La importancia de las unidades de medida

(Esta es mi primera colaboración con la revista Buk Magazín, que fue publicada en el pasado número de verano y que podéis leer online al completo. Además de las imágenes, esta entrada tiene algunas pequeñas variaciones que finalmente no entraron en la versión definitiva.)

¿Quién no recuerda aquellos problemas de las clase de matemáticas que nos volvían locos cuando éramos pequeños? “¿Cuántos decímetros equivalen a 20 metros?” “¿Cuántos metros cúbicos de agua caben en una piscina que tiene tanto de alto, de ancho y de profundo”? Y le preguntábamos desesperados al profe o a nuestros padres… ¿pero para qué sirve esto en la vida?

Esta historia trata precisamente sobre la importancia que puede tener equivocarse en un problema como ese, al manejar unidades de medida como kilómetros, metros y pulgadas. Pero el fallo no lo cometió ningún estudiante de bachillerato, sino los ingenieros de la NASA.  Y costó la friolera de 125 millones de dólares.

Todo empezó el 11 de diciembre de 1998, cuando la NASA lanzó desde Cabo Cañaveral la sonda espacial Mars Climate Orbiter (MCO). Su misión consistía en estudiar el clima del planeta rojo, en particular el agua y el dióxido de carbono, y obtener evidencias de cómo fue el clima en el pasado. La MCO se quedaría orbitando alrededor de Marte, y así serviría también de estación de comunicaciones para la llegada de su compañera, la Mars Polar Lander, que aterrizaría en el planeta rojo poco después. La misión estaba programada para durar un año completo marciano, algo menos de dos años terrestres.

Trayectoria de la misión (NASA)

Después de más de nueve meses de viaje interplanetario, y cuando ya solo faltaban unos pocos días para llegar al destino, los ingenieros de la NASA se dieron cuenta de que algo no iba bien. A medida que se aproximaba a Marte, la MCO se apartaba cada vez más de su trayectoria prevista, acercándose de forma peligrosa al planeta. Hasta que sucedió lo peor. En lugar de pasar a 226 kilómetros de altura de la superficie, la MCO pasó a solo 57 kilómetros. La sonda no estaba preparada para entrar a tan baja altura, y el rozamiento con la atmósfera marciana la desintegró por completo. 

El fallo en la maniobra de aproximación (NASA)

Las distintas maniobras de aproximación a Marte (NASA)

El descenso, tal y como estaba previsto (NASA)

¿Por qué ocurrió el desastre? El informe de la comisión de investigación no dejó lugar a dudas. La causa fue ¡un error en los sistemas de unidades escogidos por los equipos de la misión! Al parecer, el equipo encargado de programar los sistemas de navegación de la sonda usó el Sistema Internacional de Unidades (el heredero del sistema métrico decimal) para realizar sus cálculos, mientras que el equipo que diseñó y construyó la MCO utilizó el sistema anglosajón, que se basa en pulgadas, onzas y otras unidades similares. Al intercambiarse los datos, nadie aclaró qué sistema de unidades se estaba utilizando y cada uno creyó que el otro usaba el suyo mismo.

El resultado fue que los ordenadores de la MCO realizaron los cálculos de aproximación a Marte de forma errónea. Cada vez que la sonda espacial encendía sus motores para rectificar la marcha, en realidad se estaba acercando un poco más a su trágico destino. Un error bochornoso.

La única imagen de Marte captada por la MCO (NASA)

La lección es evidente: las unidades que tantos dolores de cabeza nos causaron de pequeños son importantes… ¡y bien importantes!

Primera imagen en color de Curiosity

Crédito: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science System

Apenas unas horas después de su exitoso aterrizaje, durante el primer día marciano de operaciones (lo que los expertos llaman Sol 1), el vehículo todoterreno Curiosity envió la primera imagen en color de su entorno. En ella se muestra el borde norte del cráter Gale, donde destaca la montaña de 5.000 metros conocida informalmente como monte Sharp. Ésa es precisamente la zona que explorará Curiosity y que se encuentra, según los cálculos, a una distancia de 6,5 kilómetros del lugar del aterrizaje, aunque el camino que tendrá que recorrer el vehículo todoterreno para llegar a su objetivo no será tan recto, pues está estimado en unos 12 kilómetros.

