Los expertos en aeronáutica de la NASA ayudan a preparar a Ingenuity para volar en Marte.


Esta ilustración muestra a Ingenuity esperando el despegue en Marte. Los expertos en aviación de la NASA en vuelo atmosférico compartieron su experiencia con los diseñadores del helicóptero para ayudar a asegurar que la demostración de tecnología en el Planeta Rojo sea un éxito.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Los científicos e ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California trabajan con Ingenuity durante su desarrollo, un proceso de muchos años que fue ayudado por algunos de los expertos de la agencia en dinámica de rotores.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.
Vídeo del que se capturó esta imagen.

Así que, quieres intentar volar un helicóptero en Marte.

Trabajas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en California y has demostrado una y otra vez que cuando se trata de aterrizar y operar sondas robóticas y rovers en el distante Planeta Rojo, prácticamente sabes lo que estás haciendo.

Pero nunca es algo seguro cuando se trata de exploración planetaria.

Incluso con lo inteligente que eres diseñando y construyendo naves espaciales, te das cuenta de que puedes necesitar un poco de ayuda adicional de ingeniería para asegurarte de que tu helicóptero recién diseñado, vuele en una atmósfera alienígena de la manera que quieres.

Entonces, ¿a quién vas a llamar? A los innovadores aeronáuticos de la NASA, por supuesto.

“Cuando se trataba de determinar si esto funcionaría, el equipo del proyecto de JPL tuvo que aprender la dinámica del rotor, por lo que acudieron a nosotros en busca de ayuda”, dijo Wayne Johnson, investigador principal del grupo de aeromecánica de helicópteros en el Centro de Investigación Ames de la NASA en California.

Una nave de elevación vertical, que incluye helicópteros, es algo que los investigadores de la NASA han estudiado desde los primeros días de vuelo, comenzando con la organización predecesora de la NASA, el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica.

“Los problemas que tienes que resolver para volar un helicóptero no son tan diferentes si estás hablando de la Tierra o Marte”. Pudimos ayudarlos a comprender mejor su diseño y refinar sus métodos y las herramientas que usaron para probarlo”, dijo Johnson.

Cinco años más tarde, el helicóptero Ingenuity está firmemente sujeto al rover Mars Perseverance en espera de un intento de lanzamiento desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida no antes de las 7:50 am EDT del 30 de julio. La ventana de lanzamiento del cohete Atlas 5, hoy, se extiende hasta las 9:50 am EDT.

“Esto es muy emocionante para nosotros. Realmente lo es “, dijo Carlos Malpica, un ingeniero aeroespacial de Ames que es un experto en control y dinámica de vuelo de helicópteros para el proyecto Revolucionario de Tecnología de Elevación Vertical de la NASA.

“Cuando comenzamos a trabajar en el proyecto, comenzamos a hacerlo con mucha incertidumbre acerca de si sería posible hacerlo. Había desafíos técnicos importantes que superar “, dijo Malpica.

Entre ellos estaba asegurarse de que el vehículo pudiera despegar de manera controlada en una delgada atmósfera marciana que equivale a unos 30 kilómetros de altura en la Tierra, una altitud que ningún helicóptero terrestre ha alcanzado ni siquiera la mitad de esa distancia.

Otros tuvieron que ver con el diseño del vehículo para sobrevivir a las noches marcianas extremadamente frías donde las temperaturas caen a menos 54 grados Celsius, y operar en gran medida por sí solo ya que el control directo del piloto no es posible dada la distancia entre Marte y la Tierra.

“Pero a medida que avanzamos y comenzamos a darnos cuenta de que esto es realista, esto puede suceder y puede funcionar. Y cuando llegamos a ese punto, fue como wow, se siente como uno de esos momentos de los hermanos Wright en la historia de la aviación”, dijo Malpica.

De hecho, si todo va bien con la misión después de su selecto aterrizaje en Marte en febrero de 2021, el vuelo inaugural de demostración de tecnología de Ingenuity hará eco del logro de Wright Brothers en 1903 en la Tierra al realizar el primer vuelo propulsado de un avión en la atmósfera de otro planeta.

Las herramientas adecuadas

Wayne Johnson, quien en 2012 obtuvo el rango más alto de Fellow en el Centro de Investigación Ames de la NASA en California, es conocido mundialmente como un experto en tecnología de ala giratoria. Él estuvo entre los que brindaron ayuda para probar Ingenuity, el helicóptero de Marte de la NASA.
Créditos: NASA Ames / Eric James.
Vídeo sobre Johnson.

Las ideas serias para volar sobre la superficie oxidada de Marte son anteriores al comienzo oficial de la era espacial en 1958. La mayoría de los conceptos involucraban aviones de ala fija, incluidos planeadores con alas inflables.

Mucho más tarde, uno de esos prototipos voló sobre Oregon en 2001, mientras que otra idea fue investigada sobre el desierto de California en 2015. Fue por esta época que los ingenieros de JPL habían terminado su diseño de Ingenuity y llegaron a NASA Aeronautics en busca de ayuda.

