Como prometí al hablar sobre el descenso de la sonda Phoenix en Marte, vamos a estudiar la estructura de la sonda en cierto detalle para entender mejor qué experimentos puede realizar y qué pretendemos conseguir con ella. He querido hacerlo pronto para que cuando surjan noticias al respecto (que a veces son más bien escuetas) y se mencionen distintas partes de la nave sepáis de qué están hablando con antelación – bueno, sepamos de qué están hablando, porque esto me ha servido para documentarme mucho mejor sobre las entrañas de la sonda. De modo que hoy nos dedicaremos a diseccionar la Phoenix.
He querido partir esta disección en dos entregas, porque aunque me parece muy interesante aprender sobre el asunto, creo que hacer cada parte demasiado larga sería contraproducente: demasiados datos y tal vez cansado. De modo que hoy aprenderemos acerca de los sistemas no científicos de la sonda: fuentes de energía, capacidad de proceso, propulsión, comunicaciones… además de ver un par de vídeos en los que se muestran estos sistemas en funcionamiento mediante animaciones.
Incluso si esto te parece un rollo y no quieres saber qué tipo de combustible utiliza la sonda o cuánta memoria RAM tiene, no te pierdas al menos el vídeo al final del artículo, porque merece realmente la pena si no lo has visto aún.
Crédito: NASA/Lockheed Martin.
Cuando fue soltada por el cohete Delta II que la transportó desde la superficie terrestre, la sonda con su “traje de viaje” pesaba 664 kilos, de los que sólo unos 343 kg componen la parte principal de la misión que se encuentra ahora mismo sobre Marte. ¿Dónde están los 321 kg restantes? 82 kg pertenecían al armazón de viaje de la sonda durante el largo viaje al Planeta Rojo (y que tenía los paneles solares usados durante el viaje), que fue soltado al llegar a la cima de la atmósfera marciana; el escudo térmico de material cerámico en forma de “nariz” pesaba 62 kg y, como dijimos en la noticia correspondiente, fue soltado durante el descenso; la cubierta trasera y el paracaídas, también desmontados de la sonda según caía, pesaban 110 kg; y el combustible –del que hablaremos en un momento– pesaba 67 kg.
Phoenix en la entrada atmosférica (imagen artística). Crédito: NASA/University of Arizona.
Curiosamente, el tamaño del vehículo “completo” antes de empezar a desmontarse según caía en Marte era más pequeño que el que ocupa la sonda ahora mismo, posada en la superficie. Durante el viaje, la Phoenix tenía 1,74 metros de altura y un diámetro de 2,64 metros, además de los paneles solares de una envergadura de 3,6 metros.
Ahora que ha desplegado sus instrumentos, como los paneles solares decagonales, el mástil meteorológico –del que hablaremos en la segunda parte del artículo– y demás aparatos, la sonda mide unos 2,2 metros de altura y tiene una envergadura de panel a panel de unos 5,52 metros (más o menos tres personas altas tumbadas una a continuación de otra).
Para que te hagas una idea del tamaño, aquí tienes una imagen de la Phoenix comparada con dos de los vehículos robóticos anteriores y con el futuro Mars Science Laboratory (que, como puedes ver, es un auténtico monstruo):
Crédito: NASA.
Analicemos pues cada una de las partes de esta maravilla tecnológica, porque la verdad es que me he divertido enormemente aprendiendo sobre ellas:
1. Fuentes de energía
Prácticamente todo el consumo energético de la misión se emplea en hacer escapar la sonda del campo gravitatorio terrestre, con lo que la principal fuente de energía de la Phoenix es realmente el combustible del cohete Delta II que la elevó desde la Tierra. Sin embargo, una vez sola en el espacio requiere un consumo energético moderado pero evidentemente esencial para el éxito de la misión. Esta energía proviene de dos fuentes básicas: paneles solares (dos pares de ellos) y el combustible de los propulsores; además, la sonda dispone de baterías.
Durante el viaje a Marte, la sonda ha hecho funcionar sus sistemas y se ha comunicado con la Tierra gracias a los paneles solares del “traje de viaje”, de los que se libró justo antes de empezar a caer en la atmósfera marciana. Estos paneles no son los mismos que los que tiene desplegados ahora la sonda, que estaban replegados en el interior de la cubierta de viaje durante esos meses.
