Mars Pathfinder

Representación artística de la Mars Pathfinder sobre Marte
Características de la misión:
Nombre	Mars Pathfinder
Nación	Estados Unidos
Objetivo(s)	Aterrizaje sobre Marte y operaciones vehiculares (rover).
Nave	Mars Pathfinder
Nave – masa	870 kg
Administración y diseño de misión	JPL - NASA
Vehículo de lanzamiento	Delta 7925 (#D240)
Fecha de lanzamiento	4 de diciembre de 1996 06:58:07 UTC
Sitio de lanzamiento	ESMC / complejo de lanzamiento 17B
Instrumentos científicos	Lander Mars Pathfinder: Sistema de imágenes IMP (incluye magnetos y medidores de viento), Espectrómetro de rayos X Alfa Protón APXS, Componentes de la estructura atmosférica y meteorológica ASI / MET. Rover Sojourner: Sistema de imágenes (tres cámaras), Rastreadores láser, Acelerómetros, Potenciómetros.

La Mars Pathfinder fue una nave espacial estadounidense con la misión estudiar Marte desde la superficie, lanzada por la NASA en 1996, fue la primera misión en aterrizar en el planeta con éxito desde el programa Viking en 1976.​

Estaba compuesta por el lander o módulo de aterrizaje, formalmente llamado Carl Sagan Memorial Station, y en su interior el róver o vehículo de exploración, llamado Sojourner en honor de la activista por los derechos civiles Sojourner Truth, con un peso de tan solo 10,6 kg, se convirtió en el primer róver en operar fuera del sistema Tierra-Luna.​

Fue lanzada el 4 de diciembre de 1996 por la NASA a bordo del del cohete Delta II desde Cabo Cañaveral, un mes después de lanzarse la Mars Global Surveyor. Aterrizó el 4 de julio de 1997 en el Ares Vallis —un valle de Marte—, en una región llamada Chryse Planitia en el cuadrángulo de Oxia Palus. El módulo de aterrizaje se abrió, liberando al róver, que realizó múltiples experimentos en la superficie marciana. La misión portaba una serie de instrumentos científicos para analizar la atmósfera marciana, la climatología, la geología y la composición de sus rocas y suelo.​

Esta misión fue la primera de una serie de misiones a Marte que incluyó un róver, y fue el primer lander en aterrizar con éxito desde que las dos Viking aterrizaron en el planeta rojo en 1976. Aunque la Unión Soviética los envió con éxito a la Luna como parte del programa Lunokhod en la década de 1970, los intentos de utilizarlos en los programas de Marte fallaron.​​

Además de los objetivos científicos, la misión Mars Pathfinder fue una «prueba de concepto» para diversas tecnologías, como la toma de contacto con el suelo marciano mediada por un sistema gigante de bolsas de aire para amortiguar el impacto o la prevención automática de obstáculos, ambas explotadas posteriormente por la misión Mars Exploration Rover. La Mars Pathfinder también fue notable por su costo extremadamente bajo en relación con otras misiones espaciales robóticas a Marte. Originalmente, la misión se concibió como la primera del programa de la Mars Environmental Survey.

Fue el segundo proyecto del programa Discovery de la NASA, que promueve el uso de naves espaciales de bajo costo y lanzamientos frecuentes bajo el lema «más barato, más rápido y mejor» sostenida por el entonces administrador, Daniel Goldin. La misión fue dirigida por el Jet Propulsion Laboratory (JPL), una división del Instituto de Tecnología de California (Caltech), responsable del programa de exploración a Marte de la NASA. El gerente del proyecto fue Tony Spear del JPL.

Objetivos de la misión

Los principales objetivos eran probar nuevas tecnologías y métodos para futuras misiones de los programas de exploración espacial.

Por una parte, el rover Sojourner realizó una serie de experimentos tecnológicos específicos para evaluar su propio rendimiento como guía para el diseño de hardware y software en futuros rovers, así como para ayudar a verificar las capacidades de ingeniería para los rovers de Marte.

