El poder de los rovers

Apr 08, 2023

14 de noviembre de 2022

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

(música)

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

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

Narrador: Ese es Sabah Bux, un tecnólogo que trabaja en el 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 los Estados Unidos.

[0:52] Narrador: El Departamento de Energía proporciona a la NASA RTG para naves espaciales, incluidas las que se utilizan para los rovers Curiosity y Perseverance. El RTG contiene dióxido de plutonio, que es principalmente plutonio-238, un isótopo radiactivo, o "radioisótopo", que está hecho para tener un desequilibrio en la cantidad 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 solo 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 hace brillar la luz y obtienes 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 de atrás, como la cola del rover. Entonces, hay tuberías de calor que extraen el calor del RTG y lo distribuyen sobre el rover para mantenerlo caliente. El lado de rechazo, o el lado frío, del RTG es de alrededor de 200 grados C, por lo que hay mucho 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 tuberías y acumula calor al pasar por el RTG. Este sistema circulatorio mantiene calientes los torsos del rover Curiosity y Perseverance del tamaño de un automóvil, pero sus extremidades, como un brazo que sostiene un taladro, aún necesitan calentadores separados para que no se congelen 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 rovers Spirit y Opportunity, del tamaño de un carrito de golf, funcionaban principalmente con energía solar, también tenían una fuente de energía nuclear, un corazón que late, se podría decir, que los defendió contra el gélido frío marciano.

[3:13] Sabah Bux: Sojourner, Spirit y Opportunity, todos tenían RHU, unidades de calentadores 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 cada uno más pequeños que un borrador de lápiz, pero eran grandes ahorradores de energía para esas misiones. En lugar de gastar energía para hacer funcionar muchos calentadores, la valiosa 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 rover de Marte son las personas que trabajan en ellos: equipos de miles han supervisado todos los aspectos de las misiones, desde los primeros días de diseño de lo que será un rover, hasta el último día en que un rover puede conducir sin más. Los equipos trabajan muchas horas, día tras día, a menudo abordando múltiples problemas a la vez para mantener el rover en marcha.

[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, o bien nunca llega a lanzarse a Marte, o falla al intentar llegar allí. Por ejemplo, en 1999, el programa Mars 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 punto, los ingenieros no saben si el silencio del módulo de aterrizaje es el resultado de una falla técnica prevenible, o de la mala suerte y la dificultad de aterrizar en una superficie desconocida, quizás arenosa, quizás rocosa: 157 millones millas de la Tierra. Es probable que 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 son desalentadores, tales fallas pueden proporcionar lecciones valiosas, así como también motivación para hacerlo mejor. Aquí está Shonte Tucker, un ingeniero del JPL que trabajó en la misión a Marte que se produjo justo después de esas pérdidas: los rovers gemelos Spirit y Opportunity que estaban programados para volar a Marte en 2003.

Shonte Tucker: Estamos como, "Esto tiene que funcionar. Todos, todos, manos a la obra. Vamos a reunirnos, vamos a unirnos y vamos a hacer esto hasta el final". línea." Y todos tenían esa actitud, tenían ese espíritu, y estábamos moliendo. Trabajábamos muchas horas. Es como, "Está bien, estamos construyendo un rover. Uh, ¿estamos construyendo dos? Oh, oh. ¿Y lo quieres para cuándo?" Y decimos: "Está bien, hagámoslo". Y así, tenías gente trabajando en el taller de máquinas las 24 horas del día, tenías gente que trabajaba muy duro, y te facilitaba trabajar duro, porque sabías que estabas totalmente involucrado con todos los demás.

[6:02] (música de introducción)

Narrador: Bienvenidos a "On a Mission", un podcast del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Soy Leslie Mullen. En esta cuarta temporada, hemos estado siguiendo las huellas de los rovers 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 rovers 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. Todas las noches, cada vez que el rover se va a dormir, apaga prácticamente todo, incluida la computadora.

