REMS, el primer instrumento español en Marte

La emoción del equipo REMS no se podía ocultar el 26 de noviembre de 2011. Ni la de los que asistieron al lanzamiento en Cabo Cañaveral (Florida, EE UU), ni la del grupo que lo siguió con familiares y amigos desde el Centro de Astrobiología (CAB) en Madrid. El instrumento en el que habían trabajado más de un lustro despegaba sin novedad rumbo a Marte integrado en el rover Curiosity.

Este rover, que “amartizará” en agosto de 2012, forma parte de la misión Mars Science Laboratory con la que la NASA estudiará la habitabilidad del planeta rojo. “Dejas seis años de tu vida, así que confiamos en que la misión sirva para conocer mejor Marte y permita realizar algún descubrimiento”, comenta el investigador principal de REMS, Javier Gómez-Elvira. “Confirmar que hubo agua en el pasado ya sería un éxito”.

El también director del CAB explica que los mayores retos han sido la miniaturización de la electrónica y la integración de todos los componentes del instrumento, además de analizar y realizar simulaciones con cada una de las partes y asegurar que todas van a funcionar bien en conjunto.

¿Pero qué es REMS? Las siglas corresponden a Rover Environmental Monitoring Station, es decir, la estación de monitorización medioambiental del rover. Se trata de una pequeña estación meteorológica que registrará la magnitud y dirección del viento, la temperatura del aire y la del suelo, la presión atmosférica, la humedad relativa, y la radiación ultravioleta.

Cuatro componentes y seis sensores

Boom 1, boom 2, un sensor de radiación ultravioleta y una unidad de control son los cuatro componentes principales de REMS. Los dos booms son pequeños cilindros, de 15 cm de longitud, separados en el mástil de Curiosity unos 120º. El primero apunta hacia la parte delantera e incorpora sensores de viento y los dos de temperatura del aire y del suelo. El segundo también medirá el viento y la temperatura del aire, pero además lleva un sensor de humedad relativa.

Los chips de los sensores de viento “son más eficientes en términos energéticos que los desarrollados anteriormente, y por primera vez se utiliza tecnología de silicio para esta aplicación en el espacio”, destaca Luis Castañer, investigador de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), que también participa en el proyecto. Las placas de los chips, que llevan grabado el nombre de sus creadores, se sitúan en la superficie de los booms. Son bastante delicadas –solo con pasar el dedo se pueden dañar–, por lo que se ha tenido especial cuidado durante los ensayos y su ensamblaje.

Por su parte, el sensor de la temperatura del aire está situado en la punta de una varilla larga para evitar que el calor del propio rover contamine sus medidas. Este problema, el de la posible contaminación de los registros, ha sido una constante en el diseño de REMS y se ha encontrado una solución de equilibrio: “Por una parte es necesario calor para calentar la electrónica y que funcione, pero, por otra, no debe influir en los datos, por lo que hemos tenido que buscar soluciones de diseño, además de emplear materiales que conducen mal el calor y separarlos lo máximo posible de la fuente calorífica”, explica Gómez-Elvira.

Sensores de REMS en los booms. Imagen: CAB.

Respecto a la temperatura de suelo, se realiza una estimación midiendo la radiación infrarroja que se emite desde la superficie marciana, pero sin llegar a contactar con ella. Los sensores que realizan esta tarea pueden autocalibrarse y corregir los errores que causa el paso del tiempo, como la deposición de polvo sobre las lentes o la degradación de la electrónica.

Además de los cuatro tipos sensores de los booms, REMS incluye otros dos. Uno es el de radiación ultravioleta que, mediante seis fotodiodos, medirá por primera vez este parámetro en la superficie de Marte. Se localiza en una pequeña caja situada en la plataforma superior del rover. En este caso, los ingenieros han ideado un sistema de pequeños imanes para que no se deposite el polvo.

El otro sensor es el de presión, que se ha incluido en la unidad de control de REMS. Se comunica con el exterior a través de un pequeño orificio, dispuesto de tal forma que ninguna partícula del interior pueda salir y contaminar Marte. En este tema se ha puesto especial cuidado durante todo el ensamblaje de Curiosity.

En cualquier misión fuera de la Tierra es una prioridad la protección planetaria, una tarea que supervisa el Comité de Investigación Espacial (COSPAR). Se establecen cinco categorías para las misiones interplanetarias y la Mars Science Laboratory se ha catalogado de categoría IV, es decir, misión de sondeo y aterrizaje con posibilidad significativa de contaminación y riesgo para los próximos experimentos biológicos. Esto ha supuesto un estricto control y esterilización del rover durante su ensamblaje en las denominadas salas limpias del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en Pasadena (California, EE UU).

Instrumento español con colaboración internacional

El desarrollo de REMS es fruto de un acuerdo de colaboración bilateral entre la NASA y España, a través del CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial) y el CAB (centro mixto del INTA -Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial- y el CSIC). Hasta ahora se han invertido cerca de 3,5 millones de euros en este proyecto (14,8 millones los ha aportado el CDTI, 6,8 el CAB y 1,9 el Plan Nacional de I+D+i).