Por otra parte, la Mars Pathfinder utilizó un método innovador para entrar directamente en la atmósfera marciana, ayudado por un paracaídas para frenar su descenso a través de la delgada atmósfera marciana y un sistema gigante de bolsas de aire para amortiguar el impacto.​

Objetivos científicos

El Sojourner cerca de Yogi

• Morfología superficial y geología a escala métrica
• Petrología y geoquímica de los materiales superficiales
• Propiedades magnéticas y mecánicas de la superficie
• Estructura atmosférica, además de variaciones meteorológicas diurnas y nocturnas
• Dinámica rotacional y orbital de Marte

Lander Pathfinder

• IMP: Imager for Mars Pathfinder, incluye magnetómetro y anemómetro
• ASI/MET: Sensores atmosféricos y meteorológicos

La Mars Pathfinder llevó a cabo diferentes investigaciones en el suelo marciano utilizando tres instrumentos científicos. El módulo de aterrizaje contenía una cámara estereoscópica con filtros espaciales en un mástil expansible llamado Imager for Mars Pathfinder (IMP),​​ y el paquete Atmospheric Structure Instrument/Meteorology (ASI/MET)​ que actuaba como una estación meteorológica de Marte recolectando datos sobre presión, temperatura y vientos. La estructura MET incluía tres mangas de viento montadas a tres alturas en un mástil, la más alta a aproximadamente un metro, registró vientos generalmente del oeste.​

Róver Sojourner

• Sistema de imagen de tres cámaras estereoscópicas: dos frontales monocromáticas, una trasera a color​
• Sistema de detección de peligros por rayos láser
• APXS: Espectrómetro de rayos X Alfa Protón
• Experimento de abrasión de rueda
• Experimento de adherencia de materiales
• Acelerómetros

El róver Sojourner disponía de un espectrómetro de rayos X Alfa Protón (APXS),​ que se utilizó para analizar los compuestos de las rocas y del suelo. Los instrumentos permitían investigar la geología de la superficie marciana desde solo unos pocos milímetros hasta cientos de metros, la geoquímica e historia evolutiva de las rocas y de la superficie, las propiedades magnéticas y mecánicas de la tierra, así como las propiedades magnéticas del polvo, de la atmósfera y la dinámica rotacional y orbital del planeta.

El róver también tenía tres cámaras a bordo: dos cámaras de 0.3 megapíxeles en blanco y negro ubicadas en la parte frontal (768 píxeles horizontales × 484 píxeles verticales configurados en bloques de 4 × 4 + 100 píxeles), junto con cinco proyectores de banda láser, lo que permitía captar imágenes estereoscópicas que se tomaron junto con las mediciones para la detección de peligros en el camino del róver. Se ubicó en la parte posterior una tercera cámara con la misma resolución pero en color, cerca del APXS, que rotaba 90°. Proporcionó imágenes del área objetivo del APXS y las huellas del róver en el suelo. Los píxeles de esta cámara a color se organizaron de tal manera que, de los 16 píxeles de un bloque de 4 × 4 píxeles, 12 píxeles eran sensibles al verde, 2 píxeles al rojo y 2 píxeles eran sensibles tanto al infrarrojo como al azul. Como todas las cámaras tenían lentes fabricadas de seleniuro de zinc, que bloquea la luz por debajo de una longitud de onda de 500 nm, la luz azul nunca llegó realmente a estos píxeles sensibles al azul/infrarrojos, que por lo tanto solo registraron infrarrojos.

