El helicóptero Ingenuity explorará Marte: así ha sido el histórico viaje para volar en otro planeta
(CNN) –– Cuando el helicóptero Ingenuity levante el vuelo en Marte este mes será como revivir un momento de los hermanos Wright… pero en otro planeta. Este primer vuelo motorizado y controlado en otro planeta lleva años gestándose. También tiene sus raíces en el primer esfuerzo de ese tipo en la Tierra.
El helicóptero Ingenuity, compañero de viaje del rover Perseverance, llama a casa desde Marte
Han pasado 117 años desde que Orville Wright voló en el Flyer 1 durante 12 segundos en un histórico día de diciembre de 1903. Fue en Kill Devil Hills, cerca de Kitty Hawk, Carolina del Norte. En la imagen que captó John Daniels, miembro del Servicio de Salvamento de EE.UU. en el lugar, se puede ver al hermano de Orville, Wilbur, corriendo junto al avión. Durante el cuarto y último intento de ese día, Wright logró un vuelo de casi 60 segundos.
Los hermanos Wright probaron con éxito el vuelo motorizado el 17 de diciembre de 1903.
A millones de kilómetros de distancia y más de un siglo después, el helicóptero Ingenuity de casi 2 kilos utilizará sus dos pares de aspas de 1,2 metros para alcanzar casi 3 metros de altura a través de la delgada atmósfera marciana. El minúsculo helicóptero se mantendrá en el aire durante 30 segundos, tomará imágenes, dará un giro y regresará a la superficie.
«El primer vuelo es especial. Sin duda, es el vuelo más importante que tenemos planeado realizar», dijo Håvard Grip, piloto en jefe de Ingenuity en el Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en Pasadena, California.
El rover Perseverance, que llevó el helicóptero Ingenuity a Marte, lo observará a 60 metros de distancia, desde en un mirador denominado lugar de observación del vehículo. El sitio está ubicado un metro más alto que la zona de vuelo.
Esta ilustración muestra al rover Perseverance observando el vuelo de Ingenuity desde una distancia segura.
«Piensa en ello como un lugar de observación», explicó Farah Alibay, líder de integración del Perseverance para Ingenuity en el JPL. «Si alguna vez vas a un parque nacional y tienes una hermosa vista, quieres estacionarte allí y mirar. Nuestro rover va a hacer eso y nuestra hermosa vista va a ser Ingenuity en Marte. Y vamos a hacer todo lo posible para capturar al Ingenuity mientras vuela».
Durante el vuelo inaugural de Ingenuity, el rover Perseverance intentará tomar imágenes y video. El helicóptero suena como un pequeño avión despegando, y los micrófonos del rover tratarán de captar ese sonido.
El helicóptero Ingenuity se encuentra actualmente suspendido bajo el rover Perseverance.
Las imágenes y datos del helicóptero y del rover se enviarán a la Tierra horas y días después. Por lo que el Perseverance será el único testigo de este vuelo histórico en el momento exacto en que ocurra.
Personas de todo el mundo se sintonizaron para ver al Perseverance aterrizar con éxito en Marte el pasado 18 de febrero. También para observar la primera imagen que compartió el rover después del aterrizaje. Pero estos momentos históricos no siempre se producen en un escenario global. Solo cinco personas presenciaron el primer vuelo de los hermanos Wright.
El primer vuelo de Ingenuity solo durará cerca de 30 segundos.
Ingenuity realizará su primer vuelo ––y hasta otros cuatro en el transcurso de 31 días terrestres–– por sí mismo, utilizando una serie de instrucciones que enviaron los pilotos del JPL. Una computadora a bordo utilizará las imágenes que tome el helicóptero para observar las características del terreno. Así, hará pequeños ajustes 500 veces por segundo para mantener al helicóptero en su trayectoria en caso de interferencias como las ráfagas de viento.
Si el primer vuelo es exitoso, Ingenuity intentará volar más alto y durante más tiempo para probar los límites de lo que puede hacer.
Vuelo experimental
El rover Perseverance pasará los próximos dos años explorando el cráter Jezero, el lugar donde antiguamente se encontraban un lago y un delta fluvial. Su objetivo es buscar pruebas de de anterior vida microbiana y recoger muestras que serán devueltas a la Tierra por futuras misiones.
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Pero abril es el momento en el que Ingenuity puede brillar. Cuando esos 31 días terminen, el breve momento de Ingenuity bajo los reflectores terminará. Así es la vida de una demostración tecnológica diseñada para durar poco tiempo.
Los hermanos Wright realizaron cuatro vuelos exitosos el 17 de diciembre de 1903, antes de que una ráfaga de viento derribara y destruyera el Flyer 1.
Como parte del viaje en la misión Pathfinder en Marte, el rover Sojourner llegó el 4 de julio de 1997.
La naturaleza efímera de Ingenuity no es un problema para sus creadores. Los experimentos y demostraciones tecnológicas del pasado son la razón por la que rovers como el Perseverance pueden explorar Marte en la actualidad.
