El extraordinario sistema de recolección de muestras del Perseverance Mars Rover de la NASA.


Los ingenieros de JPL monitorean las pruebas del sistema de almacenamiento en caché de muestras del rover Perseverance en este video clip. Crédito de imagen: NASA / JPL-Caltech.

Las muestras que el Apolo 11 trajo a la Tierra desde la Luna fueron las primeras de la humanidad en llevar a nuestra superficie de otro cuerpo celeste. La próxima misión Mars Perseverance 2020 de la NASA recolectará las primeras muestras de otro planeta (el rojo) para regresar a la Tierra en misiones posteriores. En lugar de los astronautas, el rover Perseverance se basará en el mecanismo más complejo, capaz y limpio que se haya enviado al espacio, el Sistema de almacenamiento en caché de muestras.

Los últimos 39 de los 43 tubos de muestra en el corazón del sistema de muestras se cargaron el 20 de mayo en el Centro Espacial Kennedy en Florida, junto con el conjunto de almacenamiento que los mantendrá, a bordo del rover Perseverance de la NASA. (Los otros cuatro tubos ya se habían cargado en diferentes ubicaciones en el Sistema de almacenamiento en caché de muestras). La integración de los tubos finales marca otro paso clave en la preparación para la apertura del período de lanzamiento del rover el 17 de julio.

“Si bien no puedes evitar maravillarte de lo que se logró en los días de Apolo, sí tenían una cosa que nosotros no tenemos: botas en el suelo”, dijo Adam Steltzner, ingeniero jefe de la misión rover Mars Perseverance 2020 en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Para que podamos recolectar las primeras muestras de Marte para regresar a la Tierra, en lugar de dos astronautas tenemos tres robots que tienen que trabajar con la precisión de un reloj suizo”.


Las primeras muestras de la Luna fueron recolectadas por dos astronautas. Las primeras muestras recolectadas para su eventual regreso a la Tierra desde Marte llevarán tres robots a bordo del rover Perseverance trabajando como uno solo. Juntos, componen el Sistema de almacenamiento en caché de muestra de la misión detallado en este video. Crédito de imagen: NASA / JPL-Caltech.

Si bien muchas personas piensan que el rover Perseverance es un robot, en realidad es similar a una colección de robots que trabajan juntos. Ubicado en la parte delantera del rover Perseverance, el propio sistema de almacenamiento en caché de muestras está compuesto por tres robots, el más visible es el brazo robótico del rover de 2 metros de largo. Atornillado al frente del chasis del rover, el brazo de cinco articulaciones lleva una gran torreta que incluye un taladro de percusión giratorio para recolectar muestras de núcleo de roca y regolito de Marte (roca y polvo rotos).

El segundo robot se parece a un pequeño platillo volador integrado en la parte delantera del rover. Este dispositivo, llamado el carrusel de bits, es el intermediario definitivo para todas las transacciones de muestras de Marte: proporcionará brocas y tubos de muestra vacíos al taladro y luego moverá los tubos llenos de muestra al chasis móvil para su evaluación y procesamiento.

El tercer robot en el sistema de almacenamiento en caché de muestras es el brazo de manejo de muestras de 0,5 metros de largo (conocido por el equipo como el “brazo T. rex”). Ubicado en el vientre del vehículo explorador, se retoma donde el carrusel de bits acaba, moviendo los tubos de muestra entre las estaciones de almacenamiento y documentación, así como el carrusel de bits.

Precisión de reloj

Todos estos robots necesitan funcionar con precisión de reloj. Pero donde el cronómetro suizo típico tiene menos de 400 partes, el sistema de almacenamiento en caché de muestras tiene más de 3.000.

“Parece mucho, pero comienzas a darte cuenta de la necesidad de complejidad cuando consideras que el Sistema de almacenamiento en caché de muestras tiene la tarea de perforar de forma autónoma en la roca de Marte, extraer muestras de núcleo intactas y luego sellarlas herméticamente en recipientes hiper-estériles que son esencialmente libre de cualquier material orgánico originario de la Tierra que pueda interponerse en el análisis futuro “, dijo Steltzner. “En términos de tecnología, es el mecanismo más complicado y sofisticado que jamás hayamos construido, probado y preparado para vuelos espaciales”.

