La NASA tiene como objetivo no antes del 8 de Abril que el Helicóptero Ingenuity haga el primer intento de vuelo controlado y motorizado de un avión en otro planeta. Sin embargo, antes de que el helicóptero de 1,8 kilogramos pueda intentar su primer vuelo, tanto él como su equipo deben cumplir una serie de hitos abrumadores.

Ingenuity permanece adherido al vientre del rover Perseverance de la NASA, que aterrizó en Marte el 18 de Febrero. El 21 de Marzo, el rover desplegó el escudo protector compuesto de grafito en forma de caja de guitarra que protegió a Ingenuity durante el aterrizaje. El rover se encuentra actualmente en tránsito hacia el "aeródromo" donde Ingenuity intentará volar. Una vez desplegado, Ingenuity tendrá 30 días marcianos, o soles, (31 días terrestres) para realizar su campaña de vuelos de prueba.

“Cuando el rover Sojourner de la NASA aterrizó en Marte en 1997, demostró que recorrer el Planeta Rojo era posible y redefinió por completo nuestro enfoque sobre cómo exploramos Marte. De manera similar, queremos aprender sobre el potencial que tiene Ingenuity para el futuro de la investigación científica,” dijo Lori Glaze, directora de la División de Ciencias Planetarias en la Sede de la NASA. "Acertadamente nombrado, Ingenuity es una demostración de tecnología que apunta a ser el primer vuelo propulsado en otro mundo y, si tiene éxito, podría expandir aún más nuestros horizontes y ampliar el alcance de lo que es posible con la exploración de Marte."

Volar de manera controlada en Marte es mucho más difícil que volar en la Tierra. El Planeta Rojo tiene una gravedad significativa (alrededor de un tercio de la de la Tierra), pero su atmósfera es solo un 1% más densa que la de la Tierra en la superficie. Durante el día marciano, la superficie del planeta recibe solo la mitad de la cantidad de energía solar que llega a la Tierra durante el día, y las temperaturas nocturnas pueden descender hasta menos 90 ºC, lo que puede congelar y agrietar componentes eléctricos desprotegidos.

Para encajar dentro de los alojamientos disponibles proporcionados por el rover Perseverance, el helicóptero Ingenuity debe ser pequeño. Para volar en el entorno de Marte, debe ser liviano. Para sobrevivir a las gélidas noches marcianas, debe tener suficiente energía para alimentar los calentadores internos. El sistema, desde el rendimiento de sus rotores en aire enrarecido hasta sus paneles solares, calentadores eléctricos y otros componentes, ha sido probado y vuelto a probar en las cámaras de vacío y laboratorios de pruebas del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.

“Cada paso que hemos dado desde que comenzó este viaje hace seis años ha sido un territorio inexplorado en la historia de los aviones,” dijo Bob Balaram, ingeniero jefe del Mars Helicopter en JPL. "Y aunque ser desplegado en la superficie será un gran desafío, sobrevivir esa primera noche solo en Marte, sin el rover protegiéndolo y manteniéndolo encendido, será aún más grande."

Despliegue del Helicóptero

Antes de que Ingenuity emprenda su primer vuelo a Marte, debe estar directamente en el medio de su aeródromo: una parcela de terreno marciano de 10 por 10 metros elegida por su planitud y ausencia de obstáculos. Una vez que los equipos del helicóptero y rover confirmen que Perseverance está situado exactamente donde quieren que esté dentro del aeródromo, comienza el elaborado proceso para desplegar el helicóptero en la superficie de Marte.

“Como con todo con el helicóptero, este tipo de despliegue nunca se había hecho antes,” dijo Farah Alibay, líder de integración de Mars Helicopter para el rover Perseverance. “Una vez que comencemos el despliegue no habrá vuelta atrás. Todas las actividades están estrechamente coordinadas, son irreversibles y dependen unas de otras. Si hay un indicio de que algo no va como se esperaba, es posible que decidamos esperar un sol o más hasta que tengamos una mejor idea de lo que está sucediendo."

El proceso de despliegue del helicóptero tomará unos seis soles (seis días, cuatro horas en la Tierra). En el primer sol, el equipo en Tierra activará un dispositivo para romper pernos, liberando un mecanismo de bloqueo que ayudó a sostener el helicóptero firmemente contra el vientre del rover durante el lanzamiento y el aterrizaje en Marte. El siguiente sol, dispararán un dispositivo pirotécnico cortacables, lo que permitirá que el brazo mecanizado que sostiene a Ingenuity comience a girar el helicóptero fuera de su posición horizontal. Aquí también es cuando el helicóptero extenderá dos de sus cuatro patas de aterrizaje.

Durante el tercer sol de la secuencia de despliegue, un pequeño motor eléctrico terminará de girar Ingenuity hasta engancharse, llevando el helicóptero completamente vertical. Durante el cuarto sol, las dos últimas patas de aterrizaje encajarán en su posición. En cada uno de esos cuatro soles, el generador de imágenes del sensor topográfico gran angular para operaciones e ingeniería (WATSON) tomará tomas de confirmación de Ingenuity a medida que se desarrolla gradualmente en su configuración de vuelo. En su posición final, el helicóptero colgará suspendido a unos 13 centímetros sobre la superficie marciana. En ese momento, solo un perno y un par de docenas de pequeños contactos eléctricos conectarán el helicóptero a Perseverance. En el quinto sol de despliegue, el equipo aprovechará la última oportunidad para utilizar Perseverance como fuente de energía y cargar los seis paneles de la batería de Ingenuity. 

