Cuando se trata de la exploración “sobre el terreno” de Marte, los rovers son buenos exploradores avanzados. Desde Pathfinder hasta Perseverance, hemos visto cómo estos robots semiautónomos hacen lo que los exploradores humanos quieren hacer en el futuro. Ahora, los ingenieros están estudiando formas de expandir la exploración de rover en Marte. Una cosa en la que están pensando: constelaciones de satélites de comunicación para la navegación en la superficie de Marte.
La generación actual de rovers de Marte aterrizó en lugares de fácil acceso. Otras regiones marcianas, como los polos o Valles Marineris, permanecen prácticamente intactas. Eso se debe en parte a que son difíciles de alcanzar y sus condiciones climáticas presentan desafíos. Los polos contienen muchas pistas sobre el sistema climático marciano. Aunque se sabe que un casquete es principalmente hielo de agua, ambos casquetes podrían contener (o esconder) agua adicional en lagos subterráneos o congelada debajo de los casquetes. Este es un producto que cualquier futuro explorador de Marte necesitará aprovechar para sobrevivir y otras operaciones. Todas estas razones hacen de las regiones polares un objetivo principal para los futuros rovers.
Hoy en día, los orbitadores alrededor de Marte hacen el trabajo pesado de las comunicaciones entre la Tierra y el Planeta Rojo. Pero la exploración futura requiere sistemas de comunicaciones más flexibles, particularmente si vamos a estudiar las regiones polares. Entonces, imagine este escenario: la NASA u otra agencia quiere enviar una flota de rovers a los casquetes polares de Marte. La distancia complica las comunicaciones desde el suelo hasta los rovers para cada uno de sus movimientos. Los tiempos de viaje de la luz de muchos minutos podrían dificultar mucho la navegación en situaciones de «tiempo real». La solución es desplegar constelaciones de satélites que puedan “ver” las regiones polares y ayudar a los rovers a navegar con mayor precisión.
Pequeños satélites al rescate
Un equipo de ingenieros dirigido por Ph.D. La estudiante Serena Molli del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad Sapienza de Roma realizó un estudio conceptual de constelaciones de satélites pequeños (smallsat) en Marte. Su objetivo es diseñar uno que sea casi completamente autónomo y pueda manejar el posicionamiento relativo y absoluto de sus nodos alrededor del planeta. La constelación debe admitir la navegación de otras sondas, como objetos en la fase de Entrada, Descenso y Aterrizaje (EDL), así como módulos de aterrizaje, rovers u orbitadores. Los nodos se comunicarían entre sí a través de un enlace entre satélites (ISL) y con los rovers y otras instalaciones en la superficie.
En un próximo artículo, Molli y el equipo describen modelos para dos de esas constelaciones. Se enfocan en sistemas que no necesitan actualizaciones constantes de la Tierra. Cada uno utiliza cinco satélites para comunicarse entre sí y con la superficie. Dependiendo de su configuración orbital, podrían brindar una cobertura casi constante de las regiones polares.
“Logramos un excelente rendimiento con este sistema de navegación autónomo sin necesidad de programación de IA, explicó Molli. “El software a bordo se basa en algoritmos y teorías de determinación de órbita dedicadas, adaptadas para enfrentar el desafío del novedoso sistema de navegación autónomo. Sin embargo, el software de determinación de la órbita a bordo puede beneficiarse de las actualizaciones. El sistema permite eso. Lo que necesitamos es una computadora a bordo lo suficientemente poderosa y contactos periódicos con la Tierra, tanto para controles de salud del sistema, determinación de órbita mejorada y, si es necesario, actualizaciones de software”.
Navegando Marte
Los sistemas de navegación propuestos por el equipo se basan en satélites pequeños actualmente en diseño en el grupo italiano de ingeniería aeroespacial Argotec. Están trabajando en un sistema propuesto de «internet de la Luna» basado en microsatélites llamado ANDROMEDA. Los sistemas que propone el equipo de Molli cuentan con la tecnología ISL requerida que fomenta la comunicación entre los nodos de los satélites. Esto se utilizó anteriormente para la geodesia terrestre y planetaria, sobre todo con la GRACIA y Grial misiones
Aplicarlo a Marte requiere una gran cantidad de datos sobre el planeta para que el sistema funcione de manera eficiente. “En nuestro trabajo, explotamos el conocimiento previo del campo gravitatorio marciano de misiones como MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) y MGS (Mars Global Surveyor)”, dijo Molli. “Esto permite que la nave espacial de la constelación determine su posición de forma autónoma o con un enlace esporádico con la Tierra, dependiendo de la altitud de las órbitas y, en consecuencia, de los efectos de los gradientes de gravedad en la dinámica de la nave espacial”.
Pequeños satélites en otros mundos
El equipo señala que estas constelaciones de satélites pequeños vienen con bajos costos de desarrollo y lanzamiento y tiempos de desarrollo cortos. También ofrecen flexibilidad en la implementación de la misión. Esto se debe a que se pueden lanzar múltiples sistemas simultáneamente con lanzamientos dedicados o como cargas útiles secundarias de misiones más grandes. Si todo esto funciona en Marte, es posible que se puedan usar sistemas satelitales similares en otros mundos del sistema solar. Sin embargo, esos vienen con grandes incógnitas.
“Hay varios desafíos para implementar este sistema de navegación en otros planetas y lunas”, dijo Molli. “Las condiciones ambientales son bastante diferentes: campos de radiación, un entorno térmico diferente, etc. Por lo tanto, el hardware debe adaptarse para hacer frente al entorno lunar. Además, es posible que el conocimiento del campo de gravedad y el estado de rotación de esos cuerpos no se conozca en los niveles requeridos para realizar un posicionamiento preciso”.
La primera prueba de un sistema de este tipo comenzará en Marte cuando los equipos de las naves espaciales planifiquen misiones polares. Por lo tanto, el desarrollo de pequeñas constelaciones de satélites es crucial. No solo ayudarán en la exploración de Marte, sino que eventualmente podrían allanar el camino para constelaciones similares alrededor de mundos más allá del Planeta Rojo.