Las tres cámaras eran CCD fabricadas por Eastman Kodak Company, y estaban controladas por la CPU del róver. Todas tenían exposición automática y capacidad para manejar los píxeles defectuosos. Se incluyeron en las imágenes transmitidas, como parte del encabezado de la imagen, los parámetros del tiempo de exposición, la compresión utilizada, etc. El róver podía comprimir las imágenes de las cámaras frontales utilizando el algoritmo de codificación de truncamiento de bloque (BTC), pero solo podría hacer lo mismo con las imágenes de la cámara trasera si se descartara la información de color. La resolución óptica de las cámaras fue suficiente para resolver detalles de 0,6 cm en un rango de 0,65 m.​

Entrada a la atmósfera, descenso y aterrizaje

El aterrizaje de la Mars Pathfinder fue exactamente como había sido diseñado por los ingenieros de la NASA.

Reconstrucción del aterrizaje

Durante las etapas de entrada se utilizaron los siguientes dispositivos: escudo de protección térmica y un gran paracaídas; el descenso del aterrizador en un paracaídas de freno; el uso de un radar de altímetro para que el aterrizador pudiera determinar cuán lejos de la superficie se ubicaba; retrocohetes para detener al aterrizador durante su descenso; por último, 24 bolsas de aire se abrieron 8 segundos antes del impacto para amortiguar la caída una vez que el aterrizador se desprendiera de su paracaídas. La velocidad de impacto fue de 10,6 metros por segundo. Todo este proceso se completó en un tiempo de 4 minutos.

Una vez que el aterrizador se ubicó sobre la superficie, las bolsas de aire se desinflaron y fueron retraídos con el aterrizador sobre su base, para que finalmente se abrieran los pétalos con los paneles solares. El aterrizador llegó durante la madrugada de Marte cerca de las 2:56:55 a.m. hora local (A las 16:56:55 UTC, MSD 43905 4:41 AMT, 26 Taurus 206 Dariano), por lo que el aterrizador tuvo que esperar hasta que saliera el Sol para poder enviar las primeras señales a la Tierra. El sitio de aterrizaje está ubicado a 19,30° latitud norte y 33,52° longitud oeste en Ares Vallis, a unos 19 kilómetros al sudoeste del lugar planeado. Durante el Sol 1 –así es como se llaman los días marcianos– el lander tomó imágenes y realizó mediciones meteorológicas. Una vez recibida la información, los ingenieros se dieron cuenta de que una de las bolsas de aire no estaba totalmente desinflada y podría ser causa de problemas para el posterior despliegue de la rampa de descenso del Sojourner. A tal efecto, enviaron órdenes al lander para subir y bajar uno de los pétalos del aterrizador y así aplastar la bolsa de aire. El procedimiento fue un éxito.

Salida del Sojourner

El Sojourner estudia a la roca "Yogi" después de haber salido del lander

Vista lateral del Sojourner

La salida del Sojourner se produjo en el Sol 2. En los soles siguientes se acercó a unas rocas llamadas por los científicos "Barnacle Bill", "Yogi" y "Scooby Doo" en honor a los famosos dibujos animados. El rover realizó mediciones de los elementos encontrados en esas rocas y el suelo marciano. El aterrizador se encargó de fotografiar al Sojourner y el terreno circundante además de las observaciones climáticas.

El Sojourner era un vehículo de seis ruedas con un peso de 10,6 kg y estaba facultado para desplazarse unos 500 metros desde el aterrizador. Su velocidad máxima era de 1 centímetro por segundo. Durante sus 83 días de operación en la superficie, el Sojourner envío a la Tierra cerca de 550 fotografías y completó el análisis químico en 16 lugares diferentes cercanos al aterrizador.

Las medidas del rover son: 65 cm de largo, 48 cm de ancho, y 30 cm de altura. Su peso en la Tierra era de 10,5 kg mientras que en Marte –debido a la menor gravedad– sólo pesa el equivalente a 4 kg.

El sistema de control es un procesador Intel 80C85 de 8 bits que computa alrededor de 100 000 instrucciones por segundo. El ordenador es capaz de comprimir y almacenar una única imagen a bordo. El robot se alimenta de células solares de 0,2 metros cuadrados, que proporcionan la energía para varias horas de operaciones por sol (1 día marciano = 24,6 horas de la Tierra). 3 baterías de cloruro de tionilo de litio recargables (LiSOCl2) D-cell con capacidad de 50 Wh proporcionan energía de reserva. Todas las comunicaciones Rover se realizan a través del módulo de aterrizaje.

