El poder de los rovers

14 de noviembre de 2022

Narrador: ¿Cómo se alimentan los vehículos de la NASA en Marte?

(música)

Narrador: Las dos opciones principales son la energía solar y la nuclear. Los primeros tres vehículos exploradores de la NASA en Marte (Sojourner, Spirit y Opportunity) utilizaron paneles solares para recolectar energía luminosa, o fotones, del Sol. Los rovers que exploran Marte hoy (Curiosity y Perseverance) utilizan un sistema llamado "Generador termoeléctrico de radioisótopos" o RTG.

Sabah Bux: Sí, porque aquí en la Tierra podemos enchufarnos. En Marte, no tenemos dónde enchufarnos.

Narrador: Ese es Sabah Bux, un tecnólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.

Sabah Bux: Trabajo para el Programa de Sistemas de Energía de Radioisótopos de la NASA, que es una asociación entre la NASA y el Departamento de Energía de Estados Unidos.

[0:52] Narrador: El Departamento de Energía proporciona a la NASA RTG para naves espaciales, incluidos los utilizados para los rovers Curiosity y Perseverance. El RTG contiene dióxido de plutonio, que es principalmente plutonio-238, un isótopo radiactivo o "radioisótopo" que produce un desequilibrio en el número de protones y neutrones en el núcleo de cada átomo. En una búsqueda por restablecer la estabilidad, los átomos arrojan partículas en un proceso conocido como "desintegración", durante el cual el material irradia un flujo constante de calor.

Sabah Bux: La forma en que funciona el RTG es que el plutonio-238 es simplemente una roca caliente. Y tomamos ese calor y lo convertimos en electricidad. Entonces, es similar a cómo funciona una celda solar, donde una celda solar irradia luz y obtiene electricidad. Bueno, en el Generador Termoeléctrico de Radioisótopos, toma el calor del plutonio y lo convierte en electricidad útil.

Narrador: Parte del calor de la roca caliente de casi 11 libras de Curiosity y Perseverance también fluye a través de los rovers.

[2:01] Sabah Bux: Marte se enfría mucho y el RTG está en la parte trasera, como la cola del rover. Entonces, hay tubos de calor que extraen el calor del RTG y lo distribuyen por el rover para mantenerlo caliente. El lado de rechazo, o lado frío, del RTG está alrededor de 200 grados C, por lo que hay suficiente calor para mantener el rover agradable y calentito.

(música)

Narrador: El freón líquido actúa como “sangre” que bombea a través de una intrincada red de tubos y capta calor a medida que pasa por el RTG. Este sistema circulatorio mantiene calientes los torsos de los rovers Curiosity y Perseverance, del tamaño de un automóvil, pero sus extremidades, como un brazo que sostiene un taladro, aún necesitan calentadores separados para no congelarse en temperaturas que, en invierno, pueden bajar a -120. grados Celsius, o menos 184 grados Fahrenheit.

Si bien el Sojourner, del tamaño de un horno de microondas, y los exploradores Spirit y Opportunity, del tamaño de un carrito de golf, funcionaban principalmente con energía solar, también tenían una fuente de energía nuclear: un corazón palpitante, se podría decir, que los defendía contra el gélido frío marciano.

[3:13] Sabah Bux: Sojourner, Spirit y Opportunity, todos tenían RHU, unidades calentadoras de radioisótopos. Y lo que son es un pedacito de plutonio para mantenerlos calientes en la fría extensión de Marte, como un pequeño calentador de manos.

Narrador: Estos calentadores de manos de plutonio eran más pequeños que el borrador de un lápiz, pero ahorraban mucho energía para esas misiones. En lugar de consumir energía haciendo funcionar muchos calentadores, la preciosa energía eléctrica del rover podría usarse para otras actividades, como conducir y tomar fotografías para enviarlas a la Tierra.

Otra “fuente de energía” para los rovers de Marte es la gente que trabaja en ellos: equipos de miles de personas han supervisado todos los aspectos de las misiones, desde los primeros días del diseño de lo que será un rover, hasta el último día, cuando un rover no podrá conducir. más. Los equipos trabajan muchas horas, día tras día, a menudo abordando múltiples problemas a la vez para mantener el rover en funcionamiento.

[4:17] Las misiones a Marte no solo son difíciles de construir y operar, sino que las personas corren el riesgo de pasar gran parte de su carrera en un proyecto que nunca termina lanzándose a Marte o falla al intentar llegar allí. Por ejemplo, en 1999, el programa de Marte de la NASA perdió tanto el Mars Climate Orbiter (no nuclear) como el Mars Polar Lander justo cuando llegaban a Marte.

Jeffrey Kaye, reportero de PBS NewsHour: En este momento, los ingenieros no saben si el silencio del módulo de aterrizaje es el resultado de una falla técnica evitable o de la mala suerte y la dificultad de aterrizar en una superficie desconocida, tal vez arenosa, tal vez rocosa: 157 millones millas de la Tierra. Es probable que las futuras misiones espaciales, ahora en construcción por equipos de JPL y Lockheed Martin, sean objeto de un mayor escrutinio como resultado de las fallas del orbitador y del módulo de aterrizaje.

[5:08] Narrador: Si bien estos fracasos son desalentadores, pueden proporcionar lecciones valiosas, así como motivación para hacerlo mejor. Aquí está Shonte Tucker, un ingeniero del JPL que trabajó en la misión a Marte que se produjo inmediatamente después de esas pérdidas: los vehículos gemelos Spirit y Opportunity que estaban programados para volar a Marte en 2003.

