Espíritu (vehículo todoterreno)

Spirit , también conocido como MER-A ( Mars Exploration Rover – A ) o MER-2 , es un rover robótico de Marte , activo desde 2004 hasta 2010. ^{[ 4 ]} Spirit estuvo operativo en Marte durante 2208 soles o 3,3 años marcianos ( 2269 días ; 6 años, 77 días   ). Fue uno de los dos rovers de la Misión de Exploración de Rovers de Marte de la NASA gestionada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL). Spirit aterrizó con éxito dentro del cráter de impacto Gusev en Marte a las 04:35 UTC terrestres del 4 de enero de 2004, tres semanas antes que su gemelo, Opportunity (MER-B), que aterrizó en el otro lado del planeta. Su nombre fue elegido a través de un concurso de ensayos estudiantiles patrocinado por la NASA . El rover se atascó en una "trampa de arena" a finales de 2009 en un ángulo que dificultó la recarga de sus baterías; Su última comunicación con la Tierra tuvo lugar el 22 de marzo de 2010.

El rover completó su misión prevista de 90 soles (un poco menos de 92,5 días terrestres). Gracias a las limpiezas que generaron más energía en sus paneles solares, Spirit funcionó eficazmente durante más de veinte veces más tiempo del previsto por la NASA. Spirit también recorrió 7,73 km (4,8 millas) en lugar de los 600 m (0,4 millas) previstos , ^{[ 6 ]} lo que permitió un análisis geológico más exhaustivo de las rocas marcianas y las características de la superficie planetaria. Los resultados científicos iniciales de la primera fase de la misión (la misión principal de 90 soles) se publicaron en un número especial de la revista Science . ^{[ 7 ]}    

El 1 de mayo de 2009 (5 años, 3 meses y 27 días terrestres después del aterrizaje; 21 veces la duración prevista de la misión), Spirit quedó atascado en arena blanda. ^{[ 8 ]} Este no fue el primero de los "eventos de incrustación" de la misión y durante los siguientes ocho meses la NASA analizó cuidadosamente la situación, realizando simulaciones teóricas y prácticas basadas en la Tierra y, finalmente, programando el rover para realizar maniobras de extracción en un intento de liberarse. Estos esfuerzos continuaron hasta el 26 de enero de 2010, cuando los funcionarios de la NASA anunciaron que el rover probablemente estaba obstruido irremediablemente por su ubicación en arena blanda, ^{[ 9 ]} aunque continuó realizando investigaciones científicas desde su ubicación actual. ^{[ 10 ]}

El rover continuó en un rol de plataforma científica estacionaria hasta que la comunicación con Spirit se interrumpió el 22 de marzo de 2010 (sol 2208 ). ^{[ 11 ] [ 12 ]} El JPL continuó intentando restablecer el contacto hasta el 24 de mayo de 2011, cuando la NASA anunció que los esfuerzos para comunicarse con el rover que no respondía habían terminado, declarando la misión completada. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} Una despedida formal tuvo lugar en la sede de la NASA poco después.

Los objetivos científicos de la misión del rover de exploración de Marte fueron: ^{[ 17 ]}

• Buscar y caracterizar diversos tipos de rocas y suelos que contengan indicios de actividad hídrica pasada . En particular, se buscan muestras con minerales depositados por procesos relacionados con el agua, como precipitación , evaporación , cementación sedimentaria o actividad hidrotermal .
• Determinar la distribución y composición de los minerales, rocas y suelos que rodean los lugares de aterrizaje.
• Determinar qué procesos geológicos han modelado el terreno local e influido en su composición química. Dichos procesos podrían incluir la erosión hídrica o eólica, la sedimentación, los mecanismos hidrotermales, el vulcanismo y la formación de cráteres.
• Realizar la calibración y validación de las observaciones de la superficie marciana realizadas por los instrumentos del Orbitador de Reconocimiento de Marte (MRO). Esto ayudará a determinar la precisión y la eficacia de los diversos instrumentos que estudian la geología marciana desde la órbita.
• Buscar minerales que contengan hierro, e identificar y cuantificar las cantidades relativas de tipos específicos de minerales que contengan agua o que se hayan formado en agua, como los carbonatos que contienen hierro.
• Caracterizar la mineralogía y las texturas de las rocas y los suelos para determinar los procesos que los crearon.
• Buscar indicios geológicos sobre las condiciones ambientales que existían cuando había agua líquida.
• Evaluar si esos entornos eran propicios para la vida.

