Sensores MEDLI2 capturan datos críticos durante el aterrizaje del Perseverance en Marte

"Tango delta. Aterrizaje confirmado. Perseverance seguro en la superficie de Marte, listo para buscar signos de vida pasada." Por más de seis años, el equipo de Instrumentación de Entrada, Descenso y Aterrizaje 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 el aeroshell protector del rover que ayudó a documentar la entrada, descenso y aterrizaje (EDL). Todos los datos de MEDLI2 se almacenaron en Perseverance para transmisión a Tierra tras aterrizaje exitoso.

Función de MEDLI2

El rol de MEDLI2 era recopilar datos críticos sobre el entorno hostil durante la entrada del Perseverance a través de la atmósfera marciana. Incluía tres tipos de sensores —termopares, sensores de flujo de calor y transductores de presión— que midieron calor y presión extremos durante la entrada. También contenía electrónica y hardware para registrar cargas térmicas y de presión durante la entrada y despliegue del paracaídas.

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

Activación y secuencia

MEDLI2 se encendió cinco horas antes de los "Siete Minutos de Terror" —los últimos siete minutos de descenso a Marte. Esto dio tiempo para que la electrónica estabilizara temperatura y midiera condiciones iniciales antes de la entrada. Tras confirmar activación exitosa, el equipo monitorizó datos entrantes durante la fase de crucero de cinco horas previa a la entrada.

Unos 10 segundos tras el despliegue del paracaídas supersónico, MEDLI2 se apagó definitivamente, al completar su trabajo. Como es crítico separar el escudo térmico para extraer el rover, se requirió apagar MEDLI2 unos segundos antes de la separación para evitar problemas de energía. El arnés conectando escudo y carcasa trasera se cortó al disparar un pirocortador, y el escudo se desprendió.

Datos retornados y análisis

Perseverance retornó "datos de eventos críticos" en tiempo real durante el EDL, incluyendo un subconjunto de datos MEDLI2, permitiendo observaciones de lo que experimentaba el vehículo de entrada. Tres días tras el aterrizaje, los datos restantes de MEDLI2 se transmitieron a Tierra, iniciando la fase de análisis y reconstrucción de rendimiento.

"Los datos retornados son fascinantes. Es como tener vista de pájaro de lo que le pasa al aeroshell volando por cielos marcianos. Las señales de sensores MEDLI2 son tan claras que pudimos identificar inmediatamente fenómenos interesantes y eventos cruciales", dijo Todd White, investigador principal de MEDLI2 en el Centro de Investigación Ames de la NASA.

Hallazgos clave

Los datos de MEDLI2 proporcionan mediciones para determinar propiedades de la atmósfera que cruzó el vehículo de entrada Mars 2020. MEDLI2 da datos esenciales de observación EDL para entender cuánto margen quedó en la entrada del Perseverance y datos para mejorar modelos predictivos y herramientas para futuras misiones.

• Temperaturas de aislamiento del escudo térmico durante toda la fase de entrada fueron consistentes con predicciones. Temperatura pico medida: 1830 °F (1000 °C), correlacionando con temperatura externa pico estimada de ~2550 °F (1400 °C).
• Termopares embebidos determinaron cuánto aislamiento protector del escudo pudo haberse quemado o ablado. Todos los termopares sobrevivieron al pulso de calentamiento, indicando ablación muy baja. Esto podría usarse para reevaluar aislamiento necesario y reducir masa del vehículo.
• Presiones superficiales medidas durante la misma fase, con pico coincidiendo con predicciones. MEDLI2 usó diferentes sensores para capturar distintos regímenes de vuelo: uno cubrió todo el rango de presiones máximas; seis sensores restantes tuvieron rango para capturar con más precisión el régimen supersónico (desde ~5x velocidad del sonido en Marte hasta despliegue del paracaídas). Combinados con mediciones inerciales a bordo, dieron insight sobre rendimiento del vehículo cuando variaciones de densidad atmosférica y vientos eran más pronunciados.
• MEDLI2 incluyó sensores en la carcasa trasera, área con observaciones limitadas hasta ahora. Presión superficial, temperatura de aislamiento y mediciones directas de calentamiento superficial componen la suite. Conocimiento de presión en la parte trasera contribuye a reducir huella de aterrizaje. Datos de temperatura de aislamiento trasero dentro de predicciones iniciales, reduciendo incertidumbre del modelo. Entender rendimiento del aislamiento trasero podría reducir su masa. Mediciones directas de calentamiento superficial trasero también reducen incertidumbre en modelos predictivos.
• Datos incluyeron mediciones de "mantenimiento": temperaturas compensadas de sensores científicos críticos, voltajes, temperaturas internas, latido/reloj MEDLI2, etc. Interés para el equipo Mars 2020 en sus propios esfuerzos de reconstrucción EDL.

El equipo MEDLI2 seguirá analizando datos los próximos seis meses, refinando comprensión de la atmósfera marciana, condiciones extremas de entrada y cómo el aeroshell Mars 2020 protegió al rover. Estas lecciones serán útiles para próximas misiones a Marte e incluso para misiones a Titán.