Shonte Tucker: Pensamos: “Esto tiene que funcionar. Todos, manos a la obra. Nos reuniremos, nos uniremos y llevaremos esto hasta la meta”. Y todos tenían esa actitud, ese espíritu, y estábamos trabajando. Estábamos trabajando muchas horas. Es como, “Está bien, estamos construyendo un vehículo de superficie. ¿Estamos construyendo dos? Ah, ah. ¿Y lo quieres para cuándo? Y nosotros pensamos: "Está bien, hagámoslo". Y entonces, había gente trabajando en el taller de maquinaria las 24 horas del día, había gente que trabajaba muy duro, y eso hacía que fuera más fácil para ti trabajar duro, porque sabías que estabas totalmente involucrado con todos los demás.

[6:02] (música de introducción)

Narrador: Bienvenido a “On a Mission”, un podcast del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Soy Leslie Mullen. En esta cuarta temporada, hemos seguido las huellas de los exploradores en Marte.

Este es el episodio 10: El poder de los Rovers.

(música)

Narrador: Ya sea que obtengan energía de la luz solar o del calor de los radioisótopos, los vehículos exploradores de Marte a menudo necesitan apagarse. Aquí está el ingeniero jefe del JPL, Rob Manning.

[7:07] Rob Manning: Cuando no tienes suficiente electricidad, tienes que agacharte y ser como osos e hibernar. Cada noche, cada vez que el rover se va a dormir, apaga prácticamente todo, incluida la computadora.

Todas nuestras otras naves espaciales, como por ejemplo la Voyager, misiones al espacio profundo, pudimos hacer que el vehículo fuera bastante estable en el sentido de que se encuentra allí en el espacio. El receptor está encendido. Los calentadores están encendidos. La potencia es constante desde los (pausa) Generadores Termoeléctricos de Radioisótopos – no se sale de la lengua – proporcionando un flujo constante de energía, no mucha energía. Pero en cualquier momento que quieras, si quieres hablar con el vehículo, puedes enviarle un comando. Y te escuchará. Y responderá la mayor parte del tiempo.

Nuestros vehículos no pueden hacer eso, debido al hecho de que la energía no está disponible en el mismo grado en Marte y la cantidad de energía necesaria para comunicarse es mucho mayor. Nuestros vehículos realmente están activos de forma intermitente. Nuestros vehículos operan entre 4 y 10 horas al día. Eso es todo. La mayoría de las veces están apagados. ¿Quién hace eso?

[8:08] Narrador: Tiene sentido que un rover impulsado por energía solar se eleve y descanse con el Sol, pero ¿por qué un rover con un RTG necesitaría alguna vez irse a dormir? Esto se debe a que operar un rover a menudo requiere más energía de la que se puede generar en el momento, o incluso de la que se puede almacenar en una batería.

Rob Manning: Ya sea que funcionen con energía solar o RTG (Spirit, Opportunity, Curiosity y Perseverance), todos son básicamente vehículos que funcionan con baterías. Funcionan con baterías recargables y estas baterías se cargan mediante algún otro mecanismo que proporciona una carga gradual. En el caso del RTG, se trata de una carga gradual, del orden de 100 vatios, intentando todo el tiempo inyectar electricidad en esas baterías para mantenerlas cargadas. Pero cuando operamos el rover, descargamos la batería más rápido de lo que se carga.

[8:59] Lo mismo ocurre con la energía solar. Los vehículos de energía solar, aunque obtienen esta agradable explosión de energía del Sol durante el mediodía, la mayor parte de esa energía, aunque el rover también esté encendido, se bombea a la batería para mantenerlo funcionando. Entonces, la idea es que te cargues y obtengas energía de la batería. Y es por eso que estos vehículos pueden operar en cualquier momento durante el día, sólo que no pueden operar por mucho tiempo.

Narrador: Los diferentes equipos de instrumentos del rover deben negociar cuándo pueden operar sus herramientas, basándose en gran medida en las reservas de energía del rover. Algunos instrumentos usan más energía que otros; por ejemplo, el instrumento SAM de Curiosity, que vaporiza muestras de rocas para ver de qué están hechas, usa tanta energía que el rover se detiene cuando está encendido.

(efectos de sonido: pitidos de computadora y zap eléctrico)

Narrador: El primer rover de Marte, Sojourner en 1997, no tenía muchos instrumentos; su objetivo era demostrar que era posible conducir un rover en Marte. Cuando se estaba diseñando el Sojourner, algunos ingenieros pensaron que debería conectarse al módulo de aterrizaje Pathfinder que lo llevó a Marte, porque el módulo de aterrizaje, mucho más grande, generaba y almacenaba más energía. Pero finalmente, se decidió que el Sojourner necesitaba viajar libremente y no estar atado al módulo de aterrizaje.

[10:19] Shonte era un estudiante en prácticas cuando se estaba desarrollando el sistema de energía de Sojourner.

Shonte Tucker: Se estaba trabajando para intentar determinar cuánta energía podría obtener el rover de una célula solar si estuviera parcialmente cubierta de polvo. Así que mi tarea era literalmente tomar una caja de guardarropa, un pequeño ventilador para muffins, una luz para simular el sol, una pequeña celda solar y tenía una pequeña botella exprimible llena de polvo de ladrillo.

Así que tomé esta caja de armario, hice un agujero en la parte superior y puse la lámpara allí para que actuara como el sol. En la parte inferior había una pequeña célula solar. En el costado, tenía un corte que tenía un ventilador para muffins conectado, y tenía un agujero en el lado opuesto donde metí la boquilla de la botella exprimible, y simplemente apreté hasta que pude sacar el polvo de ladrillo. , y daría vueltas y aterrizaría en esa célula solar en la parte inferior.