El robot está equipado con cámaras de imagen en blanco y negro y color que se utilizaron para la imagen del robot a fin de evaluar su estado tras el aterrizaje. El objetivo era adquirir tres imágenes en blanco y negro espaciadas por 120 grados de separación de la sonda. También se obtuvieron imágenes de los terrenos circundantes para estudiar el tamaño y la distribución de los suelos y rocas, así como la aportación de grandes características. Las imágenes de las marcas de ruedas del robot será utilizadas para estimar las propiedades del suelo. Las imágenes del rover desde el Lander también se realizan para evaluar el rendimiento de vehículo y el suelo y las propiedades del sitio. El rendimiento del vehículo se observó para determinar las capacidades de seguimiento, el rendimiento del disco, comportamiento térmico, y el rendimiento del sensor. Las comunicaciones de banda UHF entre el rover y el aterrizador fue estudiada para determinar la eficacia de la relación entre el rover y aterrizador. Las evaluaciones de la roca y la mecánica de la superficie se hará sobre la base de la abrasión de las ruedas y la adherencia de polvo. Un espectrómetro alfa-protón de rayos X (APXS) está a bordo del vehículo para determinar la composición de las rocas y el suelo. Las fotos de todas las muestras analizadas se transmiten a la Tierra. Los objetivos primarios fueron programados para los primeros siete soles, todos dentro de unos 10 metros de la nave. La extensión de la misión incluye viajes un poco más lejos de la nave, y viajes aún más largos fueron planeados. Las imágenes fueron tomadas y los experimentos fueron realizados por el aterrizador y el vehículo hasta el 27 de septiembre de 1997, cuando las comunicaciones se perdieron por causas desconocidas.

Los estudios del Sojourner

Detalle del trayecto y rocas circundantes

El primer análisis sobre una roca en Marte comenzó en el Sol 3 con el estudio de "Barnacle Bill". El Espectrómetro de rayos X Alfa Protón (APXS) fue empleado para determinar su composición. El espectrómetro necesitaba cerca de 10 horas de análisis para llevar a cabo un estudio completo. Midió todos los elementos con excepción del hidrógeno, ya que constituye cerca de una décima parte del 1 por ciento de la masa de la roca o el suelo.

El APXS lleva a cabo sus estudios al bombardear rocas y muestras de suelo con partículas de radiación alfa –partículas cargadas equivalentes al núcleo de un átomo de helio, formadas por dos protones y dos neutrones. Los resultados indicaron que "Barnacle Bill" es similar a las andesitas terrestres, confirmando la actividad volcánica en el pasado de Marte.

Los estudios llevados a cabo sobre la roca "Yogi" muestran que ésta es de diferente composición, ya que según a los datos derivados del APXS ésta es una roca basáltica más primitiva que "Barnacle Bill". La forma y la textura superficial de "Yogi" muestran que probablemente fue depositada por una inundación. En otra roca llamada "Moe", el Sojourner encontró marcas sobre la superficie que dan muestra de la erosión del viento. El análisis del APXS muestra que la mayoría de las rocas estudiadas tienen un alto contenido de silicio. En otra región que se llamó “Jardín de Rocas” el Sojourner encontró dunas con forma de luna creciente, idénticas a las dunas barcanoides que se forman en la Tierra.

El lander, por su parte, transmitió más de 16 500 imágenes y realizó 8,5 millones de mediciones de la presión atmosférica, temperatura y velocidad del viento.

