El nuevo Mars Rover de la NASA está listo para los láseres espaciales.

Visible tanto en la fotografía insertada en la parte superior izquierda como cerca del centro del rover Perseverance Mars de la NASA en esta ilustración, la cúpula del tamaño de la palma de la mano llamada Laser Retrreflector Array (LaRA). En un futuro lejano, los orbitadores de Marte equipados con láser podran utilizar un reflector de este tipo para estudios científicos.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Perseverance es una de las pocas naves espaciales de Marte que lleva retrorreflectores láser. Los dispositivos podrían proporcionar nuevos datos científicos y futuros aterrizajes en Marte más seguros.

Cuando los astronautas del Apolo aterrizaron en la Luna, llevaron consigo dispositivos llamados retrorreflectores, que son esencialmente pequeños conjuntos de espejos. El plan era que los científicos desde la Tierra les apuntaran con láseres y calcularan el tiempo que tardaban los rayos en regresar. Esto proporcionó mediciones excepcionalmente precisas de la órbita y la forma de la Luna, incluida la forma en que cambia ligeramente en función de la atracción gravitacional de la Tierra.

La investigación con estos retrorreflectores lunares de la era Apolo continúa hasta el día de hoy, y los científicos quieren realizar experimentos similares en Marte. El rover Perseverance de la NASA, programado para aterrizar en el Planeta Rojo el 18 de febrero de 2021, lleva el Laser Retrorreflector Array (LaRA) del tamaño de la palma de la mano. También hay uno pequeño a bordo del módulo de aterrizaje InSight de la agencia, llamado Laser Retroreflector for InSight (LaRRI). Y habrá un retrorreflector a bordo del rover ExoMars de la ESA (Agencia Espacial Europea) que se lanzará en 2022.

Si bien actualmente no hay ningún láser en los trabajos para este tipo de investigación de Marte, los dispositivos están orientados hacia el futuro: reflectores como estos podrían algún día permitir a los científicos que realicen lo que se llama investigación de alcance láser para medir la posición en superficie de un rover marciano, pruebe la teoría de la relatividad general de Einstein y ayude a que los futuros aterrizajes en el planeta rojo sean más precisos.

“Los retrorreflectores láser son marcadores de posición brillantes y puntuales”, dijo Simone Dell’Agnello, quien dirigió el desarrollo de los tres retrorreflectores en el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, que construyó los dispositivos en nombre de la Agencia Espacial Italiana. “Debido a que son simples y no requieren mantenimiento, pueden funcionar durante décadas”.

El retrorreflector láser para InSight (LaRRI) es la media cúpula de color cobre en la cubierta del módulo de aterrizaje InSight de la NASA. Esta imagen muestra la ubicación de LaRRI debajo del objetivo de calibración de InSight.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.
Una caja de espejos

Los dispositivos funcionan como un reflector de bicicleta, haciendo rebotar la luz en la dirección de su fuente. El LaRA de Perseverance, por ejemplo, es una cúpula de 5 centímetros de ancho con orificios de un poco más de 1 centímetro que contienen celdas de vidrio. En cada celda, tres caras reflejadas se colocan en ángulos de 90 grados entre sí para que la luz que ingresa a los orificios se dirija hacia afuera exactamente en la misma dirección de donde provino.

LaRA es mucho más pequeña que los retrorreflectores de la Luna. Los primeros, entregados por las misiones Apollo 11 y 14, tienen aproximadamente el tamaño de un monitor de ordenador típico y están integrados con 100 reflectores; los entregados por Apollo 15 son aún más grandes y están integrados con 300 reflectores. Eso es porque los láseres tienen que viajar hasta 770.000 kilómetros hasta la Luna y vuelta. En el viaje de regreso, los rayos son tan débiles que el ojo humano no los puede detectar.

Los rayos LaRA de Perseverance y LaRRI de InSight que fueron construidos para reflejar, en realidad tendrían un viaje mucho más corto, a pesar de que Marte está a unos 401 millones de kilómetros de distancia en su punto más lejano de la Tierra. En lugar de viajar de ida y vuelta desde la Tierra, lo que requeriría enormes retrorreflectores, los rayos láser solo necesitarían viajar de un lado a otro desde un futuro orbitador de Marte equipado con un láser apropiado.

