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ATERRIZAJE EN MARTE

Etapa de crucero con el aterrizador en su interior. Imagen : NASA
La Mars Pathfinder en el laboratorio. Imagen : NAS
Lugar de aterrizaje en Ares Vallis. 19,33º N y 33,55º O . Imagen : NASA

LUGAR DE ATERRIZAJE

El lugar de aterrizaje de Pathfinder pasó una serie de rigurosos estudios de ingeniería para determinar la seguridad del lugar: suficiente luz solar, pendientes aceptables, poca rugosidad del suelo, baja elevación del polvo para tener la suficiente densidad atmosférica, poco potencial para tormentas, etc. Además debía proporcionar un buen retorno de datos científicos.

Finalmente se seleccionó un lugar cerca de la boca de un canal donde se produjo un desbordamiento catastrófico en el pasado en Ares Vallis, (en una región llamada Chryse Planitia) y que además permitía tener rocas de diferentes tipos en el mismo lugar.Aunque era imposible saber durante la misión el lugar de procedencia de cada roca, el uso de los datos de los orbitadores posteriores pudo ser usado para determinar el camino que siguieron la rocas estudiadas por Pathfinder. La zona de aterrizaje para la nave tenía forma de elipse con una dimensiones de 200 x 70                        kilómetros.  

Fase completa de entrada y descenso (EDL). Imagen : NASA
Primeras etapas de la entrada. Imagen : NASA
Los retrocohetes frenan la caída y se suelta el airbag que comienza a botar. Imagen : NASA


ENTRADA DESCENSO Y ATERRIZAJE 

La etapa de entrada, descenso y aterrizaje (EDL) para Mars Pathfinder comenzó varios días antes de la llegada a Marte cuando los controladores del JPL enviaron comandos a la nave para decirle cuando y como debía ejecutar las complejas maniobras de la secuencia para llegar a la superficie marciana de una pieza. Este proceso se repite hasta unas horas antes de la llegada para aumentar la precisión del recorrido y los datos enviados, ya que la gravedad marciana sólo es perceptible para la nave las 48 horas previas a la llegada.

Desde una hora y media antes del aterrizaje hasta 3 horas y media después, la nave está bajo el control del programa autónomo de abordo que dirige los eventos que ocurrirán. La primera tarea de la nave es hacer circular el líquido de enfriamiento por toda la nave unos 90 minutos antes de la llegada. Este fluido circuló por el perímetro de la etapa de crucero y dentro del aterrizador para mantener los fríos durante los 7 meses de la etapa de crucero. Con su misión cumplida, la etapa de crucero es expulsada media hora antes de la llegada a 8.500 kilómetros de la superficie de Marte. Esta etapa de crucero usaba como combustible para la propulsión hidrazina monopropelante, que hacía funcionar 8 toberas de 4,4 N y proporcionando un delta-V (diferencia de velocidad) de 130 m/s.

Algunos minutos antes de la llegada, la nave comienza a sentir las capas exteriores de la atmósfera a unos 125 kilómetros de altura y quedando ya tan sólo 4 minutos para llegar al suelo. Con el giro estabilizado a 2 revoluciones por minuto y a 7,5 km/s de velocidad, la nave entra en la atmósfera con un ángulo de 14,8º. El escudo térmico derivado de los Viking protege la nave del intenso calor de la reentrada. En el momento de máximo calor, el escudo absorbe más de 100 megavatios de energía termal, de tal manera que la nave baja su velocidad hasta los 400 m/s. La deceleración es superior a los 20 G's y es detectada por los acelerómetros de abordo, lo que provoca que una secuencia de eventos programados comience a funcionar en una rápida sucesión.

El despliegue del paracaidas de 7,5 metros ocurre a los 2 minutos y medio tras la entrada atmosférica a una altura de entre 5 y 11 kilómetros de la superficie bajando la velocidad hasta los 65 m/s. El escudo térmico es separado pirotécnicamente unos 20 segundos más tarde y cae desde una altura entre los 2 y los 9 kilómetros. El aterrizador comienza a separarse del escudo trasero descendiendo en una cuerda de Kevlar de 20 metros de longitud, lo que deja espacio para el inflado de los airbags, una distancia prudente para el encendido de los motores y una estabilidad adicional. Una vez que el aterrizador está en posición se activa el radar altímetro y ayuda en la secuencia de eventos que llegan a continuación (inflado de airbags, encendido de motores del escudo trasero y corte del cable de Kevlar).

