El aterrizaje de InSight en Marte, paso a paso

Parece que fue ayer cuando se escuchó aquel “Lift Off” que ponía a la misión InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) rumbo a Marte. Fue el pasado 5 de mayo a las 13:05 (todas las horas en horario peninsular español). ¿Recuerdan el despegue? En este post les hablé de él. Sin duda una maniobra compleja que tuve el placer de contarles también en una conferencia en Toledo con motivo del #PintOfScience, con Ciencia a la Carta al frente de la organización (aquí podrán ver el vídeo de esa conferencia). Y si el despegue les pareció complejo, prepárense porque el aterrizaje lo será aún más y tendrá lugar a las 20:54 del 26 de noviembre en la zona de Elysium Planitia.

Pero antes de entrar en materia, un brevísimo resumen del viaje de InSight: el mismo día del despegue y tras iniciar la órbita de transferencia hacia Marte, dio comienzo la fase de crucero, la más duradera de todo el trayecto. Ésta finalizó el pasado 27 de septiembre y dio paso a la de aproximación. La sonda InSight viajará en esta fase hasta las 20:40 del 26 de noviembre, esto es, 14 minutos antes del aterrizaje. Ahí comenzará la fase EDL (Entry, Descent & Landing), es decir, entrada, descenso y aterrizaje tras un viaje de 480 millones de Km.

En las últimas horas de la fase de aproximación, los ingenieros del JPL enviarán los comandos a ejecutar durante la maniobra EDL. Y aunque los procesos están ya definidos, hay que ajustarlos al máximo teniendo en cuenta el estado atmosférico de Marte en esos momentos sobre la zona de aterrizaje. Esos pequeños ajustes se realizan para no dejar nada al azar. Marcarán la diferencia entre el éxito y el fracaso. Tengan en cuenta que científicos e ingenieros llevan preparando esto desde hace años y no se la pueden jugar debido a una mala interpretación de la atmósfera.

elipse aterrizaje insight

Elipse de aterrizaje de InSight en Elysium Planitia dibujada sobre una imagen captada por la sonda Mars Odyssey || Créditos: NASA/JPL-Caltech/ASU (Ampliar imagen).

Y ahora quiero que vean lo que sucederá en los 14 minutos que durará la fase EDL. Sin embargo, si lo que quieren es un pequeño esquema del aterrizaje, vayan directamente al final del texto. Allí lo tendrán junto a un vídeo de la simulación del aterrizaje. Pero si lo que quieren es conocer los detalles, sigan aquí y agárrense…

La fase EDL (Entrada, Descenso y Aterrizaje)

La maniobra EDL de InSight es una secuencia de maniobras independientes y quiero desglosarles cada una de las partes. Todo ocurrirá de la siguiente manera:

Desprendimiento de la etapa crucero (T – 840 segundos)

La fase EDL comienza cuando faltan 14 minutos para el aterrizaje. Se inicia cuando la cápsula que alberga a InSight se separa de la etapa crucero. Un minuto después de la separación, la cápsula queda reorientada para entrar en la atmósfera marciana con la inclinación correcta. Viajará así durante 6 minutos, es decir, hasta que falten 7 minutos para su aterrizaje.

Entrada atmosférica (T – 420 segundos)

A 128 Km de altura sobre la superficie marciana la cápsula hace la entrada atmosférica. Comienzan los “siete minutos de terror”. La velocidad es meteórica: 19.800 Km/h, esto es, 5,5 Km cada segundo. El escudo térmico o “aeroshell” se encargará de proteger el interior de la cápsula del calor generado, que será mucho debido al roce con la atmósfera. Para que se hagan una idea, el aeroshell se volverá incandescente ya que alcanzará temperaturas de unos 1.500º C. Con la entrada atmosférica se produce el primer frenado de la cápsula y ésta reduce notablemente su velocidad. En pleno proceso de frenado entramos en la siguiente fase de la maniobra.

El paracaídas de InSight (T – 180 segundos)

La sonda ha pasado de 19.800 Km/h a 1.500 Km/h. En lo referente a la altura, ha pasado de 128 Km a 12 Km. Con esa velocidad llega el momento de activar las cargas explosivas que liberan la tapa del paracaídas para que éste se desprenda. Quedan 3 minutos para el aterrizaje.

Desprendimiento del aeroshell (T – 165 segundos)

Cuando han pasado 15 segundos de la apertura del paracaídas, la velocidad pasar a ser de unos 475 Km/h y el calentamiento por fricción ya es insignificante. Por lo tanto, la cápsula se desprende del aeroshell. Quedan algo menos de 3 minutos para el aterrizaje y la cápsula se encuentra a 10.300 metros de la superficie de Marte.