Los rovers Opportunity y Spirit formaron parte del programa Mars Exploration Rover dentro del programa a largo plazo Mars Exploration Program . Los cuatro objetivos principales del Mars Exploration Program eran determinar si existe potencial para la vida en Marte (en particular, si se puede encontrar agua recuperable en Marte), caracterizar el clima y la geología de Marte, y luego prepararse para una posible misión humana a Marte. Los Mars Exploration Rovers debían viajar por la superficie marciana y realizar análisis geológicos periódicos para determinar si alguna vez existió agua en Marte, así como los tipos de minerales disponibles, y corroborar los datos tomados por el Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). ^{[ 18 ]} Ambos rovers fueron diseñados con una vida útil prevista de 90 soles (92 días terrestres), pero cada uno duró mucho más de lo esperado. La misión de Spirit duró 20 veces más de lo previsto, y se declaró finalizada el 25 de mayo de 2011, tras quedar atascada en arena blanda y agotar sus reservas de energía intentando liberarse. Opportunity duró 55 veces más de los 90 soles previstos, operando durante 5498 días desde el aterrizaje hasta el final de la misión. Un archivo con actualizaciones semanales sobre el estado del rover se puede consultar en el Archivo de Actualizaciones de Opportunity . ^{[ 19 ]}

Lanzamiento y aterrizaje

Las sondas MER-A ( Spirit ) y MER-B ( Opportunity ) fueron lanzadas el 10 de junio de 2003 y el 7 de julio de 2003, respectivamente. Si bien ambas sondas fueron lanzadas en cohetes Boeing Delta II 7925-9.5 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17 de Cabo Cañaveral (CCAFS SLC-17), la MER-B utilizó la versión pesada de dicho vehículo de lanzamiento, ya que necesitaba la energía adicional para la inyección transmarciana . Los vehículos de lanzamiento se integraron en plataformas contiguas, con la MER-A en CCAFS SLC-17A y la MER-B en CCAFS SLC-17B. Las plataformas duales permitieron que los períodos de lanzamiento planetario de 15 y 21 días coincidieran; el último día posible de lanzamiento para la MER-A fue el 19 de junio de 2003 y el primer día para la MER-B fue el 25 de junio de 2003. El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA gestionó el lanzamiento de ambas naves espaciales.

Spirit aterrizó con éxito en la superficie de Marte a las 04:35 hora del evento espacial (SCET) del 4 de enero de 2004. Este fue el comienzo de su misión de 90 soles, pero los eventos de limpieza de las células solares significarían que era el comienzo de una misión mucho más larga, que duraría hasta 2010. Spirit fue dirigido a un sitio que parece haber sido afectado por agua líquida en el pasado, el cráter Gusev , un posible antiguo lago en un cráter de impacto gigante a unos 10 km (6,2 mi) del centro de la elipse objetivo ^{[ 20 ]} en 14°34′18″S 175°28′43″E / 14.5718°S 175.4785°E / -14.5718; 175.4785 . ^{[ 21 ]} Después de que la nave de aterrizaje protegida por bolsas de aire se posó en la superficie, el rover salió para tomar imágenes panorámicas. Estos proporcionan a los científicos la información que necesitan para seleccionar objetivos geológicos prometedores y conducir hasta esos lugares para realizar investigaciones científicas in situ. ^{[ 22 ]} El equipo MER nombró al lugar de aterrizaje " Estación Memorial Columbia ", en honor a los siete astronautas que murieron en el desastre del transbordador espacial Columbia .  

