En marzo de 2021, el rover Perseverance y el helicóptero Ingenuity llegaron por primera vez a Marte, con el objetivo de buscar signos de vida microbiana, recoger muestras y estudiar la habitabilidad del Planeta Rojo para futuras misiones con astronautas. Desde entonces, cuando las primeras imágenes llegaron a todo el mundo gracias a las instalaciones de la NASA en España (a través de su base en Robledo de Chavela), ambos han ofrecido unas estampas inolvidables de la superficie marciana, con algún que otro misterio sin resolver incluido. 

Tanto Perseverance como Ingenuity, instalado en una pequeña bodega situada en la 'panza' del propio rover, están ofreciendo mejores resultados de lo esperado. Sin embargo, los ingenieros de la NASA nunca se conforman y van un paso por delante: ya están estudiando la tecnología capaz de superar las prestaciones que ofrecen estos vehículos. De hecho, la agencia espacial recientemente ha confirmado un curioso hito: por primera vez en la historia se han probado posibles mejoras de las aeronaves de forma simultánea en dos planetas, la Tierra y Marte.

Por un lado, los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, localizado en el sur de California, han probado un nuevo rotor para futuros helicópteros o drones marcianos, capaz de girar a velocidades casi supersónicas. Por otro, el Ingenuity ha llevado a cabo varias pruebas de vuelo experimental, en las que ha conseguido importantes récords de altitud y velocidad.

Nuevas palas

"Nuestras pruebas de helicópteros de próxima generación para Marte han tenido literalmente lo mejor de ambos mundos", aseguró el director del proyecto Ingenuity y responsable de los helicópteros de recuperación de muestras de Marte, Teddy Tzanetos. "Aquí en la Tierra, tienes toda la instrumentación y la inmediatez práctica que podrías esperar mientras pruebas nuevos componentes de aeronaves. En Marte se dan las condiciones reales que nunca se podrían recrear aquí en la Tierra".

Efectivamente, el Planeta Rojo tiene una atmósfera mucho más tenue, unas 100 veces menos densa que la de nuestro planeta, con una presión media de unos 7 milibares, frente a los 1.015 milibares de la Tierra. En cuanto a la gravedad, como la masa de Marte es la décima parte de la terrestre y su tamaño es aproximadamente la mitad, los cálculos establecen que allí es de 3,7 metros por segundo, en lugar de los 9,8 que tenemos aquí. 

Esas diferencias plantean numerosos retos para los ingenieros, que buscan optimizar al máximo todos los aspectos de los dispositivos. En estas últimas pruebas, el elemento 'estrella' han sido unas palas de rotor de fibra de carbono de nueva generación, 10 centímetros más largas que las del Ingenuity, además de más resistentes. ¿El objetivo? Vencer las turbulencias que se producen cuando las palas se acercan a velocidades superiores a la del sonido.

Las pruebas se llevaron a cabo en el simulador espacial del JPL, que ya ha sido utilizado por sondas como Surveyor, Voyager y Cassini para emular entornos similares a los del espacio. En esas instalaciones, una suerte de túnel del viento de 8 por 26 metros, los responsables de los próximos diseños de helicópteros marcianos utilizaron cientos de sensores, medidores y cámaras para comprobar el desempeño de las nuevas palas, sometidas a velocidades cada vez más altas y mayores ángulos de inclinación.

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"Hicimos girar nuestras palas hasta 3.500 rpm, lo que supone 750 revoluciones por minuto más rápido de lo que han ido las palas del Ingenuity", aseguró Tyler Del Sesto, subdirector de pruebas del Sample Recovery Helicopter en el JPL. "Estas palas más eficientes son ahora algo más que un ejercicio hipotético. Están listas para volar".

La meta en última instancia es hacer posibles helicópteros más grandes y con mayores capacidades para llevar a cabo nuevas misiones en Marte, como la recogida de muestras, algo de lo que de momento se encarga Perseverance. 