(pista de efectos de sonido con descripción: caja de corte, zumbido ligero, ventilador, botella exprimible)

[11:26] Shonte Tucker: Y medimos la cantidad de corriente que pudimos extraer de esa célula solar para intentar tener una idea de en qué punto tienes tanta cobertura que no estás extrayendo nada. ¿Más corriente de esta célula solar?

No estábamos tratando de obtener números reales, como, "Vamos a construir un rover basado en lo que averigüemos de esta pequeña celda solar en el fondo de esta caja". Pero fue una de esas cosas como: ¿es uno o son cien? - clase de trabajo. Y pensé que eso era genial. Está muy fuera de lo común. Simplemente estás haciendo cosas que nunca se han hecho antes y dices: "Oye, bueno, tenemos una caja, tenemos algo de polvo, eh, eso está bastante cerca; veamos qué pasa". Ya sabes, ¿es esto realmente representativo de cómo caería el polvo sobre la célula solar? En aquella época no había tanta información como la que tenemos ahora. Y entonces, realmente estábamos tratando de resolver las cosas.

[12:13] Narrador: Usar una caja para pensar fuera de la caja atrajo el amor de Shonte por resolver problemas.

Shonte Tucker: Quiero estar en una reunión donde la gente esté frente a la pizarra, se rasque la cabeza y no tenga idea de adónde ir a continuación. Y luego alguien lanza una idea y luego la gente comienza a ejecutarla y luego alguien más lanza otra idea. Y antes de que te des cuenta, tenemos una solución viable. Y simplemente ver ese tipo de trabajo realizarse de manera tan activa es algo que realmente disfruto. Recuerdo haber visto la película Apolo 13 y ver a la gente preguntarse: "¿Cómo vamos a hacer que esto funcione?"

Película Apolo 13: problemas de energía: John Aaron: Tenemos que apagar todo. Ahora. No lograrán volver a entrar. Gene Krantz: ¿Qué quieres decir con todo? John Aaron: Con todo lo que hay en el LEM, consume 60 amperios. A ese ritmo, en 16 horas las baterías se agotan, no 45. Y también la tripulación. Tenemos que reducirlos a 12 amperios. Ingenieros de la sala de control de operaciones de la misión: Vaya. ¡12 amperios! ¿Cuántos? No se puede hacer funcionar una aspiradora con 12 amperios, John. John Aaron: Tenemos que apagar los radares, la calefacción de la cabina, las pantallas de instrumentos, la computadora de guía, todo el desastre. Jerry Bostick: Vaya. Computadora de guía. ¿Qué pasa si necesitan hacer otra quema? Gene, ni siquiera sabrán hacia dónde apuntan. John Aaron: Cuanto más tiempo hablamos aquí abajo, más jugo desperdician allá arriba...

[13:15] (música)

Narrador: Shonte creció justo al final de la calle del JPL, en Altadena, California. Antes de convertirse en pasante, aprendió a navegar por una de las estructuras de poder más traicioneras jamás conocidas: la escuela secundaria.

Shonte Tucker: Estaba en una escuela donde no había mucha diversidad y, a medida que pasaba a clases de matemáticas más desafiantes y cosas así, hubo momentos en que era el único niño negro en la clase. Y hubo momentos en los que me sentí muy solo. Pensando en eso ahora, no aprecié completamente que esa era una representación de cómo sería mi educación a medida que continuaba el camino para obtener un título en ingeniería. Entonces eso fue un poco desafiante.

[14:02] Y al comenzar la escuela secundaria, fui intimidado y llegué a un punto en el que pagué por protección. Pensé: "Está bien, esto da un poco de miedo". Fue simplemente horrible. Entonces dije: “Bueno, veamos aquí. ¿Qué puedo hacer?" Y yo digo: “Me haré amigo de los jugadores de fútbol. Me haré amigo de los grandes que están en la línea ofensiva y defensiva”. Así que me hice amigo de unos tres de ellos, y todos los jueves por la noche, durante el show de Cosby, estaba en la cocina, haciendo brownies y mezclando Gatorade, y se lo llevaba justo antes del partido, y ellos me protegieron. Fue asombroso. Reconocieron que yo era su suministro, lo que significaba que nadie podía meterse con el suministro. Y entonces fue cuando me di cuenta de que, ya sabes, a veces tienes que pensar fuera de lo común, muy fuera de lo común, para resolver tus problemas.

Narrador: Fortalecido por esta alianza, Shonte disfrutó de la escuela secundaria. Pero cuando presentó su solicitud para ingresar a la universidad, nuevamente se sintió señalada.

Shonte Tucker: Lo que fue muy doloroso para mí en ese momento fue que mi carta de aceptación decía: "Felicitaciones. Has sido aceptado en UC San Diego bajo nuestro programa de acción afirmativa para estudiantes".

[15:09] Y yo dije: "Pero mis calificaciones son mucho mejores, y los puntajes de mis exámenes y mis recomendaciones y todas estas cosas, son mucho mejores que los de algunos de mis amigos blancos que ingresaron sin adaptaciones especiales". Y, “Si no hubiera un mandato que les exigiera aceptarme, ¿me habrían aceptado, aunque estoy más que calificado para estar allí?” Hasta el punto que fui admitido directamente al departamento de ingeniería; Ni siquiera tuve que pasar por el período de prueba... ya sabes, después de cierto número de clases, tienes un 2.5 o 2.0, y ahora puedes entrar al departamento. Ni siquiera tuve que pasar por eso. Me aceptaron de inmediato. Y pensé: "Si tengo el talento suficiente para hacer todas estas cosas, supero todos estos requisitos y estoy muy por delante de mis amigos que están allí, ¿por qué es esta la única opción?". ¿razón?"

