lunes, 5 de mayo de 2008

Mars Science Laboratory, resumen total


Hace tiempo comentamos los avances del MLS (Mars Science Laboratory), la misma página de donde vi la noticia, encontré un post hablando del MLS, ya que me resulta imposible mejorar el post de lo completo que está, dejaré el post integro.

Después del salto tenéis todo la información. Muchas gracias al equipo de Sondas Espaciales por cedernos su contenido.


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· Nacionalidad: EEUU
· Fecha de lanzamiento: 25 Octubre 2009
· Objetivo: Rover-laboratorio marciano




  • Introducción

Con un lanzamiento previsto para el otoño de 2.009, el Mars Science Laboratory (MSL), es un rover diseñado para conocer si Marte fue (o si aun lo es) un lugar capaz de soportar la vida microbiana, es decir, para determinar la habitabilidad del planeta.

Para ello la misión consta de los instrumentos más avanzados jamás enviados al planeta rojo que analizarán docenas de muestras extraídas del suelo y de las rocas, para obtener datos sobre el clima del planeta y su geología, analizando su estructura y composición, para poder detectar los componentes químicos que pudieran dar lugar a la vida y para saber cual era el ambiente en Marte en el pasado.



El rover MSL trabajando con la cámara láser ChemCam en unos estratos

  • Objetivos

Biológicos:

- Determinar la naturaleza y el tipo de compuestos orgánicos
- Inventario de los bloques químicos constituyentes de la vida (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre).
- Identificar estructuras que podrían ser resultado de procesos biológicos.

Geológicos y geoquímicos:

- Investigar la química, los isótopos y la composición mineralógica de la superficie y de los materiales geológicos cercanos a la superficie.
- Interpretar los procesos que han formado y modificado las rocas y el suelo.

Procesos planetarios:

- Comprender los procesos de evolución atmosférica en grandes escalas de tiempo (4.000 millones de años).
- Determinar el estado actual, la distribución y el ciclo del agua y el dióxido de carbono.

Radiación en superficie:

- Caracterizar el espectro completo de radiación en la superficie, incluyendo la radiación cósmica galácticas, los eventos solares de protones y los neutrones secundarios.

  • Novedades tecnológicas.La primera novedad será el método de aterrizaje en Marte. La nave descenderá protegida dentro de su escudo térmico y más tarde bajará en paracaídas hasta cerca de la superficie. En los segundos finales del descenso el rover será bajado al suelo por una especie de 'grúa flotante' que por medio de unos cables la situará en el suelo lista para andar. El sistema de descenso tiene incorporadas nuevas técnicas de detección de riesgos para posar la nave en lugar seguro.


Sistema de aterrizaje del MSL

Este método permite un aterrizaje muy preciso, dentro de un círculo de tan sólo 20 kilómetros. Previamente las misiones aterrizaban en una elipse de más de 100 kilómetros de longitud. La masa en el aterrizaje será de unos 1.000 kilogramos, con acceso a casi cualquier punto del planeta, incluso en lugares con pendientes de 30º y rocas de 75 centímetros de altura, navegando a una velocidad de hasta 90 metros a la hora.

Gracias a la energía nuclear que alimenta al MSL, este rover podrá funcionar sin interrupción día y noche durante al menos un año marciano (687 días) en cualquier condición y estación del año. En total recorrerá más de 20 kilómetros sobre la superficie marciana recogiendo muestras para su análisis en el laboratorio que lleva abordo.

Además toda la nave está dotada de mejores sistemas para soportar las temperaturas entre los -120ºC y los 85ºC durante varios años (en lugar de meses como en las anteriores misiones).

  • Características principales del rover

El cuerpo principal del rover es la 'caja cálida de electrónica' o WEB (Warm Electronic Box), el compartimiento donde van todos los sistemas vitales del rover a una temperatura adecuada y constante durante la misión. Este compartimiento está cerrado en su parte superior por una pieza triangular llamada Rover Equipment Deck (RED) que permite colocar el mástil y las cámaras en el exterior para tomar imágenes y observar el terreno.

Las dimensiones de este gran rover son espectaculares y es gigantesco en comparación con las anteriores misiones que han aterrizado en Marte. Su peso (quitando los sistemas de aterrizaje) ronda los 850 kilogramos en comparación con los 175 kilogramos de los MERs. Está dotado de 10 instrumentos científicos con un peso total de 75 kilogramos, frente a los 5 instrumentos y 9 kilogramos de los MERs. La distancia entre las ruedas (su anchura), es de 1,5 metros. El compartimiento de instrumentos está a 1,1 metros sobre el suelo, permitiendo superar rocas de hasta 75 centímetros en altura. La cámara del mástil está situada a 2,1 metros del suelo y cada rueda tiene un diámetro de 50 centímetros.