La imagen fue tomada por uno de los instrumentos de Curiosity llamado Mars Hand Lens Imager (MAHLI), una cámara montada en el brazo articulado del vehículo explorador. MAHLI está diseñada tanto para obtener primeros planos de las rocas de la superficie como para conseguir planos generales del paisaje marciano, ya que puede enfocar desde una distancia mínima de 2,1 centímetros hasta el infinito.

MAHLI, comparado con una
navaja multiusos de menos de 10 cm.
(Crédito: Malin Space Science System)

La imagen del cráter Gale parece borrosa a causa del polvo acumulado en la cubierta transparente que protegió a MAHLI durante la maniobra de aterrizaje. Los científicos tienen previsto quitar la protección cuando prueben el brazo robótico la próxima semana. Mientras tanto, el brazo se encuentra plegado y recogido en el vehículo explorador, con la cámara mirando hacia afuera. En esta posición, el encuadre de MAHLI se encuentra inclinado unos 30º con respecto a la horizontal, como se puede apreciar en la imagen original.

De momento, lo importante era comprobar que el mecanismo de enfoque de MAHLI funcionaba correctamente, pues no se había utilizado desde el lanzamiento de la MSL el pasado mes de noviembre. Y lo que es enfocar, lo hace de maravilla. 

El aterrizaje de Curiosity, visto desde la MRO

Es una imagen increíble e histórica. La Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), que estuvo escuchando las transmisiones de la Mars Science Laboratory (MSL) durante su aterrizaje el pasado 6 de agosto, fue también capaz de captar a la sonda espacial cuando se encontraba a unos tres kilómetros sobre la superficie marciana, poco antes de que el módulo de descenso, junto con el vehículo todoterreno Curiosity, se separasen del resto de la sonda, a sólo un minuto de completar los llamados “siete minutos de terror”.

La imagen fue tomada cuando la MRO se encontraba a 340 kilómetros de la MSL, gracias a la cámara HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment), un telescopio reflector de 0,5 metros de diámetro que permite obtener imágenes con una resolución por encima de los 0,3 metros, diferenciando objetos de 1 metro de diámetro (aproximadamente un balón de playa).

Como se explica en este artículo en la web de HiRISE, el paracaídas, un auténtico prodigio de la ingeniería capaz de soportar 30.000 kg, "parece estar completamente desplegado y funcionando a la perfección. Algunos detalles del paracaídas como la franja hueca en los bordes y el agujero central se aprecian claramente en la imagen." Los cables que conectan el paracaídas con el armazón trasero no se ven, seguramente debido a que están fabricados con un material llamado Technora, que es de color oscuro. 

En la fotografía original se puede apreciar que la MSL aparece desplazada a la izquierda de la imagen, lo que indica que la sonda pasó ligeramente más al este de lo esperado y estuvo cerca de salirse del encuadre.

Ayer, cuando empecé a escribir esta entrada, no estaba claro si en este momento del aterrizaje la MSL se había desprendido ya de su escudo térmico. Pues bien, resulta que hoy me encuentro que, al analizar detalladamente la imagen original, el equipo de la MRO ¡ha encontrado también el escudo térmico después de haber sido expulsado por la MSL! Tremendo.

Reflexionemos sobre todo esto un momento. Una sonda espacial (MRO), programada varios días antes para sobrevolar la zona, fue capaz de captar a otra sonda (MSL), totalmente autónoma, en su complicada maniobra de aterrizaje sobre la superficie de un planeta que se encuentra a decenas de millones de kilómetros de distancia de nosotros. Sencillamente maravilloso. Si esto no supone un espaldarazo para la exploración espacial, entonces no hay nada que hacer.

P.D. - No es la primera vez que la MRO obtiene una imagen semejante. Ya en 2008 captó el descenso en paracaídas de la Mars Phoenix Lander.

Crédito de todas las imágenes: NASA/JPL

Curiosity ya está en Marte

Pues sí, después de todo los llamados “siete minutos de terror” no fueron tales, y la maniobra de aterrizaje más compleja en la historia de la exploración espacial fue un completo éxito. A las 5:39 UTC del 6 de agosto de 2012, el vehículo explorador Curiosity llegaba a Marte y el ingeniero de la NASA Allen Chen pronunciaba las palabras que todos estábamos esperando: “Touchdown confirmed”.

Y aquí está la prueba, una de las primeras imágenes tomada por el todoterreno en el cráter Gale, gracias a una de las cámaras gran angular Hazcam en blanco y negro, situada en la parte trasera izquierda del vehículo. La imagen se ha obtenido después de retirar la cubierta que protegía las cámaras durante el aterrizaje, a pesar de lo cual se pueden apreciar motas de polvo en el objetivo.  