[15:58] Entonces le dije a mi mamá: “No quiero ir a la escuela allí. ¡Sólo me llevan porque tienen que hacerlo! Y mi mamá me dice: “¿Ves cuánto dinero te están dando? Oh, te vas”. (risas) Y así me fui, y ya sabes, fui muy afortunado por las experiencias que tuve allí. Y fue entonces cuando encontré una comunidad: la Sociedad Nacional de Ingenieros Negros. Y yo digo: “Esto es genial. Es tan agradable tener un grupo de afinidad que puedo respirar. Puedo bajar mis hombros. Y no tengo que sentirme tan diferente como me siento sentado en clase todos los días”.

Fue realmente un despertar. Y miro esa carta y pienso, realmente apesta, que esta sea la única razón por la que entré. Pero aprendí de mi mamá que no importa cómo cruzas la puerta. Importa lo que hagas al otro lado.

Narrador: Shonte sabía desde que visitó el JPL a los 10 años que algún día quería diseñar naves espaciales. Y por eso hizo una pasantía en el laboratorio todos los veranos durante la universidad, y las diferentes pasantías la llevaron a los sistemas de energía.

[16:58] Shonte Tucker: Un verano, hice algunas pruebas térmicas. Había un interruptor de alimentación de estado sólido para la nave espacial Cassini, y querían aumentar y bajar la temperatura para realizar un ciclo en el entorno en el que se encontraba el interruptor, para ver si con el tiempo se estropeaba porque se ciclaba de tal manera. mucho y las piezas empiezan a desmoronarse. Y yo dije: "Vaya, realmente me gusta esto".

Y en ese momento, estaba en mi segundo año en UC San Diego y en ingeniería mecánica. Y fue entonces cuando comencé a estudiar termodinámica, al año siguiente, a estudiar transferencia de calor. Y me di cuenta de que si hacía calor y fluía, como la mecánica de fluidos y cosas así, realmente me gustaba y lo disfrutaba. Y así, continué tomando esas clases y comencé a inclinarme por tareas que tenían un poco más de ciencias térmicas. Comencé a aprender más sobre los Generadores Termoeléctricos de Radioisótopos y el ciclo termodinámico asociado a ellos. Y pensé que eso era genial. Y me di cuenta cada vez más de que ahí era donde estaba mi interés.

[18:00] Y así, mi proyecto de tesis terminó siendo una celda convertidora térmica a eléctrica de metal alcalino, una celda AMTEC, que toma calor en un lado y lo convierte en electricidad que podría usarse en una misión de vuelo. La tecnología está totalmente muerta ahora y no pude usarla como esperaba. (risas)

Narrador: La investigación de las posibilidades energéticas de diferentes reacciones químicas ha ayudado a impulsar la evolución del poder del rover. Para el rover Sojourner y el módulo de aterrizaje Pathfinder, el tipo de baterías químicas disponibles en ese momento determinó cuánto podría durar la misión. Aquí está Rob Manning otra vez.

Rob Manning: Desde principios hasta mediados de los años 90, no teníamos tecnología de baterías de iones de litio. Little Sojourner, era una batería de litio-tionilo, pero el módulo de aterrizaje Pathfinder tenía una batería de plata-zinc, una batería muy antigua que se utiliza a menudo en aplicaciones automotrices. Y estas baterías solo se usaron una vez. Las llamamos baterías primarias: las descargas y, cuando terminas, no queda más energía almacenada. En realidad, esta batería no estaba destinada a ser recargada. Solíamos llamarla "batería casi recargable". Así que intentamos recargarlo.

[19:10] No sé si recuerdas los viejos tiempos cuando tenías baterías recargables, comprabas este pequeño cargador en el que colocabas tus pequeñas baterías AA que supuestamente eran recargables. Y los enchufas y les sacas un poco más de energía, y cada vez que lo hacías, empeoraban cada vez más. Y muy pronto, las baterías las tiraste a la basura. Así que esa es la situación de Pathfinder. Después de aproximadamente un mes, nuestra batería estaba prácticamente inútil.

Narrador: Una vez que se agotó la batería del Pathfinder, los calentadores del módulo de aterrizaje solo podían funcionar cuando la energía fluía de los paneles solares durante el día. Por la noche, Pathfinder quedó a merced del frío marciano.

Rob Manning: Cuando la batería del Pathfinder se agotó, toda la energía provino del panel solar. Y teníamos que despertarnos con un panel solar por la mañana e intentar operar durante la parte más solar del día. Sojourner hizo lo mismo; sin embargo, cuando se puso el sol, Sojourner puede mantenerse caliente con su propia fuente de calor interna. Pathfinder no tenía una fuente de calor, por lo que Pathfinder se enfriaba cada vez más. Y así, después de 87 días, Pathfinder abandonó el fantasma.

[20:09] (música)

Narrador: El fin de Pathfinder, mucho después de su vida útil prevista de 30 días, también puso fin a la misión de Sojourner. El rover necesitaba el módulo de aterrizaje para transmitir sus mensajes, porque Sojourner no tenía suficiente potencia para hablar directamente con la Tierra.

Los siguientes vehículos exploradores de Marte, Spirit y Opportunity, tenían baterías más avanzadas y sus paneles solares generaban suficiente energía para enviar y recibir comunicaciones sin la ayuda de un módulo de aterrizaje. Pero el poder de los rovers todavía era extremadamente limitado, como descubriría Shonte. Ahora empleada en la sección térmica y de propulsión del JPL, una de sus tareas para Spirit y Opportunity era desarrollar calentadores para piezas que no se mantenían calientes mediante las RHU de plutonio del rover.