Comparación del tamaño de MSL con el MINI Cooper

  • El ordenador

El rover MSL lleva dos ordenadores potentes dentro del módulo REM, uno de ellos será el utilizado habitualmente y el otro quedará como reserva en caso de fallo. Tanto el procesador, como la memoria o los circuitos están preparados para tolerar la extrema radiación del espacio y protegidos de cortes de corriente o de los apagados del rover por la noche.

La memoria consta de 256 MB de DRAM y 2 GB de Memoria Flash, con detección y corrección de errores, así como de 256 kB de EEPROM. Esto multiplica por 8 la capacidad de los Mars Exploration Rovers.

Además lleva una unidad de mediciones inerciales (IMU) que proporciona información en los 3 ejes de su posición lo que permite conocer de forma precisa sus movimientos verticales, horizontales y laterales para tener una navegación más segura y conocer el grado de inclinación en cada momento.

Otra de las funciones del ordenador será el chequeo continuo de la generación y consumo de energía y de la temperaturas en los distintos componentes y sistemas para reaccionar de forma que no se superen nunca unos valores mínimos y máximos. Para mantener la temperatura el rover consta de calentadores internos y capas de aislante por todas partes.

Cámaras de ingeniería

Además de las 4 cámaras científicas MastCam, la ChemCam en el mástil, de la cámara del brazo MAHLI y de la cámara de descenso MARDI (eliminada del último diseño), el rover posee otras 6 cámaras más para su funcionamiento diario:

- 4 Cámaras de Ingeniería Hazcams (Hazard Avoidance Cameras): se encuentran montadas en la porción inferior del cuerpo del rover en la parte frontal y trasera, permitiendo obtener imágenes en blanco y negro y en 3D para evitar que el rover se pierda o choque contra obstáculos inesperados. Trabajan conjuntamente con un software especial que le permite tomar decisiones y movimientos para mantenerse a salvo aunque no haya contacto con la Tierra. El campo de visión es de 120º y mapearán el terreno hasta unos 3-4 metros de distancia.

- Dos Cámaras de Ingeniería Navcams (Navigation Cameras): Están montadas en el mástil y obtienen imágenes en blanco y negro para conseguir panorámicas e imágenes en 3D que permitan ver rápidamente el entorno del rover. Cada cámara tiene un campo de visión de 45º que apoyan al equipo de navegación en tierra para planificar los movimientos. Además complementan la visión de las Hazcams.

  • Las ruedas

Para sus desplazamiento el Mars Science Laboratory consta de 6 ruedas, cada una con su propio motor individual. Las dos ruedas frontales y traseras tienen además motores para girar lo que permitirá mover al rover 360º en cualquier momento y tomar curvas. El MSL está diseñado para moverse en pendientes con una inclinación de hasta 45º en cualquier dirección sin volcar, sin embargo su programación incluye sistemas de alarma que no le permitirán tomar pendientes de más de 30º durante sus travesías.

El sistema de 'suspensión' permitirá superar obstáculos como rocas o agujeros de gran tamaño. Las ruedas de 50 centímetros de diámetro tienen marcas (incluido el logo del JPL) que permitirán un buen agarre a la hora de subir por arena o escalar alguna roca. Todo ello le permite una velocidad máxima en terreno plano de 4 centímetros por segundo, o 2,5 metros en un minuto.




Comparación del tamaño de las ruedas de Pathfinder, MER y MSL


  • Energía eléctrica

Para su funcionamiento el rover necesita electricidad. Esta energía será proporcionada a las baterías del rover por un generador nuclear de plutonio que le suministra de forma constante unos 2.500 W/hr por cada sol (menos de 800 W/hr para los MERs). Como mínimo proporcionará energía abundante para una misión de 687 días terrestres o dos años marcianos de forma constante y por tanto el rover tendrá mayor movilidad y flexibilidad, en un mayor rango de latitudes y alturas que antes no eran posibles.

  • Las antenas

El rover dispone de una antena de baja ganancia omnidireccional que permite enviar información en todas direcciones pero a un ritmo bajo para el envío de datos hasta la DSN. Para transmisiones a mayor velocidad, el rover posee una antena de alta ganancia direccional, que permite apuntar hacia la Tierra para enviar un 'chorro' de información a gran velocidad. Ambas antenas permiten tanto el envío como la recepción de datos y comandos en el rover.

