Un viaje de ida y vuelta a Marte: los tubos de muestra del Perseverance Rover de la NASA.

Esta animación muestra los datos recopilados en un tubo de muestra de Mars 2020 utilizando un escáner de tomografía computarizada (TC). Los ingenieros que trabajaban en los tubos de muestra utilizaron las imágenes en 3D para comprender mejor la estructura interna de los tubos. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech.

Maravillas de la ingeniería, los tubos de muestra del rover deben ser lo suficientemente resistentes como para llevar con seguridad muestras del Planeta Rojo en el largo viaje de regreso a la Tierra, en perfectas condiciones.

Los tubos transportados en el vientre del rover Perseverance Mars 2020 de la NASA están destinados a transportar las primeras muestras de la historia de otro planeta a la Tierra. Los futuros científicos utilizarán estos representantes cuidadosamente seleccionados de la roca y regolito marcianos (roca y polvo rotos) para buscar evidencia de potencial vida microbiana en el pasado antiguo de Marte y para responder otras preguntas clave sobre Marte y su historia. Perseverance aterrizará en el cráter Jezero de Marte el 18 de febrero de 2021.

Aproximadamente del tamaño y la forma de un tubo de ensayo de laboratorio estándar, los 43 tubos de muestra que se dirigen a Marte deben ser lo suficientemente ligeros y resistentes para sobrevivir a las demandas del viaje de ida y vuelta, y tan limpios que los futuros científicos estén seguros de que lo que están analizando es 100% Marte.

“Comparada con Marte, la Tierra está llena de muestras de la vida que cubre nuestro planeta”, dijo Ken Farley, científico del proyecto Mars 2020 en Caltech en Pasadena. “Necesitábamos eliminar esos letreros tan a fondo que cualquier escasa evidencia restante pueda detectarse y diferenciarse con confianza cuando se devuelvan estas primeras muestras”.

La práctica de diseñar contenedores para transportar muestras de otros mundos se remonta al Apolo 11, cuando Neil Armstrong, Michael Collins y Buzz Aldrin regresaron a la Tierra con 21,8 kilogramos de muestras del Mar de la Tranquilidad de la Luna en 1969, en dos cajas de aluminio del tamaño de un maletín con triple sellado. Pero las cajas de rocas de Apolo necesitaban mantener su carga prístina solo durante unos 10 días, desde la superficie lunar hasta el amerizaje, antes de ser transportadas al Laboratorio de Recepción Lunar. Los tubos de muestra de Perseverance deben aislar y preservar el valor científico de su contenido durante más de 10 años.

Hicieron algunas de las cosas más limpias de la Tierra para contener muestras del Planeta Rojo. Este video explora los tubos de muestra de la misión del rover Perseverance Mars 2020 de la NASA. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech.
Regreso de muestras de Marte

Mientras el rover más nuevo de la NASA investiga el cráter Jezero, los científicos de la misión determinarán cuándo y dónde perforará en busca de muestras. Esta preciosa carga marciana se empaquetará en esos tubos con el mecanismo más intrincado y tecnológicamente avanzado jamás enviado al espacio: el Sample Caching System. Después de que las muestras hayan sido depositadas en la superficie marciana, otras dos misiones que está formulando la NASA en asociación con la ESA (la Agencia Espacial Europea) completarán el relevo para llevarlas de regreso a la Tierra.

La segunda misión de esta campaña de devolución de muestras enviará un rover de “búsqueda” para recuperar los tubos herméticamente sellados y entregarlos en un contenedor de devolución de muestras especial dentro del vehículo de ascenso a Marte. El rover Mars 2020 Perseverance también podría enviar tubos con muestras a las proximidades del Mars Ascent Vehicle si se mantiene saludable hasta bien entrada la misión. El Mars Ascent Vehicle pondrá los tubos en órbita.

La misión final volará un orbitador a Marte para encontrarse con las muestras encapsuladas, capturarlas en una cápsula de contención altamente segura y transportarlas de regreso a la Tierra (ya en 2031).

