Detectores ligeros para estudiar y soportar las condiciones extremas de Marte
Marte, con sus paisajes polvorientos y su fina atmósfera, intriga a los científicos desde hace mucho tiempo. Su clima está determinado por tormentas de polvo, nubes transitorias y fenómenos como los remolino de polvo(se abrirá en una nueva ventana), que contienen pistas vitales sobre la evolución del planeta. Sin embargo, estudiar estas características atmosféricas ha resultado todo un reto. Las herramientas que los investigadores utilizan en la Tierra, incluidos los sistemas lidar(se abrirá en una nueva ventana) que analizan los aerosoles y las nubes, son demasiado voluminosos y consumen demasiada energía para las misiones marcianas. Hasta la fecha, solo un sistema lidar ha llegado a la superficie marciana: el que llevaba a bordo la misión Phoenix de la NASA en 2008. Aunque proporcionaba datos valiosos, sus prestaciones eran limitadas en ciertos aspectos, como su alcance restringido (altura máxima observable de unos 10 km) y su funcionalidad reducida durante las operaciones diurnas.
Desafíos en el camino a Marte
El proyecto MiLi(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se propuso crear un sistema lidar compacto y de bajo consumo capaz de realizar observaciones detalladas, diseñado específicamente para misiones marcianas. «El problema de los sistemas lidar tradicionales es que requieren un control térmico preciso para mantener sus componentes alineados y en funcionamiento. En Marte, donde las temperaturas oscilan drásticamente, eso sería casi imposible sin un rediseño completo», señala el coordinador del proyecto, Isaías Carrasco-Blázquez. Para solucionarlo, el equipo del proyecto revisó la tecnología desde cero, centrándose en avances que hicieran el sistema más pequeño, ligero y eficiente desde el punto de vista energético. Un avance clave fue la sustitución de las fuentes de luz tradicionales por pilas de diodos láser, que consumen menos energía y producen menos calor. Se desarrollaron ópticas especializadas capaces de colimar los haces con precisión para garantizar que se mantuvieran correctamente enfocados. Otra innovación fue la introducción de fotomultiplicadores de silicio como detectores. Si bien estos sensores generan niveles de ruido ligeramente superiores a los detectores tradicionales, requieren mucha menos energía y ofrecen un rango de detección más amplio. Al final, el equipo desarrolló materiales cerámicos que, con un coeficiente de dilatación térmica controlado, ayudan a mantener la alineación del sistema aunque fluctúen las temperaturas.
Un sistema pequeño con un gran potencial
Carrasco-Blázquez explica: «El prototipo de MiLi, que pesa solo 6 kg y consume 15 W, ha demostrado sus capacidades en pruebas de campo, alcanzando alcances de más de 25 km». El prototipo y las tecnologías de apoyo alcanzaron un nivel de preparación tecnológica (NPT) 4, y se prevén nuevos avances». Lo que distingue a MiLi es su configuración lidar «2β + 1δ», que le permite recopilar datos más detallados que nunca. Esta configuración puede medir la cantidad de luz dispersada por las partículas, así como la despolarización y la relación de color. Las mediciones proporcionan información fundamental sobre el tamaño, la forma y el tipo de las partículas presentes en la atmósfera. «El diseño compacto del sistema abre nuevas posibilidades, como el estudio lateral de los remolinos de polvo con un nivel de detalle sin precedentes. Por primera vez, los científicos han podido analizar la velocidad, la opacidad y la distribución del tamaño de las partículas de estos fenómenos de remolino», añade Carrasco-Blázquez.
Construir el futuro de la investigación marciana
Aunque MiLi ha logrado avances notables, aún queda margen de mejora antes de alcanzar el NPT 6, el nivel necesario para una misión de vuelo. Entre las áreas clave se incluyen el avance en la fabricación de cerámica para producir componentes más ligeros y complejos; la realización de pruebas medioambientales adicionales en componentes comerciales ya disponibles; la mejora de la resistencia a la radiación de los detectores fotomultiplicadores de silicio; y la realización de pruebas térmicas al vacío en todo el sistema lidar para garantizar la alineación del instrumento en los rangos de temperaturas extremas de Marte. El impacto del proyecto MiLi va más allá de sus logros inmediatos. Uno de los socios del proyecto participa actualmente en una iniciativa patrocinada por la Agencia Espacial Europea, cuyo objetivo es instalar un sistema lidar a bordo de una nave espacial para estudiar la atmósfera de Marte desde la órbita. Si bien esta misión está aún en sus primeras fases, pone de relieve la importancia más amplia de las innovaciones de MiLi.