El objetivo de la misión es recolectar una docena o más de muestras. Entonces, ¿cómo funciona esta colección laberíntica de tres robots, del tamaño de un tronco de vapor, de motores, cajas de engranajes planetarios, codificadores y otros dispositivos, todos meticulosamente unidos para llevarlos?


Los ingenieros y técnicos que trabajan en el equipo de Mars Perseverance 2020 insertan 39 tubos de muestra en la barriga del rover. Cada tubo está revestido en un recinto cilíndrico de color dorado para protegerlo de la contaminación. Perseverance llevará 43 tubos de muestra al cráter Jezero de Marte. La imagen fue tomada en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida el 20 de mayo de 2020. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech.

“Esencialmente, después de que nuestro taladro de percusión rotativa toma una muestra de núcleo, se dará la vuelta y se unirá a uno de los cuatro conos de acoplamiento del carrusel de brocas”, dijo Steltzner. “Luego, el carrusel de brocas girará esa broca llena de Marte y un tubo de muestra hacia abajo dentro del rover, a un lugar donde nuestro brazo de manejo de muestras puede agarrarlo. Ese brazo saca el tubo de muestra lleno de la broca y lo mantiene para tomar una imagen con una cámara dentro del sistema de almacenamiento en caché de muestras “.

Después de que se toma una imagen del tubo de muestra, el pequeño brazo robótico lo mueve a la estación de evaluación de volumen, donde una baqueta empuja hacia abajo en la muestra para medir su tamaño. “Luego volvemos y tomamos otra imagen”, dijo Steltzner. “Después de eso, tomamos un sello, un pequeño tapón, para la parte superior del tubo de muestra y volvemos para tomar otra imagen”.

A continuación, el sistema de almacenamiento en caché de muestras coloca el tubo en la estación de sellado, donde un mecanismo sella herméticamente el tubo con la tapa. “Luego sacamos el tubo”, agregó Steltzner, “y lo devolvemos al almacenamiento desde donde comenzó”.

Diseñar y fabricar el sistema, luego integrarlo en Perseverance ha sido un esfuerzo de siete años. Y el trabajo no está hecho. Como con todo lo demás en el rover, hay dos versiones del sistema de almacenamiento en caché de muestras: un modelo de prueba de ingeniería que permanecerá aquí en la Tierra y el modelo de vuelo que viajará a Marte.

“El modelo de ingeniería es idéntico en todas las formas posibles al modelo de vuelo, y es nuestro trabajo tratar de romperlo”, dijo Kelly Palm, ingeniera de integración del sistema de almacenamiento en caché de muestras y líder de pruebas de Mars 2020 en JPL. “Hacemos eso porque preferimos ver que las cosas se desgasten o se rompan en la Tierra que en Marte. Así que pusimos en marcha el modelo de prueba de ingeniería para informar nuestro uso de su gemelo en Marte”.

Para ese fin, el equipo usa diferentes rocas para simular tipos de terreno. Los perforan desde varios ángulos para anticipar cualquier situación imaginable en la que pueda encontrarse el vehículo explorador en el que el equipo científico quiera recolectar una muestra.

“De vez en cuando, tengo que tomarme un minuto y contemplar lo que estamos haciendo”, dijo Palm. “Hace solo unos años estaba en la universidad. Ahora estoy trabajando en el sistema que será responsable de recolectar las primeras muestras de otro planeta para regresar a la Tierra. Eso es bastante impresionante”.

Acerca de la misión

Perseverance es un robot científico que pesa alrededor de 1.025 kilogramos. La misión de astrobiología del rover buscará signos de vida microbiana pasada. Caracterizará el clima y la geología del planeta, recolectará muestras para el futuro regreso a la Tierra y allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo. No importa qué día despegue Persevrance durante su periodo de lanzamiento del 17 de julio-agosto, aterrizará en el cráter Jezero de Marte el 18 de febrero de 2021.

Actualmente, la NASA y la Agencia Espacial Europea planean las dos misiones posteriores (de seguimiento) requeridas para devolver las muestras recolectadas de la misión a la Tierra.

La misión de Mars Perseverance Rover 2020 es parte de un programa más amplio que incluye misiones a la Luna como una forma de prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo. Encargado de regresar astronautas a la Luna para 2024, la NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para 2028 a través de los planes de exploración lunar Artemis de la agencia.