La misión Pathfinder de la NASA aterrizó en Marte en 1997. En ese momento soltó sobre la superficie un rover del tamaño de un microondas llamado Sojourner. Se esperaba que la demostración tecnológica durara siete días, pero aguantó 83. Tomó fotos, exploró el terreno de Marte y capturó mediciones químicas y atmosféricas.
También, lo que es más importante: Sojourner demostró el éxito del primer vehículo rover con ruedas en otro planeta.
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«Sojourner abrió el camino a una nueva era de exploración en Marte para redefinir lo que pensábamos que era posible en la superficie del planeta. Y transformó por completo nuestro enfoque sobre cómo explorar allí», dijo Lori Glaze, directora de la División de Ciencia Planetaria de la NASA. «Ese pequeño rover hizo posible todas las misiones que le siguieron. Ahora Perseverance, del tamaño de un auto pequeño, es capaz de llevar otras demostraciones tecnológicas como Ingenuity, que ampliarán aún más nuestros horizontes».
Sojourner demostró el valor de la movilidad en superficie. Entonces, los rovers Spirit, Opportunity, Curiosity y Perseverance siguieron su camino. Ninguno de los cuales se había planeado antes del exitoso viaje de Sojourner, dijo Bobby Braun, director de Ciencia Planetaria en el JPL.
Si el Ingenuity tiene éxito, podría dar lugar a una evolución similar.
Esta gráfica muestra el plan para los vuelos de Ingenuity en Marte.
«Solo puedo imaginar dónde podremos estar dentro de una década o más», comentó Braun. «Si podemos explorar y estudiar científicamente Marte desde el aire, con su fina atmósfera, sin duda podremos hacer lo mismo en otros destinos del sistema solar, como Titán o Venus». El futuro de los vuelos motorizados en la exploración espacial es firme y fuerte», completó.
La historia detrás del helicóptero Ingenuity en Marte
El anhelo de Ingenuity comenzó en la década de 1990, cuando Bob Balaram, tecnólogo de robótica del JPL, escuchó a Ilan Kroo, profesor de aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Stanford, hablar en una conferencia sobre un «mesicóptero». Es decir, un vehículo aéreo en miniatura para la Tierra. Pero, Balaram se lo imaginó en Marte.
Lo propuso a la NASA durante una convocatoria, pero no fue seleccionado para recibir fondos. El helicóptero de Marte quedaría archivado durante 15 años, mientras Balaram trabajaba en otras misiones a Marte.
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El momento de Ingenuity llegó en 2013. Charles Elachi, director del JPL, asistió ese año a una presentación sobre drones y helicópteros. Entonces, regresó al laboratorio preguntando si uno de esos vehículos podría volar en Marte. Balaram recuperó su propuesta original y desarrolló el primer diseño conceptual para la posibilidad de incluirlo como instrumento científico en el rover de Marte 2020, que sería el Perseverance.
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| Así se ve el helicóptero Ingenuity en Marte desde la cámara trasera del rover Perseverance el 4 de abril de 2021. Ingenuity será la primera aeronave en intentar un vuelo controlado a motor en otro planeta, un hito que ha recordado la hazaña de los hermanos Wright hace más de 10 años. (Crédito: NASA/JPL-Caltech) →
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| Esta es una toma más cercana de Ingenuity sobre la superficie de Marte. El helicóptero podría volar por hasta 90 segundos a distancias de aproximadamente 300 metros a la vez. Puede parecer poco tiempo, pero el vuelo de los hermanos Wright duró 12 segundos. (Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU)
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| El rover Perseverance se tomó una “selfie” en Marte con el helicóptero Ingenuity, que está a unos 3,9 metros de distancia (justo en el centro de la foto). Ingenuity pesa menos de 1,8 kilos, pero se construyó con la suficiente resistencia para sobrevivir al severo entorno marciano. (Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS)
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| Aquí se puede observar al helicóptero Ingenuity con sus cuatro patas desplegadas sobre la superficie de Marte, antes de desprenderse del rover Perseverance. Ingenuity volará por su cuenta, sin control humano. Debe despegar, hacer el vuelo y aterrizar con órdenes mínimas de la Tierra enviadas de antemano. (Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS)
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| Esta es la primera imagen a color que tomó el helicóptero Ingenuity de Marte. A pesar de su baja resolución, se puede observar el suelo del cráter Jezero en Marte y una parte de dos ruedas del rover Perseverance. Se espera que Ingenuity logre fotos de mayor resolución durante sus vuelos de prueba. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)
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| El helicóptero Ingenuity se extiende verticalmente después de haber sido girado hacia afuera desde su posición horizontal en el rover Perseverance. La aeronave ya logró recargarse de manera autónoma con su panel solar. También mantenerse en una temperatura óptima durante la fría noche del planeta rojo que puede llegar a los -90 grados Celsius. (Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS)
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| Esta es una ilustración de cómo sería el vuelo del helicóptero Ingenuity en Marte, mientras el Perseverance sigue sus movimientos. La aeronave ya logró confirmar comunicaciones con el rover y con los operadores de vuelo en la Tierra. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)
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| Esta gráfica muestra las actividades que el equipo detrás del helicóptero Ingenuity espera lograr durante un vuelo por Marte. La nave tendrá 31 días terrestres para su programa de vuelo de prueba. La flecha gris representa el recorrido del rover y las pirámides amarillas las zonas que Ingenuity fotografiará. Al extremo izquierdo está el área de despegue y aterrizaje, mientras que a la derecha está un nuevo sitio potencial de aterrizaje. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)
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| En esta ilustración el helicóptero Ingenuity se encuentra sobre la superficie de Marte, mientras el rover Perseverance (parcialmente visible a la izquierda) se aleja. Si el helicóptero tiene éxito, podría permitir que la exploración aérea del planeta rojo se amplíe, pues su tecnología ayudaría a otros vehículos. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)
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| Esta ilustración muestra cómo volaría el helicóptero Ingenuity por los cielos de Marte. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)
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Ingenuity fue descartado como instrumento para el rover. Sin embargo, recibió fondos y lo seleccionaron como demostración tecnológica que volaría con el rover a Marte. Esperar todo ese tiempo guardado fue en realidad algo bueno.