Además el rover podrá comunicarse con los orbitadores, principalmente el Mars Reconnaissance Orbiter, a través de una antena de UHF que es de un rango menor pero permitirá enviar datos de forma más frecuente a nuestro planeta.



  • INSTRUMENTOS

Cámaras

  • Mast Camera (MastCam)
  • Chemistry & Camera (ChemCam)
  • Mars Hand Lens Imager (MAHLI)
  • Mars Descent Imager (MARDI)

Espectrómetros y analizadores

  • Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS)
  • Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction/X-Ray Fluorescence Instrument (CheMin)
  • Sample Analysis at Mars Instrument Suite with Gas Chromatograph, Mass Spectrometer, and Tunable Laser Spectrometer (SAM)

Detectores de Radiación

  • Radiation Assessment Detector (RAD)
  • Dynamic of Albedo Neutrons (DAN)

Sensores Ambientales

  • Rover Environmental Monitoring Station (REMS)


  • Mast Camera (MastCam)

La cámara del mástil tomará imágenes en color, en tres dimensiones y además realizará vídeos a color y alta resolución del terreno marciano. Consta de dos cámaras iguales que se encuentran en la parte superior del mástil del rover y que permitirán obtener panoramas de alta resolución.

Entre las novedades de esta cámara se encuentra:

  • La realización de vídeos de alta definición a 10 imágenes por segundo.
  • Porta una lente que permitirá realizar un zoom de 10 aumentos para fotografiar con más detalle zonas de alto interés. (Actualización: eliminado del diseño final).
  • Tomará imágenes en color con una simple exposición, de forma similar a las cámaras digitales que usamos actualmente. Posee varios filtros para obtener imágenes monocromáticas en regiones concretas del espectro.
  • La cámara procesará las imágenes antes de enviarlas al ordenador central del rover.
  • Además tendrá una memoria interna para almacenar miles de imágenes o decenas de horas de vídeo de alta resolución para su transmisión futura a la Tierra.

Una de las dos cámaras que irán en el mástil
  • Laser-Induced Remote Sensing for Chemistry and Micro-Imaging (ChemCam)

El láser de esta cámara será disparado contra las rocas para quitar el polvo de la superficie y evaporarla, para obtener posteriormente imágenes increíblemente detalladas. Además porta un espectrógrafo para identificar los elementos presentes en las rocas mientras el láser evapora átomos de la superficie. Mirando hacia el horizonte, la ChemCam podrá ver objetos menores de 1 metro de tamaño y nos dará imágenes de ellos de una resolución sin precedentes y de su estructura y minerales presentes. Las estructuras visibles serán hasta 10 veces menores que las observadas por los MERs.

En distancias entre 1 a 9 metros la cámara rápidamente identificará el tipo de roca, la composición del suelo, la abundancia de todos los elementos químicos y las trazas de aquellos que sean peligrosos para los humanos, detectará hielo y moléculas de agua en la estructura de las rocas, identificará materiales orgánicos y dará asistencia visual durante el taladrado de rocas. Además llegará a zonas donde el rover no pueda desplazarse.

En total consta de un láser, un telescopio para los aumentos y una cámara microscópica. Todo el sistema podrá ser orientado según las necesidades. La luz reflejada entrará en el instrumento donde se encuentran 3 espectrógrafos que la analizarán para conocer la composición del material observado.

La cámara ChemCam del mástil trabajando en una roca
  • Mars Hand Lens Imager (MAHLI)

Este instrumento situado en el brazo robótico, dará vistas cercanas de los minerales, las texturas y las estructuras de las rocas. La cámara tiene foco automático y tomará imágenes a color de estructuras menores de 12,5 micrómetros, un grosor menor que un cabello humano.

El instrumento llevará una lámpara de luz blanca similar a la de un flash y otra de luz ultravioleta para poder realizar fotografías nocturnas. Esta luz será usada para inducir la fluorescencia que servirá para detectar carbonatos y minerales evaporados, lo que dará pista sobre la presencia de agua.

Caja de electrónica y cabeza de la cámara microscópica. A diferencia de la de los MERs, esta tendrá enfoque
  • Mars Descent Imager (MARDI)

Nota: ha sido eliminada del diseño final pero aun así dejamos su descripción en el informe.

Esta cámara de descenso servirá para conocer como es todo el entorno geológico en el que se encuentre el rover y para ello, la cámara tomará vídeo en color durante todo el descenso hasta la superficie.