La cámara mira directamente al Sol, por lo que la parte superior de la imagen está quemada. La luz solar es también la responsable de esas líneas que aparecen justo en el borde de arriba. Por lo demás, destaca en la parte inferior derecha una de las seis ruedas del vehículo, hechas de aluminio y de medio metro de diámetro, que aparentemente se encuentra en buenas condiciones.

Siguiendo con el plan previsto, las primera imágenes del vehículo todoterreno está obtenidas a baja resolución. A finales de semana se espera que Curiosity empiece a enviar imágenes más grandes a todo color, cuando se despliegue el mástil del vehículo explorador, que contiene cámaras de alta resolución. Para entonces, los ingenieros habrán tenido tiempo de comprobar si los diez instrumentos que lleva a cuestas el todoterreno se encuentran en perfecto estado después del aterrizaje. Y si todo va bien...¡a explorar! Esto es sólo el principio de una fascinante aventura.

Fuente y crédito de la imagen: NASA/JPL

Curiosity, el aterrizaje

(Fuente)

Después de recorrer más de 500 millones de kilómetros desde su lanzamiento el pasado mesde noviembre, se acerca el momento de la verdad para la misión Mars Science Laboratory (MSL): el aterrizaje en Marte del todoterreno Curiosity en la madrugada del próximo lunes, 6 de agosto de 2012.

Se trata de una maniobra extremadamente compleja y arriesgada, que empezará cuando la sonda espacial donde viaja el todoterreno atraviese la tenue atmósfera marciana a 21.000 kilómetros por hora, protegida por el enorme escudo térmico de 4,5 metros de diámetro (más grande incluso que el de las naves Apolo, de 4 metros). El rozamiento con la atmósfera calentará el escudo a más de 1500ºC y frenará la caída de la sonda hasta la siguiente fase del descenso. Esto ocurrirá cuando la sonda se encuentre a unos 11.000 metros de altura de la superficie, a la todavía considerable velocidad de 450 kilómetros por hora, momento en el cual se abrirá el gigantesco paracaídas de más de 16 metros de diámetro, capaz de soportar 30.000 kg. El ya inútil escudo térmico se desprenderá de la sonda, y éste empezará a buscar su objetivo a los pies del monte Sharp, en el interior del cráter Gale, gracias a su radar de aterrizaje.

La última etapa, que conducirá al todoterreno a la superficie marciana, será la más delicada de todas. Hasta la fecha se han utilizado dos estrategias distintas en los aterrizajes en el planeta rojo. Los históricos Viking 1 y 2 y el Mars Phoenix Lander llegaron a Marte con retrocohetes para frenar y plantarse en el suelo sobre sus propias patas. En estos casos, los robots no estaban preparados para desplazarse, pues carecían de ruedas, y sus robustas patas fueron diseñadas para absorber el impacto. En las tres ocasiones posteriores-el Sojourner de la misión Mars Pathfinder en 1997, y los gemelos Spirit y Opportunity en 2004-, los todoterrenos aterrizaron en la superficie marciana envueltos en globos a modo de airbags, y rebotaron en el suelo hasta detenerse. Una vez desinflados los airbags, se abría la plataforma donde iba plegado el todoterreno para que éste empezara a rodar por el planeta rojo. Debido principalmente al enorme peso de Curiosity - casi mil kilos, cinco veces más que sus predecesoras Spirit y Opportunity-, no se puede utilizar el método de aterrizaje con airbag, porque apenas hay distancia para frenarlo. Y tampoco se puede acercar mucho a la superficie con los retrocohetes en marcha, ya que la enorme polvareda que se levantaría podría dañar el delicado instrumental que lleva Curiosity.

Por todo lo anterior, se ha desarrollado un sistema de aterrizaje completamente nuevo y revolucionario, capaz de depositar suavemente a Curiosity sobre la superficie del planeta rojo si todo sale bien. Conocido como Sky Crane ("grúa celestial"), este sistema combina ocho retrocohetes en el módulo de descenso junto con varios cables de nylon anclados al todoterreno. Los cohetes de frenado entrarán en acción cuando Curiosity se encuentre a 1,6 kilómetros de su objetivo y el módulo de descenso se haya desprendido del paracaídas. Una primera maniobra alejará al módulo del paracaídas, pues de lo contrario se correría el riesgo de enredarse en él. A unos 20 metros del suelo, y a una velocidad de menos de un metro por segundo, entrará en acción el Sky Crane: el todoterreno se separará del módulo de descenso y quedará suspendido por los cables hasta tocar la superficie de Marte. En ese momento, el sistema de control notará la pérdida de tensión de los cables y los liberará al instante. El todoterreno descansará por fin en suelo marciano, mientras que la nave se elevará y se alejará de allí para no dañarlo.