«No habríamos podido diseñar algo así en los años 90, cuando no teníamos el equipo ni la tecnología de las baterías», explicó Balaram, ingeniero jefe del helicóptero. «Así que, en realidad, el momento también era el adecuado, en el sentido de que necesitábamos algunos avances en la tecnología», añadió.
Entonces llegó el momento de construir un nuevo tipo de vehículo que fuera a la vez una aeronave y una nave espacial. Además, que no pusiera en peligro al Perseverance de ninguna manera. Justamente porque el rover sería la primera misión verdaderamente astrobiológica de la NASA en busca de signos de vida antigua en otro planeta.
Esta imagen muestra el modelo de vuelo de Ingenuity en un salón en JPL, durante febrero de 2019.
Durante la fase de diseño, el equipo puso a prueba un pequeño helicóptero controlado manualmente en una atmósfera similar a la de Marte. Aunque el vehículo se elevaba, no era estable. Por el contrario, daba saltos y se estrellaba.
«Lo que aprendimos de eso es que el tiempo de reacción humana no es lo suficientemente sensible para este helicóptero, debido a lo diferente que es la atmósfera», dijo Taryn Bailey, ingeniero mecánico del equipo del helicóptero en el JPL. «Así que, después de saber eso, el equipo estudió el desarrollo de un helicóptero autónomo».
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Tenía que ser ligero para elevarse a través de la delgada atmósfera de Marte, que es un 1% de la atmósfera terrestre. Pero el helicóptero también tenía que incluir un panel solar, un sistema de baterías, una computadora, una radio, sensores y cámaras en un diseño apto para el vuelo que pudiera sobrevivir al lanzamiento y al aterrizaje.
Poner a prueba el helicóptero fue otro desafío porque la cámara del ensayo debía simular Marte en la Tierra. La prueba de vuelo era clave antes de que Ingenuity pudiera ir a Marte.
«No existe un manual que diga cómo probar un helicóptero que irá Marte. Igual que los hermanos Wright no tenían una guía que dijera cómo probar los planeadores y los vehículos de vuelo con motor», dijo Balaram. «Tuvieron que inventarlo. Así que, del mismo modo, tuvimos que inventar un montón de capacidades de prueba muy singulares», añadió.
Las pruebas funcionales del helicóptero se realizaron en la cámara hiperbárica dentro del Centro Espacial Kennedy el 10 de marzo de 2020.
Para ello, el equipo construyó su propio túnel de viento utilizando 900 ventiladores de computadora en una cámara de vacío, de manera que pudieran generar los vientos a los que podría enfrentarse el Ingenuity en Marte.
La cámara de vacío térmico de 7,6 metros controlaba la temperatura y la presión. Lo que permitió al equipo probar el helicóptero volando en una atmósfera similar a la de Marte, así como un sistema que compensaba la diferencia de gravedad entre la Tierra y Marte.
Fueron siete años largos de diseño, construcción y pruebas, en los que cada semana surgía una crisis técnica o un desafío, detalló Balaram.
Gracias al trabajo riguroso realizado en el diseño y las pruebas de Ingenuity, el helicóptero actual que se encuentra en Marte se empezó a fabricar en 2018, dijo Bailey.
El equipo del helicóptero afuera del Laboratorio de Propulsión a Reacción de la NASA el 3 de diciembre de 2018.
El equipo reunió a personas de disciplinas específicas, pero todos pensaron de forma innovadora para ayudarse mutuamente a trabajar en los componentes del helicóptero.
Bailey lleva cinco años en el JPL y fue invitada a unirse al equipo del helicóptero de Marte cuando tenía 24 años.
«Significa mucho formar parte de este equipo y ser testigo de este momento histórico», dijo.
Los equipos del helicóptero y del rover esperan ansiosos el primer vuelo, que podría abrir el camino a los helicópteros y otras aeronaves de rotor que un día actuarán como exploradores para los rovers y los astronautas en Marte.
«Ha sido un viaje fantástico de descubrimiento, exploración y trabajo con gente fantástica», dijo Balaram. «Y aún no termina», añadió.