"Una vez que cortemos el cable con Perseverance y dejemos caer esas últimas cinco pulgadas a la superficie, queremos que nuestro gran amigo se vaya lo más rápido posible para que podamos recibir los rayos del sol en nuestro panel solar y comenzar a recargar nuestras baterías," dijo Balaram.

En el sexto y último sol programado de esta fase de despliegue, el equipo deberá confirmar tres cosas: que las cuatro patas de Ingenuity están firmemente en la superficie del Cráter Jezero, que el rover, de hecho, recorrió unos 5 metros de distancia, y que tanto el helicóptero como el rover se comunican a través de sus radios de a bordo. Este hito también inicia el reloj de 30 soles durante el cual deben realizarse todas las comprobaciones previas al vuelo y las pruebas de vuelo.

“Ingenuity es una prueba de vuelo de ingeniería experimental; queremos ver si podemos volar a Marte,” dijo MiMi Aung, gerente de proyecto de Ingenuity en JPL. “No hay instrumentos científicos a bordo ni objetivos para obtener información científica. Estamos seguros de que todos los datos de ingeniería que queremos obtener tanto en la superficie de Marte como en el aire se pueden realizar dentro de esta ventana de 30 soles.”

Al igual que con el despliegue, los equipos del helicóptero y el rover abordarán metódicamente la próxima prueba de vuelo. Si el equipo falla o tiene preguntas sobre un hito importante antes del vuelo, es posible que necesiten uno o más soles para comprender mejor el problema. Sin embargo, si el helicóptero sobrevive a la primera noche del período de secuencia en la superficie de Marte, el equipo pasará los siguientes soles haciendo todo lo posible para garantizar un vuelo exitoso, incluido mover las palas del rotor y verificar el rendimiento de la unidad de medición inercial, además de probar todo el sistema rotor durante un giro a 2.537 rpm (mientras que el tren de aterrizaje de Ingenuity permanece firme en la superficie).

La Primera Prueba de Vuelo en Marte

Una vez que el equipo esté listo para intentar el primer vuelo, Perseverance recibirá y transmitirá a Ingenuity las instrucciones de vuelo finales de los controladores de la misión JPL. Varios factores determinarán el tiempo preciso para el vuelo, incluido el modelado de los patrones de viento locales más las mediciones tomadas por el la estación meteorológica MEDA a bordo de Perseverance. Ingenuity hará funcionar sus rotores a 2.537 rpm y, si todas las autocomprobaciones finales salen bien, despegará. Después de ascender a una velocidad de aproximadamente 1 metro por segundo, el helicóptero volará a 3 metros sobre la superficie durante 30 segundos. Luego, el helicóptero descenderá y volverá a aterrizar en la superficie marciana.

Varias horas después de que se haya producido el primer vuelo, Perseverance conectará el primer conjunto de datos de ingeniería de Ingenuity y, posiblemente, imágenes y videos de las cámaras de navegación y Mastcam-Z del rover. A partir de los datos descargados esa primera noche después del vuelo, el equipo del Mars Helicopter espera poder determinar si su primer intento de volar a Marte fue un éxito.

En el siguiente sol, todos los datos de ingeniería restantes recopilados durante el vuelo, así como algunas imágenes en blanco y negro de baja resolución de la propia cámara de navegación del helicóptero, podrían conectarse a JPL. El tercer sol de esta fase, deberían llegar las dos imágenes tomadas por la cámara a color de alta resolución del helicóptero. El equipo de Mars Helicopter utilizará toda la información disponible para determinar cuándo y cómo avanzar con su próxima prueba.

"Marte es duro," dijo Aung. "Nuestro plan es trabajar lo que sea que el Planeta Rojo nos depare de la misma manera que manejamos todos los desafíos que hemos enfrentado durante los últimos seis años: juntos, con tenacidad, mucho trabajo duro y un poco de ingenio."

Un Pedazo de Historia

Mientras que Ingenuity intentará el primer vuelo controlado y motorizado en otro planeta, el primer vuelo controlado y motorizado en la Tierra tuvo lugar el 17 de Diciembre de 1903 en las dunas azotadas por el viento de Kill Devil Hill, cerca de Kitty Hawk, Carolina del Norte. Orville y Wilbur Wright recorrieron 36 metros en 12 segundos durante el primer vuelo. Los hermanos Wright hicieron cuatro vuelos ese día, cada uno más largo que el anterior.

Una pequeña cantidad del material que cubría una de las alas del avión de los hermanos Wright, conocido como Flyer, durante el primer vuelo se encuentra ahora a bordo de Ingenuity. Se usó una cinta aislante para envolver la pequeña muestra de tela alrededor de un cable ubicado debajo del panel solar del helicóptero. Los Wright utilizaron el mismo tipo de material, una muselina sin blanquear llamada "Pride of the West", para cubrir el planeador y las alas de los aviones a partir de 1901. La tripulación del Apolo 11 voló una pieza diferente del material, junto con una pequeña astilla de madera desde el Wright Flyer, a la Luna y viceversa durante su icónica misión en Julio de 1969.