Todas nuestras otras naves espaciales, como por ejemplo, Voyager, misiones en el espacio profundo en las que pudimos hacer que el vehículo fuera bastante estable en el sentido de que se sienta allí en el espacio. El receptor está encendido. Los calentadores están encendidos. La energía es constante de los generadores termoeléctricos de radioisótopos (pausa), no se sale de la lengua, proporcionando un flujo constante de energía, no mucha energía. Pero en cualquier momento que desee, si desea hablar con el vehículo, puede 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 Marte en la misma medida, y la cantidad de energía requerida para comunicarse es mucho mayor. Nuestros vehículos realmente están intermitentemente activos. Nuestros vehículos operan entre 4 y 10 horas al día. Eso es todo. La mayor parte del tiempo están apagados. ¿Quién hace eso?

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

Rob Manning: Ya sea con energía solar o RTG (Espíritu y Oportunidad y Curiosidad y Perseverancia), todos son básicamente vehículos que funcionan con baterías. Funcionan con baterías recargables, y estas baterías se cargan a través de algún otro mecanismo que proporciona una carga gradual. En el caso del RTG, es una carga gradual, por una suma de 100 vatios, todo el tiempo tratando de arrojar electricidad a esas baterías para mantenerlas cargadas. Pero cuando estamos operando el rover, estamos descargando la batería más rápido de lo que se está cargando.

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

Narrador: Los diferentes equipos de instrumentos del rover deben negociar cuándo pueden operar sus herramientas, en gran medida en función de 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 está parado 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 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 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 realizando un trabajo para tratar de determinar cuánta energía podría obtener el rover de una celda solar si estuviera parcialmente cubierta por polvo. Así que mi tarea era tomar literalmente una caja de guardarropa, un pequeño ventilador para panecillos, una luz para simular el sol, una pequeña celda solar y tenía una pequeña botella comprimible que estaba llena de polvo de ladrillo.

Así que tomé esta caja de guardarropa, corté un agujero en la parte superior y puse la lámpara allí para que actuara como el sol. En la parte inferior había una pequeña celda solar. En el costado, tenía un recorte que tenía un ventilador para muffins enchufado, y tenía un orificio en el lado opuesto en el que metí la boquilla de la botella exprimible, y simplemente apreté hasta que pude sacar el polvo de ladrillo. , y se arremolinaría, y aterrizaría en esa celda 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 mediríamos la cantidad de corriente que pudimos extraer de esa celda solar para tratar de tener una idea, ¿en qué punto tienes tanta cobertura que no estás extrayendo nada? más corriente de esta celda solar?

No estábamos tratando de obtener números reales, como, "Vamos a ir y construir un rover basado en lo que averigüemos de esta pequeña celda solar en la parte inferior 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 tan lejos de la caja. 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". Sabes, ¿es esto realmente representativo de cómo caería el polvo sobre la celda solar? En ese momento, realmente 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 en la pizarra y se rasquen la cabeza y no tengan idea de adónde ir después. 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 solo ver ese tipo de trabajo tan activamente es algo que realmente disfruto. Recuerdo haber visto la película Apolo 13 y simplemente ver a la gente pensar: "¿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 en el LEM consume 60 amperios. A ese ritmo, en 16 horas las baterías están agotadas, no 45. Y también lo está la tripulación. Tenemos que reducirlos a 12 amperios. Ingenieros de la sala de control de operaciones de la misión: Vaya. ¡12 amperios! ¿Cuántos? No puedes hacer funcionar una aspiradora con 12 amperios, John. John Aaron: Tenemos que apagar los radares, el calentador de la cabina, las pantallas de instrumentos, la computadora de guía, todo el éxito. Jerry Bostick: Vaya. Ordenador de guiado. ¿Qué pasa si necesitan hacer otra quemadura? Gene, ni siquiera sabrán en qué dirección apuntan. John Aaron: Cuanto más tiempo hablemos aquí abajo, más jugo desperdiciarán allá arriba...

[13:15] (música)

Narrador: Shonte creció justo al final de la calle de 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 avanzaba hacia las clases de matemáticas más desafiantes y demás, 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 en el camino de obtener un título en ingeniería. Así que eso fue un poco desafiante.

[14:02] Y al pasar a la escuela secundaria, me intimidaron y llegué a un punto en el que pagué por la protección. Yo estaba como, "Está bien, esto da un poco de miedo". Fue horrible. Entonces dije: "Bueno, veamos aquí. ¿Qué puedo hacer?" Y yo digo: "Me haré amigo de los jugadores de fútbol americano. Me haré amigo de los grandes que están en la línea ofensiva y en la línea 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, preparando bizcochos de chocolate y mezclando Gatorade, y se los llevaba justo antes del partido, y ellos me protegían. fue increíble Reconocieron que yo era su suministro, lo que significaba que nadie podía meterse con el suministro. Entonces, fue entonces cuando me di cuenta de que, a veces, tienes que pensar fuera de la caja, muy fuera de la caja, para resolver tus problemas.