Desde entonces, los investigadores aeronáuticos consultaron sobre una amplia gama de temas, pero finalmente el trabajo se dividió en dos grandes áreas: demostrar la capacidad de control y mejorar y verificar los modelos informáticos utilizados en las pruebas.

Larry Young, un ingeniero aeroespacial asignado a la rama de aeromecánica de la NASA en Ames, fue una pieza clave para ayudar al JPL a lidiar con ambos.

“No solo estaba descubriendo cómo operar Ingenuity, sino que era estable mientras flotaba o volaba hacia adelante, y además también podíamos descubrir cómo demostrar esa capacidad con las instalaciones de prueba y los códigos de simulación por ordenador que estábamos usando”, dijo Young.

La instalación de prueba principal disponible para Ingenuity era una cámara de vacío en JPL que podía simular las temperaturas y presiones reales en la superficie marciana, pero no estaba configurada para ser un túnel de viento.

Por ejemplo, el flujo de aire creado por los rotores giratorios recircularía a lo largo de las paredes y el techo de la cámara y luego volvería a los rotores y comprometería los datos de prueba, algo que se gestiona mejor en un túnel de viento.

“Muy pronto teníamos muchas preguntas sobre eso y cuán representativo era esto de las condiciones reales de operación del vuelo”, dijo Young.

Mediante una combinación de análisis por ordenador y su propia experiencia en pruebas y experimentos, Young pudo encontrar la mejor manera de configurar la cámara y hacer pruebas de integración de sistemas que demostraran que el helicóptero funcionaría según lo previsto.

“Tenemos mucha confianza en que hemos hecho el trabajo de la manera correcta. Hemos hecho nuestra debida diligencia “, dijo Malpica. “Por supuesto, esto es algo que nadie ha intentado nunca, por lo que siempre existe el riesgo de que algo salga mal”.

Si todo sale según lo planeado, después de ser desplegado suavemente desde Perseverance, Ingenuity hará al menos cinco saltos cortos sobre la superficie marciana, volando a una altura de aproximadamente 4,5 metros.

Los vuelos adicionales no están fuera de discusión: las naves espaciales de la NASA en Marte tienden a disfrutar de una larga vida, y los investigadores aeronáuticos están listos para continuar ayudando con consejos e ideas de ingeniería, aunque no tendrán un papel activo en los vuelos a medida que sucedan.

“Estaremos nerviosos y llenos de anticipación. Y algunos de nosotros esperamos estar en JPL para animar a Ingenuity, pero no somos parte del equipo de control de vuelo. Por ahora, solo esperamos un lanzamiento seguro, un crucero a Marte y un aterrizaje “, dijo Johnson.

Pero incluso si hay algún problema que impida el vuelo real del helicóptero en Marte, sea cual sea el motivo, Johnson y sus colegas sienten que ya pueden declarar el éxito.

“Cualquiera que sea el problema que pueda ocurrir en Marte, no cambiará el hecho de que ya hemos demostrado con las pruebas que hemos hecho que, sí, puedes volar un helicóptero en Marte”, dijo Johnson.

Una mirada al futuro

Ingenuity se inspecciona en el Centro Espacial Kennedy en Florida por última vez antes de que se conecte al rover Perseverance en preparación para el lanzamiento desde la cercana Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral el 30 de julio.
Créditos: NASA / Cory Huston.

Con un peso de menos de dos kilos, con un cuerpo principal del tamaño de una pelota de softball, no hay lugar para ningún experimento científico a bordo de Ingenuity. Llevar a cabo experimentos científicos nunca ha sido un objetivo para el helicóptero.

“Esto es solo una demostración de tecnología para comprobar que volar en Marte es posible, pero en el futuro nos gustaría diseñar y volar un helicóptero en Marte que realmente tenga una misión científica”, dijo Johnson.

Los expertos en aeronáutica y espacio de la NASA ya están pensando en cómo sería un futuro helicóptero de Marte y qué tipo de exploraciones podría realizar si se carga con instrumentos científicos.

Es un sueño que Johnson, cuya larga carrera trabajando en la NASA con helicópteros ha alcanzado el estado “legendario”, abraza de todo corazón.

“He estado en esto mucho tiempo. Es emocionante ver cómo este proyecto podría inspirar a nuevos ingenieros a interesarse en la aeronáutica. Muchos graduados que salen de la escuela, cuando piensan en la NASA, miran el lado espacial de las cosas”, dijo.

“Bueno, esto es una especie de cosa espacial, pero en realidad es un avión; y realmente entusiasma a los nuevos ingenieros solo por el hecho de que estamos hablando de volar sobre Marte”, dijo Johnson.

Algunos de esos futuros ingenieros aeroespaciales pueden estar entre los estudiantes que colaboraron con Ingenuity.

“En Ames confiamos mucho en los estudiantes becados, estudiantes de pregrado y posgrado, para ayudarnos a hacer que Ingenuity sea un éxito durante su ciclo de desarrollo de cinco años, y merecen nuestro agradecimiento”, dijo Young.

“Con suerte, serán ellos los que llevarán esto hacia el futuro”.