Apertura de las patas de apoyo (T – 155 segundos)

El paracaídas sigue haciendo su trabajo de frenado. Quedan 2 m 35 s para el aterrizaje y la velocidad es de unos 400 Km/h. La cápsula se encuentra a unos 5.500 metros de altura y en ese momento las patas de apoyo del lander se despliegan. Poco después entra en funcionamiento el radar de la parte inferior del lander, que le proporciona a InSight en todo momento la altura a la que se encuentra sobre la superficie marciana.

aterrizaje de InSight en Marte

Simulación de una de las fases de la maniobra EDL || Créditos: NASA/JPL-Caltech (Ampliar imagen).

Caída libre (T – 40 segundos)

Llega el momento más crítico de la maniobra EDL. Tan solo faltan 40 segundos para tocar suelo, la altura es de unos 1.100 metros y la velocidad de descenso es de unos 300 Km/h. Agárrense porque… ¡la sonda entra en caída libre! Pero tranquilos… Un conjunto de 12 retrocohetes se activará justo después de la separación.

Estabilización aérea (T – 15 segundos)

El conjunto de retrocohetes varía la potencia en función de la altura que indiquen los datos del radar. De esta forma, cuando quedan 15 segundos para el aterrizaje la sonda desciende a una velocidad constante de 27 Km/h. Quedan 50 metros para tocar suelo marciano.

Touch Down: el aterrizaje en Marte ( T – 0 segundos)

El descenso se realiza a una velocidad que pasará de 27 Km/h a 8 Km/h. El sistema de amortiguación de las patas del lander hará que este “Touch Down” sea seguro y los instrumentos que la sonda lleva a bordo no sufran ningún daño. Y… ¡Ya estamos en Marte! A partir de ahí a InSight le esperan 2 años terrestres de investigaciones marcianas. Aquí podrás conocer los objetivos de la misión.

“Aquí InSight, estoy a 146 millones de Km”

Durante la maniobra EDL el planeta Marte se encontrará a 146 millones de Km de la Tierra. ¿Saben eso qué significa? Ya les adelanto que le añade un punto más de complejidad a la maniobra por un pequeño detalle: la velocidad de la luz. Vean:

Las comunicaciones que nos envía InSight y que le enviamos nosotros a ella son ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz, esto es, 300.000 Km/s. Imaginen que ocurre un contratiempo justo al inicio de la maniobra EDL. Si InSight nos enviase un aviso tardaría en llegar 8 minutos y 6 segundos, que es el tiempo la señal tarda en cubrir esos 146 millones de Km. Supongamos que el contratiempo es sencillo de resolver y que en 10 segundos estamos en disposición de enviarle instrucciones a la sonda. Lo enviamos. Otros 8 minutos y 6 segundos de viaje.

Sumemos… 8 minutos y 6 segundos de ida y otros tantos de vuelta hacen un total de 16 minutos y 12 segundos, más los 10 segundos empleados en solucionar el problema suman 16 minutos y 22 segundos. Y la maniobra EDL dura 14 minutos. Esto quiere decir que si ocurriese un contratiempo nada más iniciar la maniobra, cuando recibiese respuesta ya llevaría estrellada como mínimo 2 minutos en el suelo marciano.

Tierra Marte

Imagen a escala de la Tierra y Marte || Créditos: NASA/JPL-Caltech (Ampliar imagen).

Entonces, la velocidad de la luz es el motivo por el que la maniobra EDL se hace de manera autónoma, sin intervención humana. Eso sí, el sistema es capaz de autocorregirse ante problemas menores. Pero la NASA no tendrá nada que hacer una vez se inicie la maniobra EDL. Será un mero espectador a la espera de recibir las señales que indiquen el estado de la sonda.

La EDL vista por la NASA

Imaginen que están en Control de Misión dentro de las instalaciones de JPL. Cuando InSight emita el “pitido” que indique que ha llegado correctamente la sala estallará en una mezcla gritos, alegría e incluso lágrimas por haberlo conseguido. Eso ocurrirá a las 20:54. Sin embargo, ¿que hará la NASA entre las 20:40 que comienza la EDL y las 20:54? ¿Cómo seguirá la NASA la maniobra EDL a pesar de que, como les dije, no puede intervenir?

Radiotelescopios

A medida que InSight descienda a través de la atmósfera de Marte, la sonda emitirá unas señales de radio en forma de tonos que serán recibidas por dos radiotelescopios en la Tierra. Habrá varios equipos de ingenieros en el Green Bank Observatory en Virginia Occidental (Estados Unidos) y en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Effelsberg (Alemania). En base al efecto Doppler detectado en los tonos, los ingenieros sabrán la velocidad de la sonda y, por lo tanto, cómo progresa la maniobra.