El 1 de mayo de 2009 (sol 1892 ), el rover quedó atascado en arena blanda, apoyado sobre un depósito de sulfato de hierro(III) ( jarosita ) oculto bajo una capa de suelo de apariencia normal. El sulfato de hierro tiene muy poca cohesión, lo que dificulta que las ruedas del rover obtengan tracción. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

El 26 de enero de 2010 (sol 2155 ), tras varios meses intentando liberar al rover, la NASA abandonó este intento y, en su lugar, cambió la misión para utilizar el robot móvil como plataforma de investigación estacionaria. Los esfuerzos se dirigieron a orientarlo hacia el Sol para recargar sus baterías y mantener los sistemas operativos durante el invierno. ^{[ 25 ]} El 30 de marzo de 2010, Spirit omitió una sesión de comunicación planificada y, como se anticipaba según las proyecciones recientes de suministro de energía, probablemente había entrado en un modo de hibernación de bajo consumo. ^{[ 26 ]}

La última comunicación con el rover fue el 22 de marzo de 2010 (sol 2208 ) ^{[ 27 ]} y existe una alta probabilidad de que las baterías del rover hayan perdido tanta energía que el reloj de la misión se detuvo. En inviernos anteriores, el rover pudo estacionarse en una pendiente orientada al sol y mantener su temperatura interna por encima de -40 °C (-40 °F) , pero dado que el rover quedó atascado en terreno plano, se estima que su temperatura interna descendió a -55 °C (-67 °F) . Si Spirit hubiera sobrevivido a estas condiciones y se hubiera producido un evento de limpieza, existía la posibilidad de que con el solsticio de verano austral en marzo de 2011, la energía solar aumentara a un nivel que despertara al rover. ^{[ 28 ]} Spirit permanece en silencio en su ubicación, llamada "Troy", en el lado oeste de Home Plate. ^{[ 29 ]}    

Es probable que Spirit experimentara una falla de baja potencia y apagara todos los subsistemas, incluyendo las comunicaciones, entrando en un modo de hibernación profunda para recargar sus baterías. También es posible que el rover haya sufrido una falla en el reloj de la misión. De haber ocurrido esto, el rover habría perdido la noción del tiempo e intentado permanecer dormido hasta que la luz solar incidiera en los paneles solares para despertarlo. Este estado se denomina "Solar Groovy". Si el rover se hubiera despertado de una falla en el reloj de la misión, solo habría estado escuchando. A partir del 26 de julio de 2010 (sol 2331 ), se implementó un nuevo procedimiento para abordar la posible falla del reloj de la misión, pero no tuvo éxito.

Spirit (y su gemelo, Opportunity ) son robots de seis ruedas, alimentados por energía solar, que miden 1,5 metros (4,9 pies) de alto, 2,3 metros (7,5 pies) de ancho y 1,6 metros (5,2 pies) de largo, y pesan 180 kilogramos (400 libras) . Seis ruedas en un sistema de balancín-bogie permitían la movilidad en terrenos irregulares. Cada rueda tenía su propio motor. El vehículo se dirigía hacia adelante y hacia atrás y fue diseñado para operar de forma segura en inclinaciones de hasta 30 grados. La velocidad máxima era de 5 centímetros por segundo (2,0 pulg/s) ; ^{[ 33 ]} 0,18 kilómetros por hora (0,11 mph) , aunque la velocidad promedio era de aproximadamente 1 centímetro por segundo (0,39 pulg/s) . Tanto Spirit como Opportunity tienen piezas del metal del World Trade Center caído que fueron "convertidas en escudos para proteger los cables de los mecanismos de perforación". ^{[ 34 ] [ 35 ]}       

Los paneles solares generaban unos 140 vatios durante hasta catorce horas por sol, mientras que las baterías recargables de iones de litio almacenaban energía para su uso durante la noche. El ordenador de a bordo del Spirit utiliza una CPU RAD6000 de 20 MHz con 128 MB de DRAM y 3 MB de EEPROM. ^{[ 36 ]} La temperatura de funcionamiento del rover oscila entre -40 y +40 °C (-40 y 104 °F) y los calentadores de radioisótopos proporcionan un nivel base de calefacción, asistido por calentadores eléctricos cuando es necesario. ^{[ 37 ]}     