Phoenix durante el viaje (imagen artística). Puede verse el escudo térmico delante y uno de los paneles solares detrás. Crédito: NASA/University of Arizona.
La sonda dispone de veinte propulsores en total, de los cuales ocho fueron utilizados durante el viaje (sobresalían por huecos del armazón de viaje) y doce durante el descenso. Todos ellos utilizan el mismo combustible, la hidracina, de la que la sonda llevaba 67 kilogramos cuando salió de la Tierra.
Estructura de la hidracina (N2H4).
La hidracina está compuesta por dos átomos de nitrógeno y cuatro de hidrógeno (N2H4) y es un compuesto extraordinariamente tóxico: de hecho, el 21 de Marzo de este mismo año los EE.UU. destruyeron un satélite espía (el USA 193) con un misil por el peligro de una reentrada atmosférica sobre algún área habitada, ya que el satélite utilizaba hidracina para corregir su trayectoria y aquello podría haberse puesto bastante feo.
Este compuesto, al exponerlo a diversos catalizadores, se acaba descomponiendo en una reacción de varias etapas en nitrógeno e hidrógeno moleculares. La reacción es extraordinariamente violenta: unos milisegundos después de liberar el catalizador se alcanzan unos 800 °C, y los gases se expanden muchísimo, proporcionando el impulso necesario a partir de un volumen muy pequeño de hidracina. Aunque la potencia no es comparable a la de otros combustibles espaciales, suele utilizarse en casos como éste, cuando la prioridad es un volumen pequeño y no una potencia tremenda.
Los ocho propulsores utilizados durante el viaje eran los menos potentes, y han servido para dos cosas: en primer lugar, cuatro de ellos han sido los responsables de realizar las correcciones de trayectoria de las que ya hablamos el otro día; cada uno proporcionaba una fuerza de unos 15,6 N. Los otros cuatro, de tan sólo 4,4 N, servían para modificar la orientación de la nave, de modo que pudiera mirar en una u otra dirección, y han sido esenciales justo antes de entrar en la atmósfera marciana – han hecho a la Phoenix poner la “nariz” cerámica mirando hacia el frente, de modo que la entrada atmosférica no friese la sonda.
Los doce propulsores restantes son los que se han encendido cuando la sonda ya estaba relativamente cerca del suelo, una vez desprendido el escudo térmico y el paracaídas; son los que han controlado la velocidad vertical y horizontal de la sonda en la parte final del descenso y le han permitido posarse en el suelo con relativa delicadeza. Estos propulsores, aunque también son pequeños, son unos monstruos comparados con los utilizados durante el viaje, dado que su misión era más de “fuerza bruta”: cada uno proporcionó unos 293 N de fuerza.
Esto puede no parecer mucho: 293 N son suficientes para sostener unos 30 kg en la Tierra. Pero en la superficie marciana la gravedad es de 3,69 m/s2, de modo que 293 N pueden sustentar una masa de 79 kg. Los doce propulsores juntos eran capaces de elevar hasta 948 kg, mucho más de lo que pesaba la sonda – desde luego, no podían hacerlo durante mucho tiempo por la cantidad de combustible que se necesitaría, y además debían frenar el descenso y no sólo sostener la sonda, pero como puedes ver dan para más de lo que parece al principio.
Una vez en el suelo, la sonda ha dependido durante un tiempo de sus dos baterías de litio para funcionar: los paneles solares aún no estaban desplegados, ni podían estarlo durante un rato mientras la Phoenix esperaba a que el polvo levantado al posarse en el suelo cayese de nuevo. Los paneles son, como puedes ver en las fotos, bastante grandes: son dos decágonos con una superficie de 2,1 m2 cada uno, y alimentan a las baterías de litio.