Fin de la misión

Mars Pathfinder visto desde el espacio por la MRO HiRISE

Aunque la misión se planificó para durar entre una semana y un mes, el rover funcionó con éxito durante casi tres meses. La comunicación falló después del 7 de octubre,​ con una transmisión de datos final recibida de la Pathfinder a las 10:23 UTC del 27 de septiembre de 1997. Los administradores de la misión intentaron, durante los siguientes cinco meses, restablecer las comunicaciones completas pero la misión finalizó el 10 de marzo de 1998. Durante la prolongada operación se estaba realizando una panorámica estéreoscópica de alta resolución del terreno circundante, y el rover Sojourner debía visitar una cresta distante, pero la panorámica solo se había completado en un tercio y la visita a la cordillera no había comenzado cuando la comunicación falló.​

La batería incorporada, diseñada para funcionar durante un mes, pudo haber fallado después de las repetidas cargas y descargas. La batería se usó para calentar los componentes electrónicos de la sonda ligeramente por encima de las temperaturas nocturnas en Marte. Con la avería de la batería, las temperaturas más frías de lo normal pudieron haber causado la ruptura de partes vitales, lo que llevaría a la pérdida de las comunicaciones.​​ La misión excedió sus objetivos en el primer mes.

El Orbitador MRO descubrió el módulo de aterrizaje de la Pathfinder en enero de 2007 (izquierda).​​

Vista panorámica de la Mars Pathfinder del sitio de aterrizaje tomado por IMP.

Véase también

• Exploración de Marte
• Exploración espacial
• Mars Exploration Rover
• anexo:misiones espaciales

Notas

• Mars Pathfinder Litograph Set, NASA. (1997)
• Póster: Mars Pathfinder –Roving the Red Planet, NASA. (1998)
• Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958-2000, Asif A. Siddiqi. Monographs in Aerospace History, #24. Junio de 2002, NASA History Office.
• "Mars Pathfinder: el inicio de la conquista de Marte" EL Universo, Enciclopedia de la Astronomía y el Espacio, Editorial Planeta-De Agostini, págs. 58-60. Tomo 5. (1997)
• "Return to Mars", artículo de William R. Newcott. National Geographic, págs. 2-29. Vol. 194, edición número 2 - agosto de 1998. (versión inglés)
• "La misión Pathfinder –rebautizada Carl Sagan Memorial Station, en memoria del célebre astrónomo-, paso a paso todo Marte", de J. Roberto Mallo. Conozca Más, págs. 90-96. Edición número 106 - agosto de 1997.
• "Un espía que anda por Marte", de Julio Guerrieri. Descubrir, págs. 80-83. Edición número 73 - agosto de 1997.

Bibliografía sobre Marte

• The New Solar System, tercera edición, Beaty, J.K., y Chaikin, entre otros. Sky Publishing Corp., Cambridge. (1990)
• The Surface of Mars, M.H. Carr. [[Universidad de Yale|Yale University Press]], New Haven. (1981)
• Exploring the Planets, segunda edición, E.H. Christiansen y W.K. Hamblin. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, Nueva Jersey. (1995)
• The Search for Life on Mars: Evolution of an Idea, H.S.F. Cooper. Holt, Rinehart, y Winston, Nueva York. (1980)
• Mars, Percival Lowell. Houghton, Mifflin, Boston, Nueva York. (1895)
• Journey Into Space: The First Thirty Years of Space Exploration, B. Murray. W.W. Norton, Nueva York. (1989)
• Planets & Perception: Telescopic Views and Interpretations, 1609-1909, W. Sheehan. University Arizona Press, Tucson, Arizona. (1988)
• The Planet Mars: A History of Observation and Discovery, W. Sheehan. University Arizona Press, Tucson, Arizona. (1996)
• The Martian Landscape, Viking Lander Imaging Team. NASA SP-425. (1978)
• Viking Orbiter Views of Mars, Vikig Orbiter Imagen Team. NASA SP-441. (1980)
• Mars Beckons, J.N. Wilford. Alfred A. Knopf, Nueva York. (1990)

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Mars Pathfinder.
• Mars Pathfinder
• NASA Office of Space Science
• JPL - Rovers a Marte
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