Laboratorio de ciencias en Marte – Curiosity

Científicos del laboratorio de Jets de Propulsión (JPL) de la NASA han validado la respuesta dinámica del espectrómetro en la entrada tipo embudo del Explorador y Laboratorio de Ciencias en Marte, utilizando el vibrómetro de exploración láser PSV-400-3D.

En la última misión del JPL de la NASA en noviembre de 2011, se envió a Marte la Mars Science Laboratory conocido como “Curiosity” para evaluar zonas en dónde Marte pudo tener o aún tiene un medio ambiente propicio para la vida. Curiosity actuará como un robot geólogo en la superficie del planeta rojo para adquirir información sobre la geología, atmósfera, condiciones ambientales y posibles señales de vida en Marte.

Prevenir la contaminación en el trotamundos de Marte es de suma importancia para asegurar que el acopio de información del Curiosity contenga resultados exactos. Debido a esto, los modelos de ingeniería y de vuelo fueron puestos a prueba de manera separada para validar los requerimientos de diseño de los diversos sistemas a bordo del explorador.Mientras que en la superficie de Marte el Curiosity recolectará muestras de suelo y ambientales mediante el uso de cámaras, espectrómetros, detectores de radiación, sensores ambientales y atmosféricos, los datos resultantes serán enviados a los científicos de la NASA para su análisis e interpretación.

El CheMin (abreviatura de Chemistry and Mineralogy) es un instrumento que se encuentra dentro del Curiosity encargado de identificar y medir los minerales en Marte. por otro lado, el instrumento SAM (abreviatura de Sample Analysis at Mars) (Fig.1) está encargado del análisis de tierra y muestras atmosféricas; ambos instrumentos usan actuadores piezoeléctricos accionados en la base de los embudos para sacudir y colar las muestras recolectadas en la superficie de Marte que posteriormente son introducidas en los espectrómetros para su análisis.

Los modelos anteriormente usados utilizaban acelerómetros, los cuales producían datos inexactos debido a los efectos de carga masiva al sujetar los transductores al objeto de prueba y limitaban los puntos de medición. Los científicos del JPL han desarrollado un método dinámico de prueba sin contacto para medir los niveles de vibración en los embudos de los instrumentos de recolección CheMin y SAM para la validación del diseño.

Configuración experimental

El primer paso en el proceso de validación fue caracterizar dinámicamente los modelos de ingeniería (Fig. 2), que han demostrado mover de manera efectiva la tierra por el embudo. Mediante la caracterización de los niveles de vibración en diversos niveles internos del embudo, es posible comparar estos datos con los resultados previstos en el modelo de elemento finito (FEM) brindando un punto de referencia que será comparado posteriormente con las mediciones del modelo en vuelo que no puede ser probado con tierra.

El modelo de ingeniería fue orientado en varias posiciones para permitir que la cabeza de los sensores de Polytec pudieran visualizar las entradas del CheMin (dentro y fuera), el embudo del CheMin, la pantalla de recolección del CheMin y las entradas del SAM. Se usaron de 20 a 30 puntos de medición aproximadamente para las entradas, así como para la pantalla y el embudo. Los datos del historial de tiempo de las respuestas al barrido senoidal fueron adquiridos en los ejes X. Y y Z en cada punto de medición. (Fig. 4)Las pruebas del modelo de ingeniería fueron realizadas (Fig. 3) con Ia excitación de los activadores usando una prueba de barrido senoidal de 100 Hz a 500 Hz durante 15 segundos para el SAM y de 10.5 KHz a 12.5 KHz durante 5 segundos para el CheMin. Se realizó Ia prueba de cada uno de los activadores por separado, después en grupos de dos activadores excitándose y finalmente los tres juntos. El PSV-400-3D de Polytec fue usado para Ia medición de las vibraciones en 3D en el modelo de ingeniería.

Para validar su funcionalidad el hardware de vuelo tuvo que ser comparado con los modelos de ingeniería probados. El hardware de vuelo consiste en los instrumentos CheMin y SAM que son instalados en el explorador. El explorador es ensamblado en las instalaciones de Ensamblaje de Astronaves (SAF) que es un cuarto limpio. Para prevenir daños en el explorador y sus componentes, se limitó el acceso al Curiosity hasta por 1 m de distancia. El PSV-400-3D de Polytec fue minuciosamente limpiado y llevado al SAF a una distancia de un metro y medio frente al explorador con Iínea directa de visión a los instrumentos CheMin y SAM. Las entradas del CheMin y del SAM sólo podían ser vistos desde Ia parte superior del explorador. Las mediciones fueron tomadas con Ia misma excitación y ajustes de adquisición que en los modelos de ingeniería al interior y exterior de las entradas del CheMin y del SAM.

Los datos fueron analizados por el equipo de la Nasa JPL, el historial de tiempo y Ia sistematización de Ia velocidad RMS fueron filtrados por un filtro de paso bajo por cada punto de medición. Los datos resultantes fueron comparados entre los modelos de ingeniería y el hardware de vuelo. Los resultados de estas pruebas mostraron que el comportamiento dinámico del modelo de vuelo coincidió con los del modelo de ingeniería, dando a los científicos de JPL confianza en el desempeño funcional del sistema de accionamiento de entrada.Resultados y Conclusión

Polytec In. “Science Lab on Mars”. En http://www.polytec.com/ [documento en línea: http://www.polytec.com/fileadmin/user_uploads/Applications; acceso: noviembre 2012].