Al igual que la capacidad de deformación de un automóvil, el módulo de aterrizaje experimental SHIELD está diseñado para absorber un fuerte impacto.
La NASA ha aterrizado exitosamente nueve veces vehículos espaciales en Marte, utilizando paracaídas de última generación, bolsas de aire masivas y equipos propulsores que posaron las naves espaciales de manera segura en la superficie. Ahora los ingenieros están probando si la forma más fácil de llegar a la superficie marciana es estrellarse directamente.
Durante el descenso, en lugar de frenar la alta velocidad con la que llega una nave espacial, un nuevo diseño experimental de módulo de aterrizaje llamado SHIELD (Simplified High Impact Energy Landing Device), usaría una base plegable similar a un acordeón que se deformaría y absorbería la energía del gran impacto contra la superficie.
El nuevo diseño podría reducir drásticamente el coste de aterrizar en Marte al simplificar el complicado proceso de entrada, descenso y aterrizaje y abriría la posibilidad de realizar un aterrizaje en múltiples ubicaciones del planeta.
Créditos: NASA/JPL-Caltech.
“Creemos que podríamos ir a áreas más complejas, donde no querríamos arriesgarnos a colocar un rover de mil millones de dólares con nuestros sistemas de aterrizaje actuales”, dijo Lou Giersch, gerente de proyecto de SHIELD, del Jet Propulsion Laboratory de la NASA (California). “Tal vez incluso podríamos aterrizar varios de estos en diferentes lugares de difícil acceso para construir una red”.
Gran parte del diseño de SHIELD se basa en el trabajo realizado para el proyecto Mars Sample Return de la NASA. El primer paso de este proyecto está en marcha con el rover Perseverance recopilando muestras de rocas en tubos metálicos herméticos; el siguiente paso implica a una futura nave espacial que traiga esas muestras a la Tierra en una pequeña cápsula y aterrice, de manera segura, en una zona desierta.
“Estudiar diseños para llevar a cabo ese proceso hizo preguntarse a los ingenieros si la idea era reversible”, dijo Velibor Ćormarković, miembro del equipo SHIELD en el JPL.
Créditos: NASA/JPL-Caltech.
“Si podemos hacer un aterrizaje forzoso en Marte, sabemos que SHIELD podría funcionar en planetas o lunas con atmósferas más densas” dijo.
Para probar la teoría, los ingenieros necesitaban demostrar que SHIELD puede proteger los componentes electrónicos sensibles durante el drástico aterrizaje. El equipo usó una torre de caída en el JPL para probar cómo los tubos de muestra de Perseverance resistirían un aterrizaje forzoso en la Tierra. Con una altura de 27 metros, cuenta con una honda gigante, llamada sistema de lanzamiento de proa, que puede lanzar un objeto a las mismas velocidades alcanzadas durante un aterrizaje en Marte.
Ćormarković trabajó anteriormente para la industria automotriz, probando choques de coches que llevaban maniquíes. En algunas de esas pruebas, los automóviles se mueven en carriles que son acelerados a altas velocidades y chocan contra una pared o barrera deformable.
“Las pruebas que hemos hecho para SHIELD son como una versión vertical de las pruebas de automoción”, dijo Ćormarković. “Pero en lugar de una pared, la brusca parada se debe a un impacto contra el suelo”.
Créditos: NASA/JPL-Caltech.
Éxito aplastante
El 12 de agosto, el equipo se reunió en la torre de lanzamiento con un prototipo de SHIELD: una pirámide invertida de anillos de metal que absorben el impacto. Colgaron el atenuador en un gancho e insertaron un teléfono móvil, una radio y un acelerómetro para simular la electrónica que llevaría una nave espacial.
Sudando en el calor del verano, vieron a SHIELD ascender lentamente hasta la cima de la torre.
“Escuchar la cuenta atrás me puso la piel de gallina”, dijo Nathan Barba, otro miembro del proyecto SHIELD en el JPL. “Todo el equipo estaba emocionado de ver si los objetos dentro del prototipo sobrevivirían al impacto”.
En solo dos segundos, la espera terminó: el lanzador golpeó a SHIELD contra el suelo a aproximadamente 177 kilómetros por hora. Esa es la velocidad que alcanza un módulo de aterrizaje en Marte cuando se encuentra cerca de la superficie después de ser frenado por la resistencia atmosférica, teniendo en cuenta que su velocidad inicial al entrar en la atmósfera marciana es de 23.335 kilómetros por hora.
Las pruebas anteriores de SHIELD utilizaron una “zona de aterrizaje” de tierra, pero para esta prueba, el equipo colocó una placa de acero en el suelo, de 5 centímetros de espesor, para crear un aterrizaje más duro que el que experimentaría una nave espacial en Marte. El acelerómetro a bordo reveló que SHIELD impactó con una fuerza de aproximadamente 1 millón de newtons, comparable a 112 toneladas chocando contra él.
Las imágenes de la cámara de alta velocidad de la prueba muestran que SHIELD impactó en un ligero ángulo, luego rebotó alrededor de 1 metro en el aire antes de volcarse. El equipo sospecha que la placa de acero provocó el rebote, ya que no se produjo ningún rebote en las pruebas anteriores.
Al abrir el prototipo y recuperar la simulación de carga útil electrónica, el equipo encontró que los dispositivos a bordo, incluso el teléfono inteligente, sobrevivieron.
“El único hardware que se dañó fueron algunos componentes de plástico que no nos preocupaban”, dijo Giersch. “¡En general, esta prueba fue un éxito!”
¿El siguiente paso? Diseñar el resto de un módulo de aterrizaje en 2023 y ver hasta dónde puede llegar su diseño.
Edición: R. Castro.