Contenedores robustos

Hecho principalmente de titanio, cada tubo de muestra pesa menos de 57 gramos. Un revestimiento exterior blanco protege contra el calentamiento del sol, lo que podría cambiar la composición química de las muestras después de que Perseverance deposite los tubos en la superficie de Marte. Los números de serie grabados con láser en el exterior, ayudarán al equipo a identificar los tubos y su contenido.

Cada tubo debe ajustarse a las estrictas tolerancias no solo del Sistema de almacenamiento de muestras de Perseverance, sino también de las misiones futuras.

“Tienen menos de 15,2 centímetros de largo, pero todavía encontramos más de 60 dimensiones diferentes para examinar”, dijo Pavlina Karafillis, ingeniera de Sample Tube Cognizant de JPL. “Debido a las complejidades de todos los complejos mecanismos por los que pasarán durante la campaña de retorno de muestras de Marte, si alguna medición estaba fuera del grosor de un cabello humano, el tubo no se consideraba adecuado para volar”.

100% puro Jezero

La ingeniería de precisión es solo una parte del desafío. Los tubos también son producto de estándares de limpieza extremos. Todas las misiones planetarias de la NASA involucran procesos rigurosos para prevenir la introducción de material orgánico, inorgánico y biológico terrestre. Pero dado que estos tubos podrían contener pruebas de que alguna vez existió vida en otra parte del universo, el equipo de Mars 2020 necesitaba reducir, incluso más, la posibilidad de que pudieran albergar componentes terrestres que podrían complicar el proceso científico. El mandato era esencialmente que no debería haber nada en un tubo hasta que el Sistema de almacenamiento de muestras comience a llenarlo con 147 centímetros cúbicos del cráter Jezero (aproximadamente del tamaño de un trozo de tiza).

“Y cuando dijeron ‘nada’, lo decían en serio”, dijo Ian Clark, ingeniero de sistemas de proyectos asistente de la misión para la limpieza de tubos de muestra en JPL. “Un ejemplo: para lograr el tipo de ciencia que persigue la misión, necesitábamos limitar la cantidad total de compuestos orgánicos terrestres en una muestra determinada a menos de 150 nanogramos. Para un conjunto de compuestos orgánicos particulares, los que son muy indicativo de vida – estábamos limitados a menos de 15 nanogramos en una muestra “.

Un nanogramo es una mil millonésima parte de un gramo. Una huella digital promedio lleva alrededor de 45.000 nanogramos de materia orgánica, aproximadamente 300 veces el total permitido en un tubo de muestra. Para cumplir con especificaciones de misión tan estrictas, el equipo tuvo que reescribir el libro sobre limpieza.

“Hicimos todo nuestro montaje en un entorno de sala hiperlimpia, que es esencialmente una sala limpia dentro de una sala limpia”, dijo Clark. “Entre los pasos de montaje, los tubos de muestra se limpiarían con chorros de aire filtrado, se enjuagarían con agua desionizada y se limpiarían sónicamente con acetona, alcohol isopropílico y otros agentes de limpieza exóticos”.

Después de cada limpieza, el equipo mediría los contaminantes y hornearía los tubos por si acaso. Para cuando se seleccionaron los 43 tubos de muestra de un campo de 93 fabricados para vuelo, cada uno había generado más de 250 páginas de documentación y 3 gigabytes de imágenes y videos.

De los tubos a bordo del Perseverance, hasta 38 están destinados a ser llenados con roca marciana y regolito. Los otros cinco son “tubos testigo” que se han cargado con materiales diseñados para capturar contaminantes moleculares y particulados. Se abrirán en Marte para presenciar el entorno ambiental principalmente cerca de los sitios de recolección de muestras, catalogando cualquier impureza terrestre o contaminante de la nave espacial que pueda estar presente durante la recolección de muestras.

El regreso de los tubos de muestra y testigos a la Tierra y su examen en la Tierra, permitirá que toda la gama de capacidades de laboratorio de ciencia terrestre investigue las muestras, utilizando instrumentos demasiado grandes y complejos para poder haber sido enviados a Marte.

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 caracterizará la geología del planeta y el clima pasado, allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo y será la primera misión en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos (rocas y polvo rotos).

Las misiones subsiguientes, actualmente bajo consideración por la NASA en cooperación con la ESA (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.

La misión 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.