El diseño y la integración se han liderado desde el CAB y el contratista principal para los temas de ingeniería ha sido CRISA, empresa que forma parte de EADS Astrium, la división espacial de la Compañía Europea de Defensa, Aeronáutica y Espacio (EADS).

EADS Astrium, a su vez, ha liderado un consorcio de instituciones entre las que figura el Instituto Meteorológico de Finlandia (FMI), la Universidad Politécnica de Cataluña, el Instituto de Física de Alta Tecnología de Jena (Alemania), Aurelia SpA (Italia), Alter Technology (España), el Instituto de Microelectrónica de Sevilla y la Universidad Carlos III de Madrid.

En el proyecto REMS también participan instituciones estadounidenses: la Universidad de Michigan, el NASA Ames Research Center y el Instituto Tecnológico de California (Caltech), que administra el JPL donde se han ensamblado y probado los componentes del rover.

Por su parte, los sensores de presión y humedad son una contribución del FMI finlandés, con experiencia en crear otros parecidos para las misiones Phoenix de la NASA o la malograda Beagle 2 de la Agencia Espacial Europea, que se perdió en Marte a finales de 2003. Aquella sonda también llevaba un sensor de radiación ultravioleta desarrollado en el CAB y fabricado por EADS Astrium-CASA.

Tensión durante el “amartizaje”

El "amartizaje" del Curiosity será un momento crítico. Imagen: NASA.

El momento del descenso del Curiosity a la superficie de Marte también será crítico. Todo el equipo estará muy pendiente confiando que no le suceda lo mismo que a Beagle 2. Un innovador sistema de grúas descolgará al rover sin necesidad de paracaídas ni airbags. Será un momento delicado. Una vez en el suelo marciano se tratará de establecer contacto con la nave para confirmar que todos los sistemas funcionan correctamente.

En las comunicaciones directas con la Tierra, que no pasan por ningún repetidor de los que orbitan Marte, va a desempeñar un papel esencial una antena de alta ganancia desarrollada también en España por las empresas EADS Astrium-CASA y SENER. Será especialmente útil en casos de emergencia.

En cualquier caso la transmisión habitual de datos se hará a través de otras antenas del rover que los transmitirán a los satélites en órbita marciana que, a su vez, los reenvirán a las tres antenas de espacio profundo que la NASA tiene en la Tierra. Una de ellas está en Robledo de Chavela, en Madrid.

Está previsto que REMS tome medidas durante cinco minutos cada hora, aunque se pueden programar periodos adicionales si los científicos lo consideran de interés. La pequeña estación meteorológica funcionará como mínimo los 23 meses que dure la misión. De esta forma se podrán conocer las variaciones diarias y estacionales de los parámetros ambientales. El ciclo del agua, las tormentas de polvo y la dinámica atmosférica del planeta rojo se podrán comprender mejor con las mediciones del instrumento.

Campañas desde el desierto a la Antártida

En el análisis de los datos científicos también van a participar investigadores de la Universidad de Alcalá de Henares, bajo la coordinación del profesor Miguel Ramos. Este equipo analizará la temperatura del suelo y del aire para deducir las condiciones térmicas del subsuelo próximo a la superficie, un trabajo que vienen probando durante años en la Antártida. En concreto, durante las campañas 2007-2008 y 2008-2009 en la estación antártica española en la isla Decepción.

Los ensayos de los sensores de REMS no solo se han realizado en la Antártida, también en otros puntos de la Tierra análogos en muchos aspectos a la superficie marciana. Se han realizado pruebas en ambientes tan extremos como los desiertos de Atacama en Chile –uno de los lugares más secos de la Tierra–, o el de Nevada en EE UU, donde se forman remolinos de polvo parecidos a los de Marte.

Los remolinos de polvo del desierto de Nevada en EE UU y las lagunas salinas de Los Monegros sirvieron de campos de prueba. Imagen: CAB.

En España también se ha probado el sensor de temperatura del suelo en la zona volcánica de los Campos de Calatrava (Ciudad Real). Y este mismo año se han realizado test de espectroscopia de infrarrojos en el entorno de las lagunas salinas de Bujaraloz, en los Monegros.

Pero el examen definitivo será en agosto de 2012 cuando, si todo va bien, REMS y los otros instrumentos del Curiosity comiencen a enviar los datos a la Tierra. El ritmo de trabajo será frenético, porque diariamente los científicos tendrán que procesarlos y decidir la tarea del rover del día siguiente. Después de tres meses de trabajo conjunto en EE UU con todos los grupos de la misión, el equipo REMS volverá a España para gestionar desde el CAB los registros del instrumento.

La información que aporten REMS y los otros instrumentos de Curiosity contribuirá a comprender mejor la atmósfera y la superficie de Marte, además de a mejorar los modelos climáticos del planeta. Pero quizá algún día, cuando menos se espere, lleguen esos datos que confirmen la existencia de agua líquida, o incluso de algún indicio que sorprenda no solo a los científicos, sino a toda la humanidad.

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Información multimedia: Vídeo REMS on MARS: Tecnología española en el planeta rojo realizado por el CAB.