[20:58] Shonte Tucker: Como ejemplo, teníamos el mecanismo de elevación del rover. Hablé con uno de los ingenieros. Le dije: "¿Cuánta energía crees que necesitamos para mantener el mecanismo de elevación del rover a la temperatura adecuada, de modo que cuando aterricemos en Marte, no haga demasiado frío para accionarlo? Ya sabes, podemos hacer lo que sea necesario". ¿Se necesita para permitir que funcione, y realmente se levantará y dejará que el rover se vaya?

Narrador: Inmediatamente después de aterrizar en Marte, los rovers todavía estaban encerrados en plataformas de aterrizaje. Las plataformas tenían que abrirse, y luego el mecanismo de elevación del rover liberaría al rover de sus ataduras en el módulo de aterrizaje y lo levantaría para que sus ruedas pudieran desplegarse desde su posición de almacenamiento. Sólo entonces el rover podría salir de la plataforma y dirigirse a Marte.

Shonte Tucker: Y el ingeniero dijo: "Está bien, esta es la cantidad de energía que necesitamos". Entonces dije: "Está bien, eso es genial". Entonces, ahora que sé cuánta energía se necesita y cuánto voltaje del bus obtenemos, puedo diseñar un calentador. Y sabiendo cuánto espacio tengo para trabajar para colocar un calentador, puedo diseñar el tamaño de ese calentador. Y sabiendo cuánta energía se requiere, puedo dimensionar la resistencia de ese calentador para entregar esa cantidad de energía cuando el bus se enciende y entrega el voltaje.

[22:07] (efecto de sonido: chisporroteo de voltaje eléctrico)

Shonte Tucker: Ahora tienes que hablar con los otros ingenieros de sistemas y asegurarte de que nos dejen tener ese poder. Y yo dije: “Bueno, por supuesto, nos dejarán tener el poder. Eso es lo que necesitamos. Quiero decir, este es el mecanismo de elevación del rover. Si no tenemos funcionando el mecanismo de elevación del rover, no saldremos del módulo de aterrizaje. Seguramente nos van a dar exactamente lo que estamos pidiendo”.

Entonces, entré a la reunión sobre energía y dije: "Oye, esta es la cantidad de energía que necesitamos para el mecanismo de elevación del rover". Dijeron: “Eso es demasiado. No puedes tenerlo”. Yo estaba como, “¿Q-qué quieres decir? Este es el poder que calculamos que necesitamos”. Y dijeron: "Bueno, haz que funcione con un 35% menos de energía". Y yo dije: "¿Estás bromeando?" (risas) Este fue un momento discordante en mi carrera.

Entonces fui y hablé con el ingeniero y le conté lo sucedido. Y cuando recuperó el aliento y se levantó del suelo, descubrimos cómo íbamos a intentar hacer que esto funcionara.

[22:59] Tuvimos que afilar mucho el lápiz y decir: “¿Realmente necesitamos tanto? ¿Y qué sucede si tenemos una manta en esta área, o si la calentamos, y es posible que el mecanismo de elevación no se enfríe tanto porque está más cerca de cosas que están más calientes? Y pensar más en el entorno en el que se encuentra y determinar realmente si estábamos siendo demasiado conservadores en nuestras suposiciones sobre el medio ambiente. Entonces tal vez no necesitábamos tanto calor y esperamos lo mejor.

Y, sinceramente, estábamos muy nerviosos, pero lo que nos ayudó fue que sabíamos que íbamos a probarlo. Y en la prueba, tendríamos la oportunidad de ver si estábamos aplicando suficiente energía para mantener el mecanismo del rover a la temperatura adecuada. Y entonces, lo que sabíamos al final del día era que, si entramos y lo probamos y simplemente no podíamos hacerlo funcionar, el proyecto tendría que ceder más poder. Y eso nos trajo una gran calma.

Y resulta que pudimos reducir la energía. No teníamos mucho margen. Cuando aterrizó en la superficie de Marte, nadie tenía más miedo que yo de que el mecanismo del rover estuviera demasiado frío y de que nunca sacaríamos el rover del módulo de aterrizaje. (risas) Pero todo salió bien.

[24:08] Mars Exploration Rover (MER) Spirit Mission Control 1: “Alfa-alfa-charlie-tango-subrayado-romeo-dos-uno-nueve-seis-decimal-alfa-decimal-cero-cero” es nuestra orden ; Es el recorrido de 3 metros más importante de la historia. (risas) MER Spirit Mission Control 2: Envío a mi marca, tres, dos, uno, marca. (aplausos)

Shonte Tucker: Una vez que llegamos a la superficie de Marte, pudimos ver las temperaturas que el rover realmente estaba viendo en ese entorno. Y eso fue realmente genial, porque realmente nos dio esos puntos de datos que necesitábamos para Curiosity y más tarde para Perseverance.

(música)

Narrador: Sojourner, Spirit y Opportunity aterrizaron cerca del ecuador de Marte, que recibe la mayor cantidad de luz solar y tiene las variaciones menos extremas de temperatura. Cuando se estaba desarrollando el rover Curiosity, la NASA quería más flexibilidad en cuanto a dónde podría ir el rover en Marte. Aquí está Sabah Bux de nuevo.

[25:12] Sabah Bux: Lo bueno de usar RTG es que pueden llegar a donde la energía solar no puede, por ejemplo, las latitudes más altas de Marte, donde hay menos luz solar durante parte del año. Queremos una misión que vaya a esas áreas o que opere durante el invierno marciano. Spirit y Opportunity, cuando llegó el invierno marciano, los rovers se quedaron en silencio. Frente a Perseverancia y Curiosidad, dado que utilizan RTG, están en funcionamiento continuo.