Justo cuando el rover se desprenda del escudo térmico a varias decenas de kilómetros de altura, la cámara MARDI comenzará a obtener una secuencia de vídeo con 5 imágenes por segundo a alta resolución sobre el lugar de aterrizaje. Seguirá obteniendo imágenes hasta que el rover aterrice, guardando los datos en la memoria digital. Tras tomar tierra mandará los datos a nuestro planeta.

Actualización: esta cámara ha sido cancelada para la misión por falta de presupuesto.
  • Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS)

El Espectrómetro de Rayos-X y Partículas Alfa (Alpha Particle X-Ray Spectrometer – APXS) está proporcionado por la Agencia Espacial Canadiense (CSA) y medirá la abundancia de los elementos químicos en las rocas y el suelo. El material a estudiar será expuesto a partículas alfa y rayos-X emitidos durante el decaimiento radiactivo del curio.

Este instrumento hará mediciones durante el día y la noche durante largos periodos de tiempo ya que a partir de las dos o tres horas de exposición es cuando se detectan todos los elementos presentes, aunque con 10 minutos ya se detectan los principales componentes. Como es un instrumento de contacto debe ir coordinado junto a otros instrumentos en el extremo del brazo robótico. Esta es la tercera versión del instrumento que antes había volado en la misión Mars Pathfinder (Alpha Proton X-Ray Spectrometer) y en los rover MERS (APXS).

La cabeza del sensor del APXS, como el de los rovers MERs pero mejorado


  • Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction/X-Ray Fluorescence Instrument (CheMin)


El instrumento CheMin medirá la presencia y abundancia de minerales en Marte, como el olivino, piroxenos, hematita, goetita y magnetita. Estos minerales son indicadores de las condiciones ambientales que formaron el terreno, por lo que se podrá saber el papel del agua en las regiones estudiadas. Para preparar las rocas y el terreno para su análisis, el rover llevará un triturador de rocas que las reducirá a polvo. Un tamiz dejará los granos finos de la muestra en un contenedor de muestras reusable. Además un sistema vibrador mezclará los granos para distribuirlos.

Entonces CheMin los observará bajo rayos-X que interactuarán con las muestras, siendo algunos de estos rayos absorbidos y más tarde re-emitidos con luz fluorescente, debido al efecto fotoeléctrico. Todo esto dará abundante información sobre la composición del material.


CheMin es un analizador para reconocer los minerales del terreno
  • Sample Analysis at Mars Instrument Suite (SAM)


El instrumento SAM es el más importante del rover ya que representa más de la mitad de la carga científica del MSL (38 kilogramos) y se usará para localizar compuestos donde se encuentre el carbono, incluyendo el metano, así como el hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. El instrumento está formado por un espectrómetro de masas, un cromatógrafo de gases y un espectrómetro láser y ha sido construido y diseñado por el Goddard Space Flight Center de la NASA.

El espectrómetro de masas recogerá las muestras del brazo y separará los elementos y componentes por masa para su identificación y medida. El cromatógrafo de gases calentará el suelo y las rocas para vaporizarlos y separará los gases para su análisis. Y el espectrómetro láser medirá la abundancia de los isótopos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en los gases de la atmósfera.

El instrumento SAM será un auténtico laboratorio en Marte, que detectará compuestos orgánicos e inorgánicos
  • Radiation Assessment Detector (RAD)


Este instrumento está diseñado para ser uno de los primeros instrumentos enviados a Marte específicamente para preparar la futura exploración humana. Este aparato identificará todas las radiaciones de alta energía en la superficie marciana como protones, iones energéticos de varios elementos, neutrones y rayos gamma. Esto incluye la radiación del espacio y la secundaria producida por la interacción con la atmósfera y la superficie.

Todo esto permitirá calcular las dosis de radiación que podrían recibir los humanos. Además permitirá conocer como puede afectar esta radiación a la vida pasada o presente y como puede alterar la composición química e isotópicas de las rocas y el suelo.

El sensor RAD que observará el cielo para recibir radiaciones
  • Dynamic of Albedo Neutrons (DAN)


Una forma de buscar agua en Marte es ver los neutrones que escapan de la superficie del planeta. Los rayos cósmicos bombardean la superficie de Marte haciendo que se escapen los neutrones de las rocas y el suelo. Si hay agua en los alrededores, los neutrones se vuelven más lentos y con menos energía, lo que sería medido por este detector fabricado por la Agencia Espacial Rusa que generará pulsos de neutrones dirigidos hacia el suelo.