El desafío es doble. Por un lado, porque la técnica Sky Crane y la etapa de descenso no se han probado en un ensayo real, principalmente por falta de presupuesto. Es muy complejo simular las condiciones marcianas en la Tierra, donde la gravedad y la atmósfera son diferentes. Al menos, los cientos de ensayos en el túnel de viento y las simulaciones de ordenador han dado confianza a los expertos de la misión.

Por otro lado, la nave tendrá que realizar toda la maniobra de aterrizaje por su cuenta y riesgo. El tiempo que tarda una señal en recorrer la distancia que separa Marte y la Tierra es de casi catorce minutos, lo que impide que los científicos puedan guiarla a distancia. De hecho, la MSL recibirá la última orden del equipo de la NASA dos horas antes del aterrizaje. Y cuando llegue a la Tierra la señal de que la sonda ha entrado en la atmósfera marciana, en realidad Curiosity ya estará sobre la superficie del planeta rojo.

En total, la maniobra de entrada, descenso y aterrizaje apenas durará siete minutos, en los que todo debe funcionar a la perfección para que la misión sea un éxito.

Remolinos de polvo en Marte

Este vídeo podía haberse grabado en un desierto de Estados Unidos, donde los remolinos de polvo veraniegos son realmente espectaculares. Pero lo cierto es que se ha producido muchísimo más lejos, en la llamada Amazonis Planitia, situada en el hemisferio norte de Marte, una enorme llanura volcánica cubierta de polvo. Hace un mes, la sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ya captó en la misma región un enorme remolino de casi un kilómetro de altura. Pero éste es todavía más impresionante: tiene la anchura de un campo de fútbol y se eleva la friolera de 20 kilómetros sobre la superficie marciana. El vídeo empieza con la imagen captada por la cámara de alta definición HiRISE que lleva la MRO, a partir de la cual los científicos de la NASA han recreado el aspecto del remolino si pudiésemos contemplarlo desde la mismísima atmósfera de Marte.

Como ocurre en nuestro planeta, los remolinos de polvo marcianos se producen por el calentamiento de la superficie, sobre todo en verano. Cuando el intenso Sol incide sobre el suelo marciano, éste calienta a su vez el aire próximo a la superficie, creando bolsas de aire caliente que empiezan a ascender. Cuando la diferencia de temperatura entre ese aire y el que se encuentra por encima es lo bastante grande, la bolsa de aire caliente puede expandirse y elevarse. Entonces el aire empieza a arremolinarse y se convierte en un torbellino que absorbe partículas de polvo y otros materiales sueltos, dando lugar a una nube giratoria, alta y estrecha. Esto es, un remolino de polvo.

En la Tierra, los remolinos de polvo apenas alcanzan unos centenares de metros. Pero en Marte, donde el polvo es omnipresente, los remolinos son más espectaculares todavía. Pueden llegar a alcanzar varios kilómetros de altura y proyectan una sombra alargada en la superficie, gracias a la cual los científicos pueden calcular la extensión vertical del remolino. Sólo algunos tornados terrestres pueden llegar a semejantes cotas.

Los expertos piensan que estos remolinos de polvo marcianos pueden desempeñar un papel muy importante en el clima del planeta rojo, puesto que inyectan una gran cantidad de polvo en la atmósfera. El aire polvoriento absorbe luz del Sol, calienta la parte alta de la atmósfera y altera la distribución de los vientos en todo el planeta. Estos mismos vientos se encargan de repartir el polvo por la atmósfera hasta que el cielo queda cubierto por una capa tenue y polvorienta. Entonces, la luz del Sol deja de calentar el suelo y el efecto se frena. Cuando llega el otoño, el polvo acumulado en la atmósfera se asienta de nuevo. Como dice el científico William K. Hartmann, "el otoño en Marte se caracteriza por la caída del polvo, y no de hojas de los árboles".

