Los sensores recopilan datos cruciales sobre los aterrizajes en Marte con la llegada de Perseverance

“Delta del tango. Aterrizaje confirmado. Perseverancia segura en la superficie de Marte, lista para comenzar a buscar señales de vidas pasadas”. Durante más de seis años, el equipo de Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) esperó escuchar estas palabras.

El rover Perseverance de la NASA aterrizó con éxito el 18 de febrero de 2021, comenzando su exploración robótica del Planeta Rojo. MEDLI2 fue una de las tecnologías cruciales en la capa protectora aerodinámica del rover que ayudó a documentar la entrada, el descenso y el aterrizaje (EDL) de la nave espacial. Todos los datos de MEDLI2 se almacenaron en Perseverance para su transmisión a la Tierra después de un aterrizaje exitoso.

El papel de MEDLI2 fue recopilar datos críticos sobre el entorno hostil durante la entrada de Perseverance a través de la atmósfera del planeta. Incluía tres tipos de sensores:termopares, sensores de flujo de calor y transductores de presión, que midieron el calor y la presión extremos durante la entrada. También contenía componentes electrónicos y hardware para registrar las cargas térmicas y de presión experimentadas durante la entrada y durante el despliegue del paracaídas.

MEDLI2 usó sus mediciones para determinar las fuerzas atmosféricas y de calentamiento que ocurrieron en el escudo térmico y la carcasa trasera. Juntos, estos dos componentes forman el aeroshell, que albergó y protegió al rover Perseverance durante el viaje a Marte y EDL.

MEDLI2 se encendió cinco horas antes de los "Siete minutos de terror", el descenso final de siete minutos a Marte. Esto proporcionó tiempo para que la electrónica de MEDLI2 estabilizara la temperatura y midiera las condiciones iniciales antes de la entrada. Después de que el equipo recibió la indicación de que MEDLI2 se activó con éxito, continuaron monitoreando los datos entrantes durante la fase de inercia de cinco horas antes de la entrada.

La mayoría de los sensores MEDLI2 y la electrónica principal se montaron en el escudo térmico Mars 2020. Aproximadamente 10 segundos después de que se desplegara el paracaídas supersónico, MEDLI2 se apagó por última vez, ya que había completado su trabajo. Dado que es fundamental separar el escudo térmico para permitir que el rover Perseverance se extraiga del vehículo de entrada, se requirió que MEDLI2 se apagara unos segundos antes de la separación para evitar problemas de energía eléctrica. Luego, el arnés que conectaba el escudo térmico y la carcasa trasera fue cortado por el disparo de un pirocortador, y el escudo térmico cayó.

La perseverancia devolvió "datos de eventos críticos" en tiempo real durante la EDL. Incluía un subconjunto de los datos de MEDLI2, que permitía observar lo que estaba experimentando el vehículo de entrada mientras ocurría la entrada. Tres días después del aterrizaje exitoso de Perseverance, los datos MEDLI2 restantes se transmitieron a la Tierra y comenzó la siguiente fase del proyecto:análisis de datos y reconstrucción del rendimiento.

“Los datos devueltos son fascinantes. Es como tener una vista de pájaro de lo que le sucede al aeroshell mientras vuela por los cielos marcianos. Las señales del sensor MEDLI2 son tan claras que pudimos detectar de inmediato fenómenos interesantes y eventos cruciales”, dijo Todd White, investigador principal de MEDLI2 en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California.

Los datos recopilados de MEDLI2 también proporcionan mediciones que se utilizarán para determinar las propiedades de la atmósfera a través de la cual voló el vehículo de entrada a Marte 2020. MEDLI2 proporciona datos de observación EDL esenciales para comprender cuánto margen quedó en la entrada Perseverance junto con datos que se utilizarán para mejorar los modelos de predicción y las herramientas para futuras misiones.

Las temperaturas de aislamiento del escudo térmico registradas durante toda la fase de entrada fueron consistentes con las predicciones de entrada. La temperatura máxima medida en el escudo térmico durante la entrada fue de 1830 °F (1000 °C). Eso se correlaciona con una temperatura exterior máxima estimada del escudo térmico de aproximadamente 2550 °F (1400 °C).

MEDLI2 también usó sus termopares incorporados para determinar qué parte del aislamiento protector del escudo térmico puede haberse quemado o eliminado. Todos los termopares sobrevivieron al pulso de calentamiento de entrada, lo que indica que la ablación del escudo térmico fue muy baja. Esta observación podría usarse para reevaluar la cantidad de aislamiento que se necesita en un escudo térmico para reducir potencialmente la masa total del vehículo de entrada.

Las presiones superficiales también se midieron durante la misma fase con la presión superficial máxima del escudo térmico que coincidía con las predicciones de entrada del equipo. MEDLI2 eligió diferentes sensores para enfocarse en capturar con precisión diferentes regímenes de vuelo. Un sensor cubrió el rango completo de las presiones superficiales máximas. Las seis mediciones de presión del escudo térmico restantes tenían un rango para capturar con mayor precisión las condiciones durante el régimen de vuelo supersónico (desde aproximadamente cinco veces la velocidad del sonido en Marte hasta el despliegue del paracaídas supersónico). Estos sensores, combinados con mediciones inerciales a bordo, permitieron obtener información adicional sobre cómo se desempeñó el vehículo de entrada cuando los impactos de las variaciones de la densidad atmosférica y los vientos fueron más pronunciados. Los datos de presión de MEDLI2 se utilizarán para mejorar el enfoque de modelado para futuras misiones EDL.

MEDLI2 incluyó sensores en la carcasa trasera del vehículo de entrada a Mars 2020, un área que hasta ahora ha tenido observaciones limitadas. Las mediciones de presión superficial, temperatura de aislamiento y calentamiento directo de la superficie comprendieron el conjunto de sensores de la carcasa trasera. El conocimiento de la presión superficial en la parte trasera del vehículo de entrada contribuye a reducir el tamaño de la huella de aterrizaje. Los datos de temperatura del aislamiento de la carcasa trasera estaban dentro de las predicciones iniciales, lo que puede usarse para reducir la incertidumbre del modelo. Al igual que con el aislamiento del escudo térmico, comprender el rendimiento de la temperatura del aislamiento de la carcasa trasera podría conducir a una reducción en la masa del aislamiento de la carcasa trasera. Las mediciones directas del calentamiento de la superficie de la carcasa trasera también contribuyen a reducir la incertidumbre en los modelos predictivos.

Los datos de MEDLI2 también incluyeron una variedad de mediciones de "limpieza". Estos incluyeron una serie de mediciones de temperatura de compensación de sensores científicos críticos. Gran parte de estos datos de limpieza también son de gran interés para el equipo de Mars 2020 para ayudar en sus propios esfuerzos de reconstrucción de EDL. Parte de las mediciones de mantenimiento incluyeron sensores internos de la electrónica de soporte de MEDLI2 (voltaje, temperatura interna, latidos/reloj de MEDLI2, etc.).

El equipo de MEDLI2 continuará analizando los datos durante los próximos seis meses, refinando la comprensión de la NASA sobre la atmósfera de Marte, las condiciones extremas de entrada y qué tan bien el aeroshell Mars 2020 protegió al rover. Estas lecciones serán inmediatamente útiles para las próximas misiones a Marte, e incluso para las misiones que se dirijan a Titán.