Mars Cube One (MarCO)

Recordarán que junto a InSight se lanzaron dos demostradores tecnológicos, MarCO-A y MarCO-B, apodados Eve y Wall-E. La misión de estos dos CubeSats del tamaño de un maletín es transmitir a la Tierra la maniobra EDL a medida que se desarrolla. De este modo la NASA quiere saber si estamos en disposición de retransmitir maniobras de este tipo ya que resulta más económico que enviar previamente un orbitador que nos repita la información de una maniobra de aterrizaje.

MRO (Mars Reconnaissance Orbiter)

Este orbitador recopilará los datos que registre durante la EDL hasta que pierda “contacto visual” por ocultarse tras el horizonte. Cuando la sonda reaparezca enviará toda la información a la Tierra para que los ingenieros la estudien. Sobre las 0:00 de la noche ya se podrá reconstruir la grabación del aterrizaje que proporcionó la MRO.

Mars Odyssey

La nave espacial más longeva de la NASA en Marte transmitirá todo el descenso además de un par de imágenes. También comunicará la confirmación de que los paneles solares de InSight, que son vitales para la supervivencia de la nave, están completamente desplegados. Los ingenieros recibirán ese dato sobre las 2:30 de la madrugada.

InSight

Tras el aterrizaje, InSight gritará dos veces: “¡Conseguido!”. La primera vez lo hará a las 20:54 a través de una baliza que los radiotelescopios tratarán de detectar. La segunda, siete minutos después, lo hará enviando un “pitido” desde su antena de banda X más potente y que solo se producirá si la nave está en perfecto estado. Cuando la Red de Espacio Profundo de la NASA detecte este pitido, será la señal inequívoca de que InSight está preparada para empezar a trabajar.

InSight

Representación artística de InSight una vez posada en Elysium Planitia || Créditos: NASA/JPL-Caltech (Ampliar imagen).

¿Cómo seguir el aterrizaje?

Desde las 20:00h hasta las 21:30h la NASA emitirá en directo toda la maniobra EDL y se podrá seguir desde todos estos canales de retransmisión.

¡Y ya no me queda nada más que decirles! Agradecerles si han llegado hasta aquí y desearles que disfruten del aterrizaje. ¡Suerte InSight!

Anexo: Para tener a mano – resumen de la EDL

  • 20:40 – Separación de la etapa de crucero.
  • 20:41 – Reorientación para la entrada en la atmósfera.
  • 20:47 – Entrada atmosférica a unos 19.800 Km/h.
  • 20:49 – Calentamiento máximo del aeroshell, aproximadamente a unos 1.500º C (15 segundos más tarde se producirá la desaceleración máxima con posibles interrupciones en la comunicación por radio).
  • 20:51 – Despliegue de paracaídas (15 segundos después se separará el aeroshell y 10 segundos más tarde se desplegarán las patas del módulo de aterrizaje).
  • 20:52 – Activación del radar.
  • 20:53 – Primera adquisición de la señal de radar (20 segundos después se separará la sonda de la cápsula y 0,5 segundos más tarde los retrocohetes entrarán en funcionamiento; pasados 2,5 segundos se producirá el “giro por gravedad” para orientar la sonda correctamente para el aterrizaje; por último, 22 segundos después la velocidad de descenso pasará de 27 Km/h a 8 Km/h para su aterrizaje).
  • 20:54 – Aterrizaje.
  • 21:01 – “Beep” de la radio en Banda X directamente a la Tierra.
  • 21:04 (Como muy pronto) – Primera imagen de InSight.
  • 02:35 (Como muy pronto) – Confirmación por parte de Mars Odyssey de que los paneles solares se han abierto.

(Vídeo de la maniobra EDL)

Referencias

  • Cook, J.R. & Agle, D.C. (2018). “NASA InSight Team on Course for Mars Touchdown”. NASA News (Ver).
  • Cook, J.R. & Agle, D.C. (2018). “NASA InSight Landing on Mars: Milestones”. NASA News (Ver).
  • Good, A. (2018). “How NASA Will Know When InSight Touches Down”. NASA News (Ver).

8 Comentarios

  1. Jesús Diego dice:

    Gracias Antonio, fabuloso post. Me lo enviaron antes del aterrizaje y me pareció estupendo. No se puede comunicar mejor la complejidad de todo el proceso y lo dificil que es que no falle nada… y por lo tanto la gozada inmensa cuando todo sale bien. Comparto el enlace; también imprimido en pdf con los créditos correspondientes y link al blog.

    1. Muchas gracias Jesús Diego, me alegro que te haya servido el texto! Se agradecen mucho ese tipo de comentarios… Saludos!!

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