En cualquier caso, el estudio de los remolinos de polvo marcianos se encuentra en una fase primitiva. Serán necesarios recopilar muchos más datos para conocer el verdadero impacto de este fenómeno en el clima de Marte.

Curiosity, rumbo a Marte

Ayer sábado, 26 de noviembre de 2011, a las 16:02 (GMT) despegó de Cabo Cañaveral el cohete Atlas V de la NASA, llevando en su interior el rover más avanzado que jamás el hombre ha construido y enviado al espacio: el Mars Sciencie Laboratory, más conocido como Curiosity. Del tamaño de un coche compacto, Curiosity es un verdadero laboratorio andante sobre seis ruedas. Cuenta con diez instrumentos científicos de precisión, entre ellos un láser capaz de vaporizar rocas a siete metros de distancia y una estación meteorológica que ha sido construida en España. Su objetivo principal sobre la superficie del planeta rojo será encontrar rastros de vida pasada o presente en Marte. Se trata, sin duda, de la misión más ambiciosa de la NASA desde el programa Apolo.

Tengo que admitir que nunca antes había seguido en directo el lanzamiento de un cohete espacial. Pero ayer, la posibilidad de verlo en vivo a través de Amazings.es, con los comentarios técnicos de @Eurekablog y la dirección de @Irreductible (más tarde se incorporaría también @Wicho) era demasiado atractiva como para resistirse. Y mereció la pena. Vaya si mereció la pena. Además de enterarme de un montón de detalles de la misión y del protocolo de lanzamiento que no conocía, el momento del despegue fue realmente emocionante, inolvidable.

Después de un lanzamiento impecable, ahora queda por delante un largo viaje de 570 millones de kilómetros hasta que Curiosity alcance su objetivo. Eso ocurrirá, si todo va bien, el 5 de agosto de 2012. Mientras tanto, como toda misión espacial que se precie en la actualidad, puedes seguir sus peripecias en la cuenta de Twitter @MarsCuriosity. 

En próximas entradas intentaré desgranar las principales características de esta misión. De momento, para abrir boca, os dejo el resumen de la misión en este vídeo animado que ha elaborado la NASA.

Revive la aventura del Spirit

El 3 de enero de 2004 aterrizaba en Marte una sonda espacial con un vehículo robot en su interior llamado Spirit. El objetivo inicial era explorar el cráter Gusev en busca de agua durante los tres meses que iba a durar su misión. Aunque los primeros datos fueron decepcionantes -las rocas analizadas en la zona de aterrizaje eran de origen volcánico-, las buenas noticias vinieron del propio vehículo. Spirit continuó trabajando durante más de cinco años, demostrando una resistencia al duro entorno marciano que sorprendió a todos los expertos. Entre otros logros, Spirit consiguió subir a las vecinas Colinas Columbia, donde sí encontró diversos minerales formados por la acción del agua, como sales y sulfatos ácidos. Especialmente afortunado fue el descubrimiento que hizo gracias a una rueda defectuosa. Mientras subía una cuesta, la rueda abrió una zanja de forma accidental, poniendo al descubierto un terreno modificado por la acción del agua en el pasado.

Pero era cuestión de tiempo que estos problemas de movilidad acabasen pasándole factura. En abril de 2009, el vehículo quedó atrapado en una zona arenosa de la que no pudo escapar por falta de tracción en sus ruedas. El crudo invierno marciano y la mala orientación en la que se quedó inmovilizado hicieron el resto. Spirit debió agotar todas sus energías, pues no respondió a los numerosos intentos por establecer contacto de nuevo. Finalmente, el 24 de mayo de 2011 la NASA dio por finalizada oficialmente la misión. 

Ahora, la NASA ha realizado este time-lapse donde, en menos de tres minutos, puedes seguir los pasos de Spirit y revivir su misión. En total, son 3.418 imágenes, a 24 imágenes por segundo, captadas por una de las cámaras frontales del vehículo robot durante los 7,25km que recorrió sobre la superficie del planeta rojo. Podemos ver el momento de su despertar en suelo marciano, acompañarlo en su primer paseo por el cráter Gusev, observar cómo analiza cientos de rocas, subir y bajar diversas colinas, hasta terminar en el trágico instante en que se quedó atascado en aquel dichoso banco de arena.

El vídeo va a toda pastilla, quizás demasiado, por eso han colgado una segunda versión en YouTube que se emite a sólo 6 imágenes por segundo.