El astronauta del Apolo 11 Buzz Aldrin lleva dos componentes del Paquete de Experimentos Científicos del Apolo Temprano (EASEP) en la superficie de la Luna. El Paquete de Experimentos Sísmicos Pasivos (PSEP) está en su mano izquierda; y en su mano derecha está el retrorreflector de alcance láser (LR3).
Créditos: NASA
.

Ciencia iluminadora

Tal orbitador podría determinar la posición precisa de un retrorreflector en la superficie marciana. Y dado que Perseverance será móvil, podría proporcionar múltiples puntos de referencia. Mientras tanto, la posición del orbitador también se rastrearía desde la Tierra. Esto permitiría a los científicos probar la teoría de la relatividad general de Einstein, como lo han hecho con los retrorreflectores en la Luna. La órbita de cada planeta está muy influenciada por la curva en el espacio-tiempo creada por la gran masa del Sol.

“Este tipo de ciencia es importante para comprender cómo la gravedad da forma a nuestro Sistema Solar, a todo el Universo y, en última instancia, a los roles de la materia oscura y la energía oscura”, señaló Dell’Agnello.

En el caso del módulo de aterrizaje InSight, que aterrizó el 26 de noviembre de 2018, la ciencia de alcance láser también podría ayudar a la misión principal de la nave espacial estudiar el interior profundo de Marte. InSight se basa en un instrumento de radio para detectar diferencias sutiles en la rotación del planeta. Al aprender del instrumento cómo el planeta se tambalea con el tiempo, los científicos finalmente pueden determinar si el núcleo de Marte es líquido o sólido.

Y si el equipo científico pudiera usar el retrorreflector del módulo de aterrizaje, podrían obtener datos de posicionamiento aún más precisos que los que proporciona la radio de InSight. LaRRI también podría detectar cómo el terreno en el que se asienta InSight cambia con el tiempo y en qué dirección, revelando cómo la corteza marciana se expande o contrae.

Una vista de cerca, tomada el 5 de febrero de 1971, del Retro-Reflector de Alcance Láser (LR3), que los astronautas del Apolo 14 desplegaron en la Luna durante su actividad extravehicular en la superficie lunar.
Créditos: NASA.
Mejores aterrizajes en Marte

Los aterrizajes en Marte son difíciles. Para ayudar a que Perseverance llegue a la superficie de manera segura, la misión se basará en la Navegación Relativa al Terreno, una nueva tecnología que compara las imágenes tomadas durante el descenso con un mapa a bordo. Si la nave espacial se ve a sí misma acercándose demasiado al peligro (como un acantilado o dunas de arena), puede desviarse.

Pero en un evento de misión tan crítica, nunca puede tener demasiadas copias de seguridad. Las misiones futuras que se dirijan hacia la superficie del Planeta Rojo podrán usar la serie de puntos de referencia de los retrorreflectores láser como un control del rendimiento de sus sistemas de navegación relativa al terreno, y tal vez incluso aumentar su precisión hasta unos pocos centímetros. Cuando la diferencia entre aterrizar con éxito cerca de una formación geológica atractiva o deslizarse por la pendiente empinada de la pared de un cráter se puede medir en metros, los retrorreflectores pueden ser críticos.

“El alcance láser podría abrir nuevos tipos de exploración de Marte”, dijo Dell’Agnello.

Más sobre la misión

Un objetivo clave de la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover también caracterizará el clima y la geología del planeta, allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo y será la primera misión planetaria en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos (roca y polvo rotos). Las misiones posteriores, que actualmente está siendo considerada por la NASA en cooperación con la Agencia Espacial Europea, enviarán naves espaciales a Marte para recolectar estas muestras almacenadas en la superficie y devolverlas a la Tierra para un análisis en profundidad.

Gestionado para la NASA por JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, el rover Perseverance Mars 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. Encargada de devolver 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 NASA.