2. Electrónica y comunicaciones
Me gusta pensar que el microprocesador que utiliza la Phoenix no es demasiado diferente del que estoy utilizando yo para escribir este artículo en mi añejo iBook G4 (un IBM PowerPC), puesto que es un IBM RAD6000. Desde luego, hay “ligeras” diferencias entre ellos, como el precio. El procesador de la Phoenix puede funcionar en un intervalo de temperaturas impresionante (y soportar cambios bruscos de temperatura entre el día y la noche marcianos), además de resistir pulsos electromagnéticos tremebundos, y protegerlo de todo eso cuesta muchísimo dinero – los RAD6000 cuestan entre 200.000 y 300.000 dólares cada uno, un poquito más que el mío. El Spirit y el Opportunity, además de muchas otras sondas y telescopios orbitales, también utilizan procesadores de este tipo.
El ordenador de control de la Phoenix dispone de 74 MB de RAM, y almacena los datos recogidos en memoria flash – recuerda que los que analizan los resultados de los experimentos son ordenadores en la Tierra, y que la sonda sólo requiere capacidad de proceso y almacenamiento para realizar funciones básicas y guardar los datos hasta que los manda.
Respecto a las comunicaciones, la sonda ha empleado un sistema para “hablar” con la Tierra durante el viaje y está usando otro diferente ahora que se encuentra en la superficie de Marte. Durante el viaje, la Phoenix ha utilizado una antena emisora y receptora montada en el “traje de viaje”, que transmitía y recibía microondas de entre 8 y 12 GHz. Además, tenía un par de antenas más que proporcionaban redundancia en la emisión y recepción de datos – por si las moscas.
Un repetidor de calidad - Mars Reconnaisance Orbiter. Crédito: NASA.
El problema que ya mencionamos en la noticia anterior es que, una vez sobre la superficie de Marte, sólo podemos “ver” a Phoenix durante parte del tiempo, según el Planeta Rojo gira sobre su eje. La solución la han proporcionado tres sondas orbitales que actualmente giran alrededor de Marte: las dos que van a servir de repetidores principales son la Mars Reconnaisance Orbiter y la Mars Odyssey, ambas de la NASA. Además, los sistemas de repetición son compatibles con la Mars Express de la Agencia Espacial Europea, de modo que si hay algún problema con las otras la sonda europea echará una mano en la transmisión de datos. La comunicación con estos satélites se realiza mediante varias antenas montadas en la estructura de la sonda que transmite en UHF (300 a 1000 MHz).
Para orientarse durante el viaje, las cámaras de la Phoenix han ido tomando imágenes de las posiciones del Sol y las estrellas fijas, y el ordenador de a bordo las ha ido comparando con un catálogo estelar para saber hacia dónde estaba mirando la sonda. Desde luego, esto ha dejado de servir una vez que la Phoenix ha entrado en la atmósfera de Marte, pero para entonces disponía de otros sistemas para orientarse y localizarse.
Durante el descenso, la Phoenix ha empleado dos tipos de sensores: sensores inerciales (giróscopos y acelerómetros) le han permitido saber la aceleración vertical, la horizontal y la orientación. Además, mirando justo hacia abajo según descendía, la sonda ha disparado pulsos de radar para medir la distancia al suelo y la velocidad de descenso (sí, otra vez, pero reconocerás que es un dato bastante importante según vas cayendo).
Terminamos con un vídeo que me parece de una calidad extraordinaria: combina los datos reales del descenso con una animación. Lo genial del asunto es que te muestra junto con la animación datos muy interesantes registrados en tiempo real durante el descenso de Phoenix: la altitud, la velocidad horizontal y vertical, el tiempo restante de descenso, la fase actual del descenso, la próxima fase y cuánto tiempo falta… todo aderezado con música peliculera y francamente bien hecho. Yo casi he sacado las palomitas – espero que lo disfrutes tanto como yo, y te recomiendo que lo dejes cargar completo si tu conexión no es muy buena, para que no tengas que interrumpirlo durante la reproducción, ya que es bastante grande (crédito del vídeo – NASA/JPL/University of Arizona):
[quicktime]http://phoenix.lpl.arizona.edu/video/edl_hud_metric_high.mov[/quicktime]
Si tienes algún problema al ver el vídeo aquí, puedes también a través de este enlace.
En la segunda entrega de esta disección analizaremos la razón de esta misión: los instrumentos científicos de la sonda, que esperemos nos den sorpresas agradables en los próximos meses.
Para saber más: