamiento, y hasta 1.000 veces más. puede que no se haya contado el número. [159]

Medios [ editar ]

Videos [ editar ]

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Seven Minutes of Terror de MSL , un video de la NASA que describe el aterrizaje.
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Descenso de MSL a la superficie del cráter Gale .
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El escudo térmico de MSL golpea el suelo marciano y levanta una nube de polvo.

Imágenes [ editar ]

Rover Curiosity - cerca de Bradbury Landing (9 de agosto de 2012).
La curiosidad 's vista de montaje de Sharp (20 de septiembre de 2012; equilibrada blanco ) ( de color crudo ).
La curiosidad 's vista desde la ' Rocknest ' mirando hacia el este, hacia el 'Lake Point'(centro) en el camino a ' Glenelg intriga '(26 de noviembre de 2012; equilibrada blanco ) ( color crudo ).
La curiosidad 's vista del Monte de Sharp (9 de septiembre de 2015).
La curiosidad 's vista del cielo de Marte en la puesta del sol (febrero de 2013; Sun simulado por el artista).

Ver también [ editar ]

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  • Astrobiología  : ciencia relacionada con la vida en el universo
  • ExoMars  : un programa de astrobiología que estudia Marte
  • InSight  : módulo de aterrizaje en Marte, llegó en noviembre de 2018
  • Lista de misiones a Marte  - artículo de la lista de Wikipedia
  • Lista de rocas en Marte  : lista alfabética de rocas y meteoritos con nombre encontrados en Marte
  • Mars 2020  - Astrobiology Mars rover mission by NASA
  • MAVEN  - Orbitador de Marte
  • Nave espacial robótica
  • Información científica de la misión Mars Exploration Rover
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Lectura adicional [ editar ]

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  • Grotzinger, JP; Crisp, J .; Vasavada, AR; Anderson, RC; Baker, CJ; Barry, R .; Blake, DF; Conrad, P .; Edgett, KS; Ferdowski, B .; Gellert, R .; Gilbert, JB; Golombek, M .; Gómez-Elvira, J .; Hassler, DM; Jandura, L .; Litvak, M .; Mahaffy, P .; Maki, J .; Meyer, M .; Malin, MC; Mitrofanov, I .; Simmonds, JJ; Vaniman, D .; Welch, RV; Wiens, RC (2012). "Investigación científica y misión del laboratorio científico de Marte" . Reseñas de ciencia espacial . 170 (1–4): 5–56. Código bibliográfico : 2012SSRv..170 .... 5G . doi : 10.1007 / s11214-012-9892-2 .—Artículo general sobre el MSL, el lugar de aterrizaje y la instrumentación

Enlaces externos [ editar ]

  • Página de inicio de MSL
  • Publicaciones científicas de miembros del equipo de MSL ( PDF )
  • MSL - Kit de prensa para los medios (noviembre de 2011) ( PDF )
  • galería de imágenes
    • MSL - Vídeos del canal de noticias NASA / JPL
    • MSL - Entrada, descenso y aterrizaje (EDL) - Video animado (02:00)
    • MSL - Actualizaciones de la NASA - * REPLAY * Anytime (NASA-YouTube)
    • MSL - " Tierras de curiosidades " (08/06/2012) - NASA / JPL - Video (03:40)
    • Simulador de video de descenso y real / narrado , MSL en tiempo real / 25 fps , todo / 4fp , HiRise
    • MSL - Aterrizaje ("7 minutos de terror")
    • MSL - Sitio de aterrizaje - Cráter Gale - Video animado / narrado (02:37)
    • MSL - Resumen de la misión - Video animado / extendido (11:20)
    • MSL - " Lanzamiento de la curiosidad " (26/11/2011) - NASA / Kennedy - Video (04:00)
    • MSL - Visita virtual NASA / JPL - Rover
  • MSL - Entrada, descenso y aterrizaje (EDL) - Línea de tiempo / ieee
  • MSL - Entrada, descenso y aterrizaje (EDL) - Descripción. ( PDF )
  • MSL - Preparativos previos al lanzamiento en KSC (imágenes de alta resolución y panorámicas esféricas)
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