El radar del aterrizador comenzará a detectar la superficie unos 32 segundos antes del aterrizaje a una altura de 1,5 kilómetros. Los airbags se inflan 8 segundos antes del aterrizaje a 300 metros de altura. Los airbags tienen dos dispositivos explosivos, el primero de los cuales corta los cables y libera las bolsas para que puedan ser infladas. El segundo explosivo se enciende 0,25 segundos después y 4 segundos antes de que se enciendan los cohetes, para activar tres generadores de gas que inflan en 0,3 segundos las tres bolsas de 5,2 metros de diámetro a una presión de poco menos de 1 psi.

El escudo cónico trasero sobre el aterrizador contiene los tres motores de combustible sólido que provocan una fuerza de una tonelada durante dos segundos. El ordenador enciende los motores por unos instantes a una altura de entre 80 y 100 metros del suelo, para que la velocidad sea nula a una altura de 12 metros de la superficie. En ese instante se corta el cable de tal forma que el escudo junto con el paracaidas es lanzado lejos de la zona y el aterrizador envuelto en los airbags cae al suelo. El último impulso de los cohetes debería provocar una gran velocidad lateral al aterrizador, de hasta 25 m/s y un ángulo de 30º para evitar que el paracaidas y el escudo le caigan encima. Tras esto el aterrizador comenzará a botar hasta a 12 metros de altura y recorriendo más de 100 metros entre los botes.

Tras pararse en la superficie, se activan dispositivos pirotécnicos en los pétalos para que puedan ser abiertos y permitan al aterrizador que comienze su actividad. El aterrizaje ocurrió sobre las 03:00 de la hora local marciana, las 17:07:25 GMT del viernes 4 de julio de 1.997


RETROCOHETES

Un test de los retrocohetes. Imagen : NASA

Los motores de Pathfinder eran esenciales para un aterrizaje seguro. Al ser la atmósfera marciana tan delgada, el paracaidas no podría frenar lo suficiente la nave para evitar que se estrellara. Sin estos cohetes la velocidad de impacto contra el suelo habría sido de 62 m/s y los airbags hubieran reventado junto con la nave.

Construidos por la empresa Thiokol, los cohetes apenas tienen una longitud de 90 centímetros pero poseen una gran potencia. De esta forma, en tan sólo 2,4 segundos eran capaces de frenar el descenso y dejar a Pathfinder sin velocidad de caída. Durante el instante que son encendidos, podrían generar la suficiente electricidad como para abastecer a una localidad de 15.000 personas. Los gases expulsados llegan a una temperatura de 3.000º C (la mitad de la temperatura de la superficie solar) y una velocidad de 2,6 km/s (10 veces más rápido que un avión de pasajeros). Los tres cohetes son anclados en un estructura que va insertada en el escudo trasero.


Retracción de los airbags y orientación del rover


Ingenieros de la NASA comprueban los aibags de la Mars Pathfinder en un suelo marciano simulado. Imagen : NASA

Una vez que Mars Pathfinder ha aterrizado en la superficie, se activan los sistemas pirotécnicos en los petalos del aterrizador, de tal manera que permitan su apertura. Las juntas que unen los pétalos laterales son necesarias debido a las fuerzas ejercidas en los pétalos del aterrizador por el sistema de airbags desplegado.

En paralelo con la apertura de los pétalos, un sistema de retracción comenzará a recoger los airbags hacia el aterrizador, practicando una apertura en el lateral de cada bolsa para facilitar el proceso de desinflado a través de un filtro. Los airbags son traídos hacia los pétalos por cables internos que se extienden por las uniones entre los airbags y las pequeñas aberturas en cada una de las caras del aterrizador. El proceso dura unos 64 minutos en desinflar y retraer completamente los airbags.

Hay un motor de giro en cada una de las bisagras de los 3 pétalos. Si el lander aterriza sobre uno de los laterales, será colocado en la posición correcta por la apertura de un pétalo lateral con un motor que colocará el aterrizador en posición vertical. Una vez colocado correctamente se abren los otros dos pétalos.

El proceso de retraer los airbags y desplegar los pétalos del aterrizador dura unas 3 horas en total. Mientras tanto el sistema de radio en banda X del aterrizador es desconectado por primera vez desde el lanzamiento el 4 de diciembre de 1.996. Esto ahorra baterías y permite al sistema electrónico enfriarse tras haberse calentado durante la entrada al no disponer de sistema de enfriamiento. Tras este periodo la Tierra ya es visible bien alta sobre el horizonte y estará en buena posición para comunicarse con el aterrizador a través de la antena de baja ganancia a última hora de la mañana.



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