Las comunicaciones dependían de una antena omnidireccional de baja ganancia que transmitía a baja velocidad de datos y una antena orientable de alta ganancia, ambas en contacto directo con la Tierra. También se utilizaba una antena de baja ganancia para retransmitir datos a las naves espaciales que orbitaban Marte. ^{[ 38 ]}

Las rocas de las llanuras de Gusev son de un tipo de basalto . Contienen los minerales olivino , piroxeno , plagioclasa y magnetita. Tienen el aspecto de un basalto volcánico, ya que son de grano fino con cavidades irregulares (los geólogos dirían que tienen vesículas y vugs). ^{[ 50 ] [ 51 ]}

Panorama anotado de rocas cerca de Spirit (abril de 2006)

Gran parte del suelo de las llanuras provenía de la descomposición de las rocas locales. Se encontraron niveles bastante altos de níquel en algunos suelos; probablemente procedentes de meteoritos . ^{[ 52 ]}

El análisis muestra que las rocas han sido ligeramente alteradas por pequeñas cantidades de agua. Los recubrimientos externos y las grietas internas sugieren la presencia de minerales depositados por el agua, posiblemente compuestos de bromo . Todas las rocas contienen una fina capa de polvo y una o más costras más duras de material. Un tipo se puede cepillar, mientras que otro requirió ser eliminado mediante abrasión con la herramienta de abrasión de rocas (RAT). ^{[ 53 ]}

El polvo del cráter Gusev es el mismo que el del resto del planeta. Se descubrió que todo el polvo era magnético. Además, Spirit descubrió que el magnetismo era causado por el mineral magnetita , especialmente la magnetita que contenía el elemento titanio . Un imán fue capaz de desviar completamente todo el polvo, por lo que se cree que todo el polvo marciano es magnético. ^{[ 54 ]} El espectro del polvo era similar a los espectros de regiones brillantes de baja inercia térmica como Tharsis y Arabia, que han sido detectadas por satélites en órbita. Una fina capa de polvo, tal vez de menos de un milímetro de espesor, cubre todas las superficies. Algo en ella contiene una pequeña cantidad de agua químicamente ligada. ^{[ 55 ] [ 56 ]}

La Tierra vista desde Marte

Cielo nocturno de Marte mostrando Deimos (izquierda) y Fobos (derecha) frente a Sagitario , tal como lo vio el rover Spirit de la misión de exploración de Marte el 26 de agosto de 2005. Para ver la animación completa, consulte Image:Phobos & Deimos full.gif .

Spirit apuntó sus cámaras hacia el cielo y observó un tránsito del Sol por Deimos , la luna de Marte (véase Tránsito de Deimos desde Marte ). También tomó la primera fotografía de la Tierra desde la superficie de otro planeta a principios de marzo de 2004.

A finales de 2005, Spirit aprovechó una situación energética favorable para realizar múltiples observaciones nocturnas de Fobos y Deimos , las dos lunas de Marte . ^{[ 57 ]} Estas observaciones incluyeron un eclipse lunar (o más bien un eclipse de fobos) cuando Spirit vio desaparecer a Fobos en la sombra de Marte. Parte de la observación estelar de Spirit se diseñó para buscar una lluvia de meteoros pronosticada causada por el cometa Halley , y aunque al menos cuatro estelas captadas eran posibles meteoros, no se pudieron diferenciar inequívocamente de las causadas por rayos cósmicos. ^{[ 57 ]}