Narrador: Los RTG tampoco son tan vulnerables como los paneles solares al polvo parecido al talco que cubre todo en Marte. Aunque los paneles solares alimentaron al Spirit durante más de seis años y al Opportunity durante casi quince, el polvo a menudo limitó su capacidad para generar energía.

Sabah Bux: Cuando hay mucho polvo en Marte, o se acumula mucho polvo en las células solares, la producción de energía disminuye. Tuvimos mucha suerte con Spirit y Opportunity: tuvimos muchos vendavales que nos quitaron el polvo.

[26:09] (efecto de sonido: tormenta de viento)

Sabah Bux: Quiero decir, se suponía que Spirit y Opportunity solo durarían 90 días. Es sorprendente que duraran tanto con las células solares. Pero desafortunadamente, en algún momento, el polvo fue demasiado. Descanse en paz, Espíritu y Oportunidad. No sobrevivieron.

(efecto de sonido: tormenta de viento)

Sabah Bux: Pero con un RTG, no tienes muchos problemas con las tormentas de polvo. Pueden seguir y seguir y seguir. Entonces, Curiosity ha estado funcionando durante los últimos 10 años en Marte, y ahora esperamos que Perseverance dure el mismo tiempo.

Narrador: Si bien Curiosity y Perseverance marcaron un cambio en los sistemas de energía de los rovers, no fueron las primeras misiones a Marte en utilizar RTG.

Sabah Bux: Hemos tenido RTG en Marte desde los módulos de aterrizaje Viking, que usaban algo conocido como RTG “SNAP-19”.

[27:07] Narrador: SNAP significa "Sistemas de energía auxiliar nuclear". El SNAP-19 RTG fue el primer sistema de energía radioisótopo de la NASA, utilizado en 1968 para el satélite Nimbus III que monitoreaba el clima de la Tierra. Cuando los Vikings 1 y 2 aterrizaron en Marte en 1976, sus RTG SNAP-19 debían durar tres meses, pero en realidad funcionaron durante muchos años. La NASA ahora utiliza diferentes tipos de RTG en varias naves espaciales, según los objetivos y destinos de las misiones.

Sabah Bux: Curiosity y Perseverance están utilizando algo conocido como Generador Termoeléctrico de Radioisótopos Multimisión, o MMRTG. Entonces, “Misión múltiple” significa que se puede usar en el vacío del espacio o en una atmósfera planetaria presurizada. Multi-Mission puede hacer ambas cosas, a diferencia de algo conocido como GPHS-RTG, o RTG de varios cientos de vatios: solo se pueden usar en el vacío del espacio.

[28:12] Y a veces está ligado a la tecnología que se utiliza. Curiosamente, en Perseverance y Curiosity, estamos usando tecnología muy similar, en términos de materiales termoeléctricos, a la que usábamos en la época vikinga.

Narrador: Los materiales termoeléctricos son las partes del RTG que convierten el calor emitido por el plutonio-238 en energía que el rover puede utilizar.

Sabah Bux: Hay diferentes tipos de materiales que convertirán el calor en electricidad. Se pueden utilizar metales. En realidad, eso es lo que se usa en cosas conocidas como termopares para medir el calor; por ejemplo, su horno usa un termopar. Definitivamente puedes usar metales, pero no son tan eficientes.

Entonces, las propiedades que se buscan para los materiales termoeléctricos son la conductividad eléctrica de un metal (muy fácil de conducir electricidad) y luego las propiedades térmicas de un vidrio o una cerámica. Una cerámica es lo opuesto a un metal, lo que significa que no conduce electricidad, por lo que suelen ser aislantes.

[29:11] Lo que queremos hacer es transmitir la electricidad, pero mantener el lado caliente caliente y el lado frío frío.

(música)

Sabah Bux: Piense en ello como si fuera una olla de cobre. El cobre, como todos sabemos, es un buen conductor de la electricidad. Entonces, si tengo una olla de cobre, si la pongo en la estufa, se calienta muy, muy rápido. Y eso se debe a la alta conductividad térmica del cobre. Transmite el calor muy, muy bien.

Bueno, si voy al otro lado del espectro con, digamos, arena, por ejemplo, si estás en la playa, ya sabes, la capa superior de arena está muy, muy caliente en un día caluroso, pero la parte inferior La capa es agradable y fría, ¿verdad? La arena no conduce muy bien el calor.

Queremos tener el híbrido perfecto de las dos clases de materiales, y eso es en una clase conocida como semiconductores. Y un semiconductor está en algún lugar entre un metal y una cerámica, por lo que tiene cierta conducción eléctrica y algunas propiedades térmicas que lo hacen ideal para la termoeléctrica.

[30:03] Narrador: El interés de Sabah por la ciencia cambió del frío al calor mientras crecía en el sur de California.

Sabah Bux: Curiosamente, odiaba la ciencia (risas) cuando era joven. Odiaba la ciencia y en química de la escuela secundaria tenía dificultades. Y había diferentes personas tratando de ayudarme, y simplemente no podía conseguirlo y me estaba frustrando mucho. Y entonces, de repente, se encendió la bombilla en mi cerebro.

(efecto de sonido: el interruptor se enciende, la bombilla zumba)

Sabah Bux: En realidad, fue un problema de calor. Interesante: ¡tal vez todo esto confluya! Se trataba del calor de la reacción. De repente, hizo clic. Luego lo miré y pensé: "Oh, esto es fácil". Y eso fue todo. Lo tengo. Y así, después de eso, la química tuvo sentido para mí, así que seguí persiguiéndola.

Avancemos unos años, recién terminé la escuela secundaria, estaba a punto de comenzar la universidad y no estaba muy seguro de lo que quería hacer. Y vine al JPL para su jornada de puertas abiertas y siempre me ha interesado la NASA.