Pruebas en Marte

A 161 millones de kilómetros de distancia de las instalaciones del JPL, en el cráter Jezero de Marte, Ingenuity prosigue con sus vuelos de prueba mucho más allá de lo inicialmente previsto. Como parte de la misión Mars2020, el pequeño helicóptero, desplegado en abril de 2021 por primera vez, estaba diseñado para volar únicamente 5 veces en 30 días.

Dos años y medio después, Ingenuity acumula 66 vuelos, cubriendo cada vez más terreno y mejorando sus prestaciones. "En los últimos nueve meses, hemos duplicado nuestra velocidad y altitud máximas, hemos aumentado nuestra aceleración vertical y horizontal e incluso hemos aprendido a aterrizar más despacio", explica Travis Brown, ingeniero jefe de Ingenuity en el JPL, en un comunicado de prensa. "La ampliación proporciona datos muy valiosos que pueden ser utilizados por los diseñadores de misiones para futuros helicópteros de Marte".

Los vuelos de Ingenuity están muy limitados y duran una media de entre 2 y 3 minutos. Fundamentalmente, dependen de dos factores: la energía disponible, captada por los paneles solares del dispositivo, y la temperatura del motor, que se monitoriza cuidadosamente para que no exceda los límites que podrían dejarlo inservible.

Al volar más rápido, los helicópteros o drones de la NASA podrían cubrir más terreno en un sólo vuelo y alcanzar nuevos lugares hasta ahora inaccesibles en menos tiempo. Sin embargo, un exceso de velocidad podría ser fatal, ya que podría confundir el sistema de navegación de los aparatos. Para orientarse, Ingenuity utiliza una cámara encargada de identificar rocas y otros elementos reconocibles de la superficie marciana. Si esas referencias pasan demasiado rápido, los instrumentos de a bordo no son capaces de reconocerlas y el sistema puede perder la orientación.  

El helicóptero Ingenuity de la NASA NASA Omicrono

Para solucionarlo, los ingenieros del JPL envían instrucciones a Ingenuity para que vuele a mayor altitud, para que ese aumento de la velocidad no 'confunda' al sistema de navegación. Así, en dos vuelos sucesivos, el 61 y el 62, el helicóptero alcanzó su récord de altura (24 metros) y su velocidad máxima (35,8 km/h).

El tercer elemento con el que el equipo de Ingenuity ha estado realizando experimentos es la velocidad de aterrizaje. En principio, su diseño está pensado para que entre en contacto con la superficie a 1 metro por segundo, que permitía que los sensores confirmaran el aterrizaje y los rotores se apagaran antes de 'rebotar' y volver a despegar.

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Ahora, los técnicos buscan nuevos diseños que cuenten con un tren de aterrizaje más pequeño y ligero que, por lo tanto, necesitarán un aterrizaje más lento. Para poner a prueba esos cálculos, se utilizaron los vuelos 57, 58 y 59, que consiguieron demostrar la capacidad del helicóptero para aterrizar a velocidades un 25% más lentas.

A principios de diciembre se realizarán nuevas pruebas, entre ellas dos vuelos de alta velocidad para ejecutar un conjunto especial de ángulos de cabeceo y balanceo diseñados para medir el rendimiento de Ingenuity, no exento de riesgos. "Los datos serán muy útiles para afinar nuestros modelos aeromecánicos sobre el comportamiento de los helicópteros en Marte", sostiene Brown. "En la Tierra, estas pruebas suelen realizarse en los primeros vuelos. Pero no es ahí donde estamos volando. Hay que ser un poco más cuidadoso cuando se opera tan lejos del taller de reparaciones más cercano, porque no tienes una segunda oportunidad".

Los resultados de las pruebas tanto en Marte como en la Tierra serán fundamentales a la hora de diseñar los próximos helicópteros y drones que volarán en el Planeta Rojo. Actualmente, la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) preparan una campaña conjunta de recogida de rocas y regolito marciano para devolverlas a nuestro planeta, como la reciente misión procedente del asteroide Bennu. Para cumplir ese objetivo tendrán un papel fundamental dos nuevos helicópteros, encargados de recoger los tubos de muestras precargados y entregarlos a un cohete que los transportará a la órbita de Marte. 

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