Para mejorar la seguridad del aterrizaje en la Luna o Marte, la Nasa está desarrollando y probando un conjunto de tecnologías precisas de aterrizaje y prevención de peligros, según indica la agencia espacial norteamericana.
Algunos de los lugares más interesantes para estudiar en nuestro sistema solar se encuentran en los entornos más inhóspitos, pero aterrizar en cualquier cuerpo planetario ya es una propuesta arriesgada.
Con la planificación de misiones robóticas y tripuladas de la Nasa a nuevas ubicaciones en la Luna y Marte, evitar aterrizar en la pendiente empinada de un cráter o en un campo de rocas es fundamental para ayudar a garantizar un aterrizaje seguro para la exploración de la superficie de otros mundos.
Cuando se elige un sitio para la exploración, parte de la consideración es garantizar suficiente espacio para que aterrice una nave espacial. El tamaño del área, llamada elipse de aterrizaje, revela la naturaleza inexacta de la tecnología de aterrizaje heredada.
El área de aterrizaje objetivo del Apolo 11 en 1968 era de aproximadamente 18 kilómetros por cinco kilómetros, y los astronautas pilotaron el módulo de aterrizaje. Las misiones robóticas posteriores a Marte fueron diseñadas para aterrizajes autónomos. Viking llegó al Planeta Rojo 10 años después con una elipse objetivo de 280 kilómetros por 100 kilómetros.
La tecnología ha mejorado y las subsiguientes zonas de aterrizaje autónomas disminuyeron de tamaño. En 2012, la elipse de aterrizaje del rover Curiosity se redujo a 20 x 7,5 kilómetros.
Ser capaz de identificar un lugar de aterrizaje ayudará a futuras misiones a apuntar a áreas para nuevas exploraciones científicas en lugares que antes se consideraban demasiado peligrosos para un aterrizaje sin piloto. También permitirá que las misiones de suministro avanzadas envíen carga y suministros a un solo lugar, en lugar de extenderse por kilómetros.
Elipse de aterrizaje
Cada cuerpo planetario tiene sus propias condiciones únicas. por eso “SPLICE está diseñado para integrarse con cualquier nave espacial que aterrice en un planeta o en la Luna”, dijo el gerente de proyecto Ron Sostaric. Con base en el Centro Espacial Johnson de la Nasa, en Houston, Sostaric explicó que el proyecto abarca varios centros de la agencia.
“Lo que estamos construyendo es un sistema completo de descenso y aterrizaje que funcionará para futuras misiones de Artemisa a la Luna y se puede adaptar a Marte”, dijo. “Nuestro trabajo es unir los componentes individuales y asegurarnos de que funcionan como un sistema en funcionamiento”.
Las condiciones atmosféricas pueden variar, pero el proceso de descenso y aterrizaje es el mismo. La computadora SPLICE está programada para activar la navegación relativa al terreno a varias millas sobre el suelo. La cámara a bordo fotografía la superficie, tomando hasta 10 fotografías por segundo. Estos se introducen continuamente en la computadora, que está precargada con imágenes de satélite del campo de aterrizaje y una base de datos de puntos de referencia conocidos.
Los algoritmos buscan las imágenes en tiempo real de las características conocidas para determinar la ubicación de la nave espacial y navegar la nave de forma segura hasta su punto de aterrizaje esperado. Es similar a navegar a través de puntos de referencia, como edificios, en lugar de nombres de calles.
De la misma forma, la navegación relativa al terreno identifica dónde se encuentra la nave espacial y envía esa información a la computadora de guía y control, que se encarga de ejecutar la trayectoria de vuelo hasta la superficie. La computadora sabrá aproximadamente cuándo la nave espacial debería estar acercándose a su objetivo, casi como si estuviera colocando migas de pan y luego siguiéndolas hasta el destino final.
Navegación láser
Conocer la posición exacta de una nave espacial es esencial para los cálculos necesarios para planificar y ejecutar un descenso motorizado hasta un aterrizaje preciso. A mitad del descenso, la computadora enciende el lidar Doppler de navegación para medir las mediciones de velocidad y alcance que se suman a la información de navegación precisa proveniente de la navegación relativa al terreno. Lidar (detección de luz y rango) funciona de la misma manera que un radar, pero usa ondas de luz en lugar de ondas de radio. Tres rayos láser, cada uno tan estrecho como un lápiz, apuntan hacia el suelo. La luz de estos rayos rebota en la superficie y se refleja hacia la nave espacial.
El tiempo de viaje y la longitud de onda de esa luz reflejada se utilizan para calcular la distancia de la nave al suelo, en qué dirección se dirige y la rapidez con que se mueve. Estos cálculos se realizan 20 veces por segundo para los tres rayos láser y se introducen en la computadora de guía.
El lidar Doppler funciona con éxito en la Tierra. Sin embargo, Farzin Amzajerdian, coinventor de la tecnología e investigador principal del Langley Research Center de la Nasa en Hampton, Virginia, es responsable de abordar los desafíos para su uso en el espacio.
“Todavía hay algunas incógnitas sobre la cantidad de señal que vendrá de la superficie de la Luna y Marte”, dijo. Si el material en el suelo no es muy reflectante, la señal de regreso a los sensores será más débil. Pero Amzajerdian confía en que el lidar superará a la tecnología de radar porque la frecuencia del láser es de órdenes de magnitud mayor que las ondas de radio, lo que permite una precisión mucho mayor y una detección más eficiente.
El caballo de batalla responsable de administrar todos estos datos es la computadora de descenso y aterrizaje. Los datos de navegación de los sistemas de sensores se envían a algoritmos a bordo, que calculan nuevas rutas para un aterrizaje preciso.
La computadora de descenso y aterrizaje sincroniza las funciones y la gestión de datos de los componentes individuales de SPLICE. También debe integrarse a la perfección con los otros sistemas en cualquier nave espacial. Por lo tanto, esta pequeña potencia informática evita que las tecnologías de aterrizaje de precisión sobrecarguen la computadora de vuelo principal.
Las necesidades computacionales identificadas desde el principio dejaron en claro que las computadoras existentes eran inadecuadas. El procesador informático de vuelo espacial de alto rendimiento de la Nasa satisfaría la demanda, pero aún faltan varios años para su finalización. Se necesitaba una solución provisional para preparar SPLICE para su primera prueba de vuelo con cohete suborbital con Blue Origin en su cohete New Shepard. Los datos del rendimiento de la nueva computadora ayudarán a dar forma a su eventual reemplazo.
John Carson, el responsable de integración técnica para aterrizaje de precisión, explicó que “la computadora sustituta tiene una tecnología de procesamiento muy similar, que está informando tanto el diseño futuro de la computadora de alta velocidad como los esfuerzos futuros de integración de la computadora de descenso y aterrizaje”.
De cara al futuro, misiones de prueba como éstas ayudarán a configurar sistemas de aterrizaje seguros para misiones de la Nasa y proveedores comerciales en la superficie de la Luna y otros cuerpos del sistema solar.
“Aterrizar de forma segura y precisa en otro mundo todavía presenta muchos desafíos”, dijo Carson. “Todavía no hay tecnología comercial que puedas comprar para esto. Cada misión de superficie futura podría utilizar esta capacidad de aterrizaje de precisión, por lo que la Nasa está satisfaciendo esa necesidad ahora. Y estamos fomentando la transferencia y el uso con nuestros socios de la industria”.