De esta forma detectará fracciones de agua menores del 0,1% bajo la superficie ya sea en forma líquida o de hielo. Desde una altura de 1 metro el instrumento bombardeará el suelo con los neutrones que penetrarán hasta 2 metros bajo el suelo y que serán absorbidos por los átomos de hidrógeno en el hielo subsuperficial. Si el chorro de neutrones encuentra una capa de hielo de agua bajo la superficie, DAN detectará un gran número de neutrones lentos reflejados desde la superficie. Si no hay hielo, entonces DAN detectará una gran cantidad de neutrones rápidos reflejados.


DAN buscará agua bajo el suelo
  • Rover Environmental Monitoring Station (REMS)


Esta estación meteorológica es aportada por el Centro de Astrobiología del gobierno español (INTA-CSIC). El instrumento dará informes diarios sobre las condiciones atmosféricas en Marte y se encuentra acoplado al mástil central, donde medirá la presión atmosférica, humedad, radiación ultravioleta, velocidad del viento y su dirección y la temperatura del suelo y del aire. Cada uno de estos parámetros será medido por sensores independientes, uno para la presión atmosférica, para la humedad, la radiación ultravioleta, dos para el viento en dirección horizontal y vertical.

Dos pequeños brazos desplegables en el mástil del rover detectarán las componentes verticales y horizontales del viento para detectar brisas, remolinos o tormentas de polvo. Otro sensor en el interior del rover será expuesto a la atmósfera a través de una pequeña apertura que medirá los cambios de presión causados por los eventos meteorológicos. Un pequeño filtro lo protegerá de la contaminación por polvo.

Un grupo de sensores infrarrojos en uno de los brazos (Boom 1), medirá la intensidad de la radiación infrarroja emitida por el suelo para proporcionar su temperatura estimada. Otro sensor en el otro brazo (Boom 2), seguirá la humedad en la atmósfera. Ambos sensores también nos darán la temperatura del aire.

Además, se colocará diversos detectores en el cuerpo del rover que son sensibles a varias frecuencias de la luz solar para medir la radiación ultravioleta en la superficie marciana y sus cambios en relación a las variables ambientales.

Los sensores colocados en el mástil del rover

  • El brazo robótico y la recogida de muestras (SA/SPaH)

La misión primaria y los principales objetivos científicos son la búsqueda y caracterización de un amplio rango de rocas y suelo que puedan dar pistas sobre la actividad del agua en el pasado. El sub-sistema que posee el rover para ello es el llamado Sample Acquisition ('SA', el brazo robótico), Sample Processing and Handling ('SPaH', el receptor de las muestras del brazo), o también llamado el SA/SPaH.

El objetivo del conjunto es la toma de muestras de suelo y rocas para colocarlas en el equipamiento contenido en el chasis del rover. Además, el JPL colocará al final del brazo con 5 grados de libertad y una longitud de casi 2 metros, un conjunto de instrumentos científicos geológicos.

El brazo será complejo al tener 5 motores y 5 herramientas (Cámara, Espectrómetro de rayos-X, pala y dos taladros) al final del brazo, en la zona llamada la 'torreta'. Las rocas recogidas serán desde las más duras como los basaltos hasta las más delicadas como las sedimentarias. El tamaño de muestra recogida será como el de una taza de café y será depositada en el SPaH para ser triturada hasta el tamaño del polvo de talco. Una cuarta parte será depositada dentro del chasis del rover para su análisis por los instrumentos.

Esquema del brazo

En total, el rover necesita llegar a 17 puntos diferentes en el rover, incluyendo las zonas de trabajo, de calibración y de las cámaras para mostrarnos las muestras, así como la zona de depósito de muestras. Esto, junto a la longitud del brazo, sus 5 grados de libertad de movimiento y el movimiento de otras partes del rover (antenas, mástil y sistema de suspensión), hacen muy complejo su manejo y preparación.





Mars Science Laboratory, lunegate.com from lunegate on Vimeo.



Webs y vídeos · Web de la misión JPL
· MarsTech - MSL
· Marsoweb - MSL Landing Sites
· Vídeo de la misión

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Ude

Eduardo Parada Pardo

Soy desarrollador e investigador en robótica, me gusta aprender nuevas tecnologías y todo lo relacionado con el mundo de la robótica. Si te gusta este blog, no dudes en preguntar cualquier duda.

3 comentarios:

wiki dijo...

joe el video esta chulisimo la verdad , vaya robo mas sofisticado, lo que lleva dentro!! jejeje

wiki dijo...

vaya robot, no robo xDD

Ude dijo...

jejejeje, la verdad es que el aparatito cuesta una bestialidad, pero han echo las tipicas "reducciones" de presupuesto y han quitado componentes que ivan a representar un avance significativo.... para variar la investigacion out.

 

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