El 12 de enero de 2005, aproximadamente entre las 14:45 UTC y las 23:05 UTC, tuvo lugar un tránsito de Mercurio desde Marte . Teóricamente, tanto Spirit como Opportunity podrían haberlo observado ; sin embargo, la resolución de sus cámaras no permitía ver el diámetro angular de Mercurio de 6,1" . Si bien pudieron observar tránsitos de Deimos frente al Sol, con un diámetro angular de 2' , Deimos es aproximadamente 20 veces mayor que el de Mercurio (6,1"). Los datos de efemérides generados por JPL Horizons indican que Opportunity habría podido observar el tránsito desde el inicio hasta la puesta del sol local, alrededor de las 19:23 UTC (hora terrestre), mientras que Spirit lo habría observado desde el amanecer local, alrededor de las 19:38 UTC, hasta el final del tránsito. ^{[ 58 ]}

Ambos rovers superaron con creces su tiempo de misión original de 90 soles. El tiempo prolongado en la superficie, y por lo tanto el estrés adicional en los componentes, provocó el desarrollo de algunos problemas. ^{[ 29 ]}

El 13 de marzo de 2006 (sol 778 ), la rueda delantera derecha dejó de funcionar ^{[ 59 ]} después de haber recorrido 7 km (4,2 mi) en Marte. Los ingenieros comenzaron a conducir el rover hacia atrás, arrastrando la rueda averiada. Aunque esto resultó en cambios en las técnicas de conducción, el efecto de arrastre se convirtió en una herramienta útil, despejando parcialmente el suelo de la superficie mientras el rover se desplazaba, lo que permitió fotografiar áreas que normalmente serían inaccesibles. Sin embargo, a mediados de diciembre de 2009, para sorpresa de los ingenieros, la rueda delantera derecha mostró un ligero movimiento en una prueba de rueda en el sol 2113 y claramente giró con resistencia normal en tres de cuatro pruebas de rueda en el sol 2117, pero se detuvo en la cuarta. El 29 de noviembre de 2009 (sol 2098 ), la rueda trasera derecha también se detuvo y permaneció inoperable durante el resto de la misión.  

Los instrumentos científicos también sufrieron degradación como resultado de la exposición al duro entorno marciano y el uso durante un período mucho más prolongado del previsto por los planificadores de la misión. Con el tiempo, el diamante en la superficie de molienda de resina de la herramienta de abrasión de rocas se desgastó, después de lo cual el dispositivo solo podía usarse para cepillar objetivos. ^{[ 60 ]} Todos los demás instrumentos científicos y cámaras de ingeniería continuaron funcionando hasta que se perdió el contacto; sin embargo, hacia el final de la vida de Spirit , el espectrómetro Mössbauer MIMOS II tardó mucho más en producir resultados que al principio de la misión debido a la desintegración de su fuente de rayos gamma de cobalto -57 que tiene una vida media de 271 días.

Para conmemorar la gran contribución de Spirit a la exploración de Marte , el asteroide 37452 Spirit ha sido nombrado en su honor. ^{[ 61 ]} El nombre fue propuesto por Ingrid van Houten-Groeneveld , quien junto con Cornelis Johannes van Houten y Tom Gehrels descubrió el asteroide el 24 de septiembre de 1960.

Para honrar al rover, el equipo del JPL nombró un área cercana al cráter Endeavour explorada por el rover Opportunity como 'Punto Espíritu'. ^{[ 62 ]}

El documental de 2022, Good Night Oppy , sobre Opportunity , Spirit y sus largas misiones, fue dirigido por Ryan White y contó con el apoyo de JPL e Industrial Light & Magic . ^{[ 63 ]}

El rover podía tomar fotografías con sus diferentes cámaras, pero solo la cámara PanCam tenía la capacidad de fotografiar una escena con distintos filtros de color. Las vistas panorámicas generalmente se construían a partir de imágenes de PanCam. Spirit transfirió 128.224 fotografías durante su vida útil. ^{[ 64 ]}

Cráter de Missoula (Sol 105, 19 de abril de 2004)

Panorama a color tomado desde "Larry's Lookout". En el extremo izquierdo se ve "Tennessee Valley" y a la derecha, las huellas del vehículo explorador.

Panorama anotado de Apollo Hills desde el lugar de aterrizaje del Spirit