[31:02] (música)

Sabah Bux: Y estoy caminando y voy a este stand donde hablan sobre sistemas de energía. Uno de los chicos estaba hablando de este increíble material conocido como aerogel.

El aerogel es un material sólido que es súper, súper poroso y los poros están llenos de aire. Entonces es como 99,9% aire y 0,1% es sólido. Es muy, muy liviano y, como tiene mucho aire, es un excelente material aislante.

Y entonces, lo estaba sosteniendo y parecía humo sólido. Parecía una nube sólida. Fue simplemente lo mejor. Y yo dije: "Vaya, eso es increíble". Y me vio mirándolo intrigado y me dijo: "¿Quieres sostenerlo?". Yo digo: "¿En serio?" Entonces me dejó sostenerlo. Así que ese fue un gran punto de inflexión: "Guau, materiales, química, aerogeles". Diez años después, termino trabajando con él en el laboratorio de termoeléctrica.

[32:03] Narrador: Sabah ahora usa aerogel, así como otros materiales avanzados, para convertir el calor de radioisótopos en electricidad para naves espaciales, en un proceso diferente al de cómo las plantas de energía nuclear generan energía.

Sabah Bux: Cuando escuchas la palabra “nuclear”, el cerebro de la mayoría de las personas automáticamente piensa en armas nucleares o plantas de energía nuclear. Esas son reacciones de fisión (división de átomos) y son muy, muy poderosas. Entonces, en términos de un reactor nuclear, estamos en un estado de energía súper alta, y solo tienes un montón de energía acumulada que necesita ser liberada, y eso es lo que recolectamos para la generación de energía.

En el caso de un radioisótopo, no es tan energético. Y es fisión espontánea, lo que significa que no está creando un reactor nuclear, y no está creando una gran cantidad de energía en exceso, aparte de calor y radiación alfa.

Algo así como las palomitas de maíz, ya sabes, cuando estás tratando de calentar palomitas de maíz, y tienen toda esa energía, y quieren que les guste el pop – eso es como un reactor de fisión nuclear, donde cuando explota, se va. "¡estallido!"

[33:06] (efecto de sonido – palomitas de maíz estallando)

Sabah Bux: Se libera una enorme cantidad de energía, en comparación con un pequeño grano que es como estar ahí en aceite caliente: simplemente se va a cocinar.

Narrador: La próxima vez que vayas al cine, puedes pensar en tus palomitas de maíz como pequeñas explosiones de energía nuclear y, en el fondo de la bolsa, los granos que no explotaron, pero que están tan calientes que podrían quemarte. lengua, como combustible que mantiene en funcionamiento un vehículo explorador en Marte.

(música)

Narrador: La radiación alfa emitida por el núcleo caliente sin reventar en Curiosity and Perseverance está compuesta de partículas cargadas positivamente que no pueden viajar muy lejos ni penetrar la mayor parte de la materia. Pero si las partículas alfa se inhalan, se tragan o ingresan al torrente sanguíneo a través de una herida, pueden ser dañinas. Reducir las posibilidades de tal exposición es una de las razones por las que el plutonio se encuentra en forma de cerámica, muy parecida a una taza de café. También está rodeado de capas de materiales resistentes, y el tiempo que se puede dedicar a unir el RTG al rover es estrictamente limitado.

[34:15] Sabah Bux: Cuando integramos el RTG, monitoreamos los niveles de exposición de las personas. Quiero decir, la radiación alfa es relativamente segura. Se puede bloquear con un trozo de papel. Sin embargo, queremos asegurarnos de no exponer a las personas más de lo necesario.

Narrador: El RTG es la última parte que se incluye en el rover, y se agrega en la plataforma de lanzamiento después de que el rover se coloca encima del cohete para su vuelo a Marte. Esa roca caliente se maneja con mucho cuidado con una garra especializada (una versión de alta tecnología de guantes de cocina y un atizador de chimenea) para atornillar el RTG en su lugar en el rover. Luego, mientras el cohete espera para despegar, un sistema de refrigeración muy parecido al radiador de un automóvil evita que se acumule calor dentro de la cápsula espacial.

[35:08] Por muy poderosos que sean los RTG, no son una forma muy eficiente de generar energía. De los 2.000 vatios de calor de un RTG, sólo unos 100 vatios se transforman en electricidad.

Sabah Bux: Los sistemas de energía tradicionales con radioisótopos funcionan muy bien. Son súper resistentes, tienen una larga vida útil y la NASA los ha estado utilizando con éxito durante más de 50 años. Pero el desafío es que tenemos una gran pérdida de calor. Tienen una eficiencia del orden del 6%. Y entonces, lo que estamos tratando de hacer es hacerlos entre un 10 y un 20% más eficientes, para que podamos tener más poder para hacer más ciencia y explorar otras partes de nuestro sistema solar.

Narrador: Sabah no se centra específicamente en el poder de los vehículos exploradores de Marte; en cambio, está mejorando los sistemas de energía para todas las misiones espaciales de la NASA.

Sabah Bux: Existe una gran demanda de RTG en el futuro para misiones a planetas exteriores donde los RTG son esenciales. Entonces, misiones a Urano y Neptuno, potencialmente a otros mundos oceánicos. Y hay conceptos que se han desarrollado en el JPL que utilizarían un RTG para derretir el hielo y llegar a los océanos de Europa o Encelado.

[36:21] Entonces, lo que estamos haciendo ahora podría tener un gran impacto en nuestras misiones en el futuro, y ser parte de eso es simplemente estimulante.