Narrador: Empoderado por esta alianza, Shonte disfrutó de la escuela secundaria. Pero cuando solicitó el ingreso a la universidad, nuevamente se sintió destacada.

Shonte Tucker: Lo que me dolió mucho 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 dije: "Pero mis calificaciones son mucho mejores, y mis puntajes en los exámenes y mis recomendaciones y todas estas cosas, son mucho mejores que algunos de mis amigos blancos que ingresaron sin una adaptación especial". Y, "Si no hubiera un mandato establecido que les obligara a aceptarme, ¿me habrían aceptado, aunque estoy más que calificado para estar allí?" Hasta el punto de que me admitieron directamente en el 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 ingresar al departamento. Ni siquiera tuve que pasar por eso. Me aceptaron de inmediato. Y yo dije: "Si tengo el talento suficiente para hacer todas estas cosas, y supero todos estos requisitos, y estoy muy por delante de mis amigos que están allí, ¿por qué es este el único ¿razón?"

[15:58] Entonces, le dije a mi mamá: "No quiero ir a la escuela allí. ¡Solo me llevan porque tienen que hacerlo!" Y mi mamá dice: "¿Ves cuánto dinero te están dando? Oh, te vas". (Risas) Y así me fui, y ya sabes, fui muy afortunado en 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 en el que puedo respirar. Puedo bajar los hombros. Y no tengo que sentirme tan diferente como me siento sentado en clase todos los días". ."

Fue realmente un despertar. Y miro hacia atrás en esa carta y pienso, esto realmente apesta que esta es la única razón por la que entré. Pero aprendí de mi madre que no importa cómo pasas por la puerta. Importa lo que hagas al otro lado.

Narrador: Shonte sabía desde que estuvo de gira por el JPL a los 10 años que algún día quería diseñar una nave espacial. Así que 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 subir y bajar la temperatura para cambiar el entorno en el que se encontraba el interruptor, para ver si con el tiempo, si se averiaba porque se ciclaba así. mucho y las partes empiezan a desmoronarse. Y yo estaba como, "Guau, 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 tomar termodinámica, al año siguiente, a tomar transferencia de calor. Y me di cuenta de que si hacía calor y fluía, como la mecánica de fluidos, cosas así, realmente lo acepté y lo disfruté mucho. Y así, continué tomando esas clases y comencé a inclinarme hacia tareas que tenían un poco más de ciencias térmicas. Empecé a aprender más sobre los generadores termoeléctricos de radioisótopos y el ciclo termodinámico asociado con ellos. Y pensé que eso era genial. Y me di cuenta cada vez más de que ahí 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 de un lado y lo convierte en electricidad que se puede usar en una misión de vuelo. La tecnología está totalmente muerta ahora, y no pude usarla de la manera que esperaba. (risas)

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

Rob Manning: A principios y mediados de los 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 y zinc, más o menos una batería muy antigua que se usa a menudo en aplicaciones automotrices. Y estas baterías solo se usaron una vez. Las llamamos baterías primarias: las descarga y, cuando termina, no hay más energía almacenada. Esta batería no estaba realmente destinada a ser recargada. Solíamos llamarlo una "batería casi recargable". Así que intentamos recargarlo.

[19:10] No sé si recuerdas los viejos tiempos cuando había baterías recargables, comprabas este pequeño cargador en el que ponías tus pequeñas baterías AA que supuestamente eran recargables. Y los enchufas y obtienes un poco más de energía de ellos, y cada vez que lo hacías, empeoraban más y más. Y muy pronto, las pilas, las tiraste a la basura. Así que esa es la situación de Pathfinder. Después de aproximadamente un mes, nuestra batería era 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 estaba a merced del frío marciano.

Rob Manning: Cuando se agotó la batería de la Pathfinder, toda la energía provenía del panel solar. Y tuvimos que despertarnos con un panel solar por la mañana y tratar de operar durante esa parte solar pico del día. Sojourner hizo lo mismo, sin embargo, cuando el sol se puso, Sojourner puede mantenerse caliente con su propia fuente de calor interna. Pathfinder no tenía una fuente de calor, por lo que Pathfinder se enfrió más y más y más. Y así, después de 87 días, Pathfinder entregó el fantasma.

[20:09] (música)

Narrador: El final de Pathfinder, mucho después de los 30 días de vida esperados, también terminó con la misión de Sojourner. El rover necesitaba que el módulo de aterrizaje transmitiera sus mensajes, porque Sojourner no tenía suficiente potencia para hablar directamente con la Tierra.

Los siguientes rovers 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, como empleada en la sección térmica y de propulsión del JPL, una de sus tareas para Spirit y Opportunity era desarrollar calentadores para partes que no se mantenían calientes con 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. Dije: "¿Cuánta energía crees que necesitamos para mantener el mecanismo de elevación del rover a la temperatura correcta, de modo que cuando aterricemos en Marte, no haga demasiado frío para activarlo? Ya sabes, podemos hacer lo que es necesarios para permitir que funcione, ¿y realmente se pondrá de pie y dejará que el rover se ponga en marcha?".

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 levantaría el rover para que sus ruedas pudieran desplegarse desde su posición guardada. Solo entonces el rover podría salir de la plataforma y llegar a Marte.

Shonte Tucker: Y el ingeniero dice: "Está bien, esta es la cantidad de energía que necesitamos". Así que estoy como, "Está bien, eso es genial". Así que ahora, sabiendo cuánta energía se necesita y cuánto voltaje de bus obtenemos, puedo ir y diseñar un calentador. Y sabiendo cuánto espacio tengo para trabajar para poner 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: Así que ahora tienes que ir a hablar con los otros ingenieros de sistemas y asegurarte de que nos permitan tener ese poder. Y yo digo: "Bueno, por supuesto, nos dejarán tener el poder. Eso es lo que necesitamos. Quiero decir, este es el mecanismo de elevación del vehículo. Si no tenemos el mecanismo de elevación del vehículo funcionando, No vamos a bajar del módulo de aterrizaje. Seguramente nos van a dar exactamente lo que estamos pidiendo.

Entonces, entré a la reunión de 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". Estoy 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 estoy como, "¿Estás bromeando?" (Risas) Este fue un momento discordante en mi carrera.

Entonces fui y hablé con el ingeniero, le conté lo que pasó. Y cuando recuperó el aliento y se levantó del suelo, nos dimos cuenta de cómo íbamos a tratar de hacer que esto funcionara.

[22:59] Realmente tuvimos que afilar el lápiz y decir: "¿Realmente necesitamos tanto? Y, ¿qué sucede si tenemos una manta en esta área, o si hacemos que esta área sea más cálida, y ese mecanismo de elevación puede ser no hacer tanto frío porque está más cerca de las cosas que son más cálidas". Y pensar más en el entorno en el que se encuentra, y realmente determinar si estábamos siendo demasiado conservadores en nuestras suposiciones sobre el medio ambiente. Entonces, tal vez no necesitábamos tanto calor, y esperamos lo mejor.

Y honestamente, 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 ese mecanismo móvil a la temperatura adecuada. Entonces, lo que sabíamos al final del día era que, si entramos y lo probamos y no pudimos hacerlo funcionar, el proyecto tendría que renunciar a más potencia. Y eso nos trajo una gran calma.

Y resulta que pudimos desconectar la energía. No teníamos mucho margen. Cuando aterrizó en la superficie de Marte, nadie estaba más asustado 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-guion bajo-romeo-dos-uno-nueve-seis-decimal-alfa-decimal-cero-cero" es nuestro comando ; es el drive de 3 metros más significativo en la historia registrada. (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 estaba viendo en ese entorno. Y eso fue realmente genial, porque realmente nos dio esos puntos de datos que necesitábamos para Curiosity y luego 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 de temperatura menos extremas. Cuando se estaba desarrollando el rover Curiosity, la NASA quería más flexibilidad en cuanto a dónde podría ir potencialmente el rover en Marte. Aquí está Sabah Bux de nuevo.

[25:12] Sabah Bux: Lo bueno de usar RTG es que pueden llegar 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 se convirtió en invierno marciano, los rovers se quedaron en silencio. En comparación con la perseverancia y la curiosidad, dado que usan RTG, se ejecutan continuamente.