(música)

Narrador: La decisión de qué tipo de poder utilizar depende de los objetivos de la misión. Por ejemplo, la próxima misión de la NASA a Marte utilizaría energía solar en lugar de RTG. Se espera que la misión Mars Sample Return, que planea recuperar muestras de rocas que Perseverance está recolectando actualmente, sea una operación rápida y específica, en lugar de una residencia de larga duración.

Sabah Bux: Nunca hemos perdido una misión debido al RTG. Siempre ha sido otra cosa. Pero el costo es una gran limitación. Depende de su clase de misión y sus objetivos científicos, y de lo que esté tratando de obtener de ella, si tiene más sentido optar por la energía solar, que es más barata y también muy poderosa, en comparación con un RTG.

[37:18] Narrador: Shonte, quien ayudó a diseñar los cinco vehículos exploradores de Marte de la NASA, ha tenido que asegurarse de que el equilibrio de poder funcione. Cuando un aspecto del sistema se sobrecarga, puede provocar quemaduras, y no sólo para los rovers.

Shonte Tucker: Cuando ves ese retrato familiar y dices: “Dios mío, ¿pasamos de ahí a aquello? Oh Dios mío." Pero nunca llegamos a un punto en el que pensamos: “Esto es suficientemente bueno. Vamos." A veces terminamos trabajando tan duro porque simplemente no paramos. Pensamos: “Bueno, si podemos hacer esto, apuesto a que podríamos hacerlo. Y si hacemos esto, absolutamente tenemos que hacerlo”. Y dices: “Amigo, hace como un mes que no veo el interior de mis párpados. Me estás matando aquí”. "Sí. ¡Pero va a ser genial!” (Risas) Entonces, a veces tenemos problemas para dejarlo ir. Y a veces tenemos tanta suscripción y todavía tenemos que hacerlo todo, que terminamos hundiéndonos.

[38:16] Una noche espeluznante en el JPL, estaba caminando desde las instalaciones de ensamblaje de naves espaciales. Era muy, muy tarde. Y estaba en este punto de cansancio en el que estás tan, tan cansado, y casi como si estuvieras viendo cosas, estás tan cansado, totalmente con cafeína y agotado al mismo tiempo. Y entonces, estoy caminando hacia el taller mecánico, ¡y entonces escucho este boom!

(efecto de sonido de un portazo metálico)

Shonte Tucker: Y yo dije: "Dios mío, Dios mío, ¿qué es?" ¡Y luego escucho este ksssh!

(efecto de sonido: piezas de metal cayendo)

Shonte Tucker: Yo digo: "¡Dios mío!" Y luego estoy temblando y enloqueciendo y digo: "¿Qué está pasando?" Y entonces miro al cielo y digo: "¡Así es como termina!". Ya sabes, totalmente asustado. Y me di cuenta de que era uno de los técnicos que abría la puerta, tomaba un enorme contenedor de virutas de metal y lo tiraba a la papelera de reciclaje.

[39:04] (efecto de sonido: piezas de metal cayendo)

Shonte Tucker: Y fue entonces cuando me di cuenta de que hay un punto en el que tu cuerpo simplemente dice: “Ya terminaste. (risas) Has llegado a una locura y no deberías estar cerca del hardware o no deberías hacer nada que involucre tu seguridad o la de los demás”. Pensé: "Está bien, oficialmente estoy alucinando y es hora de irme a casa".

Fue un gran descubrimiento para mí, porque realmente necesitamos establecer un mejor equilibrio entre la vida y el trabajo. Ahora parte de esto es autoinfligido, ya sabes, porque pensamos: "No me iré hasta que termine esto". Y dices: “Amigo, no va a caer del cielo. Puedes resolverlo mañana”.

Y la gente piensa: "Oh, si tuviéramos una semana más, sería fantástico". Pero cuando se trata de una misión a Marte, cuando piensas en esa ventana de oportunidad para llegar a Marte, tienes dos meses, como cada dos años, según, ya sabes, la propulsión y la alineación de los planetas. Y tienes que hacerlo funcionar. Esto no es como un orbitador de la Tierra en el que simplemente estás dando vueltas y piensas: "Eh, iremos la semana que viene, eh, el mes que viene". No tienes esa opción cada vez que te vuelves interplanetario. Y así, la gente termina trabajando muy, muy duro.

[40:10] (música)

Narrador: A pesar de la naturaleza a menudo agotadora de trabajar en vehículos exploradores de Marte, Shonte recupera sus energías al considerar todo lo que logran estas misiones.

Shonte Tucker: Realmente me encanta que la ciencia nos dé esta razón para pensar fuera de lo común y diseñar cosas interesantes. Y realmente me encanta que el JPL, y la NASA en su conjunto, piensen mucho más allá de lo que puedas imaginar, y propongamos estas excelentes soluciones, esta tecnología que nació al ir a algún lugar y hacer algo que nunca has hecho. Eso es lo que me entusiasma mucho con respecto a Marte, además de tener un rover que está en otro planeta haciendo cosas interesantes.

[40:54] Y simplemente estar en esas habitaciones con gente donde estás listo para arrancarte el pelo y tienes la cabeza gacha; dices: "¡Que alguien traiga un café aquí!". Y estás trabajando y resolviendo problemas. Es algo que me apasiona muchísimo.

Narrador: Estamos “en una misión”, un podcast del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Este episodio fue producido en cooperación con el Centro de Investigación Glenn de la NASA y el Departamento de Energía de EE. UU. Si le gustó este episodio, síganos y califíquenos en su plataforma de podcasts favorita. Y asegúrese de ver los otros podcasts de la NASA: todos se pueden encontrar en NASA dot gov, barra diagonal, podcasts.

(Duración del episodio = 41:32)

NASA/JPL-Caltech

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