Narrador: Los RTG tampoco son tan vulnerables como los paneles solares al polvo similar 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 limitaba su capacidad para generar energía.

Sabah Bux: Cuando se pone muy polvoriento en Marte, o cuando se deposita una gran cantidad de polvo en las células solares, la potencia de salida disminuye. Tuvimos mucha suerte con Spirit y Opportunity: tuvimos muchas tormentas de viento que estaban quitando 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 increíble que hayan durado 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 mucho problema con las tormentas de polvo. Pueden seguir y seguir y seguir. Entonces, Curiosity ha estado en Marte durante los últimos 10 años, 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 rover, no fueron las primeras misiones a Marte en usar 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 para Energía Auxiliar Nuclear". El SNAP-19 RTG fue el primer sistema de energía de radioisótopos 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 operaron durante muchos años. La NASA ahora usa diferentes tipos de RTG en varias naves espaciales, según los objetivos y destinos de las misiones.

Sabah Bux: Curiosity y Perseverance utilizan algo conocido como generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión, o MMRTG. Entonces, "Multi-Mission" significa que se puede usar en el vacío del espacio o se puede usar en una atmósfera planetaria presurizada. Multi-Mission puede hacer ambas cosas, en comparación con 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 usa. Curiosamente, en Perseverance y Curiosity, estamos usando una tecnología muy similar, en términos de materiales termoeléctricos, a la que usábamos en los días de los vikingos.

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

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

Entonces, las propiedades que está buscando, para los materiales termoeléctricos, son la conductividad eléctrica de un metal, tan fácil de conducir la 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 la electricidad, por lo que suelen ser aislantes.

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

(música)

Sabah Bux: Piense en ello como una olla de cobre. El cobre, como todos sabemos, es un buen conductor de 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, sabes, la capa superior de arena es 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 como el híbrido perfecto de las dos clases de materiales, y eso es en una clase conocida como semiconductores. Y un semiconductor se encuentra 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 termoeléctricos.

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

Sabah Bux: Curiosamente, odiaba la ciencia (risas) cuando era joven. Odiaba la ciencia, y en la química de la escuela secundaria tenía dificultades. Y tenía 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: Fue un problema, en realidad, el calor. Interesante, ¡quizás todo esto se junta! Se trataba del calor de reacción. De repente, hizo clic. Luego lo miré y dije: "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.

Avance rápido a unos años, recién salido de la escuela secundaria, a punto de comenzar la universidad, sin estar 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 esta cabina donde están hablando de sistemas de energía. Uno de los muchachos estaba hablando de este asombroso material conocido como aerogel.

El aerogel es un material sólido que es súper, súper poroso y los poros se rellenan con aire. Entonces es como 99.9% aire y 0.1% es sólido. Así que es súper, súper liviano, y debido a que tiene tanto aire, es un gran material aislante.

Y así, lo estaba sosteniendo, y parecía humo sólido. Parecía una nube sólida. Fue la cosa más genial. Y yo estaba como, "Wow, eso es increíble". Y me vio mirándolo intrigado, y dijo: "¿Quieres sostenerlo?" Estoy como, "¿En serio?" Así que me dejó sostenerlo. Así que ese fue un gran punto de inflexión de "Wow: materiales, química, aerogeles". Avance rápido 10 años, termino trabajando con él en el laboratorio termoeléctrico.

[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 a cómo las plantas de energía nuclear generan energía.

Sabah Bux: Cuando escuchas la palabra "nuclear", el cerebro de la mayoría de las personas se dirige automáticamente a las armas nucleares o las 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 súper, súper alta energía, 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, además de calor y radiación alfa.

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

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

Sabah Bux: Se libera una gran cantidad de energía, en comparación con un pequeño grano que es como sentarse allí en aceite tibio, simplemente se va a cocinar.

Narrador: La próxima vez que estés en el cine, puedes pensar en tus palomitas de maíz como pequeños estallidos de energía nuclear y, en el fondo de la bolsa, los granos que no reventaron, pero que están tan calientes que podrían quemarte. lengua, como el combustible que mantiene en marcha un vehículo explorador de Marte.

(música)

Narrador: La radiación alfa emitida por el núcleo caliente sin reventar de 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, 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 tiene forma de cerámica, como una taza de café. También está rodeado por capas de materiales resistentes, y el tiempo que se puede dedicar a casar el RTG con el rover está estrictamente limitado.

[34:15] Sabah Bux: Cuando estamos integrando el RTG, estamos monitoreando 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 va en el rover, 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 para horno 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 enfriamiento que se parece mucho al radiador de un automóvil evita que se acumule calor dentro de la cápsula espacial.

[35:08] A pesar de lo poderosos que son los RTG, no son una forma muy eficiente de generar energía. De los 2000 vatios de calor de un RTG, solo unos 100 vatios se transforman en electricidad.

Sabah Bux: Los sistemas tradicionales de energía de radioisótopos funcionan muy bien. Son súper resistentes, tienen una larga vida útil y la NASA los ha estado usando con éxito durante más de 50 años. Pero el desafío es que tenemos mucha pérdida de calor. Están en el orden de alrededor del 6% de eficiencia. 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 enfoca específicamente en la energía para los rovers de Marte; en cambio, está mejorando los sistemas de energía para todas las misiones espaciales de la NASA.

Sabah Bux: Hay una gran demanda de RTG en el futuro para misiones a los 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 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 emocionante.

(música)

Narrador: La decisión de qué tipo de poder usar depende de los objetivos de una misión. Por ejemplo, la próxima misión a Marte de la NASA usaría energía solar en lugar de RTG. Se espera que la misión Mars Sample Return, que planea recuperar muestras de roca que Perseverance está reuniendo 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 lograr, si tiene más sentido optar por la energía solar, que es más barata y también muy potente, en lugar de un RTG.

[37:18] Narrador: Shonte, quien ayudó a diseñar los cinco rovers 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 agotamiento, y no solo para los rovers.

Shonte Tucker: Cuando ves ese retrato familiar y dices: "Oh, Dios mío, ¿pasamos de eso a eso? Oh, Dios mío". Pero nunca llegamos a un punto en el que decimos: "Esto es lo suficientemente bueno. Vamos". A veces terminamos trabajando tan duro porque simplemente no paramos. Pensamos: "Bueno, si podemos hacer esto, apuesto a que podemos hacer esto. Y si hacemos esto, definitivamente tenemos que hacer esto". Y dices: "Amigo, no he visto el interior de mis párpados en un mes. Me estás matando aquí". "Sí. ¡Pero va a ser genial!" (Risas) Entonces, a veces tenemos problemas para dejarlo ir. Y a veces estamos tan suscritos y todavía tenemos que hacerlo todo, que terminamos cayendo en el suelo.

[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 donde estás tan, tan cansado, y casi como si estuvieras viendo cosas, estás tan cansado, totalmente cafeinado y agotado al mismo tiempo. Y entonces, estoy caminando hacia el taller de máquinas, ¡y luego escucho este boom!

(efecto de sonido golpe de puerta de metal)

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

(efecto de sonido: piezas de metal que caen)

Shonte Tucker: Estoy como, "¡Oh, Dios mío!" Y luego estoy como temblando y enloqueciendo y estoy como, "¿Qué está pasando?" Así que 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 abrió la puerta y tomó un enorme contenedor de virutas de metal y lo arrojó 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: "Terminaste". involucra su seguridad o la de otros". Yo estaba como, "Está bien, oficialmente estoy alucinando y es hora de irme a casa".

Así que fue una gran realización para mí, porque realmente necesitamos establecer un mejor equilibrio entre la vida y el trabajo. Ahora, algo de eso es autoinfligido, ya sabes, porque decimos: "No me iré hasta que termine esto". Y dices: "Amigo, no se va a caer del cielo. Puedes resolverlo mañana".

Y la gente piensa: "Oh, si tuviéramos una semana más, sería genial". Pero cuando estás lidiando con una misión a Marte, cuando piensas en esa ventana de oportunidad para llegar a Marte, tienes dos meses, como cada dos años, según la propulsión y la alineación de los planetas. Y tienes que hacer que funcione. Esto no es como un orbitador de la Tierra en el que solo estás dando vueltas, estás como, "Eh, iremos la próxima semana, eh, el próximo mes". No tienes esa opción cada vez que vas 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 los rovers de Marte, Shonte se revitaliza al considerar todo lo que logran estas misiones.

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

[40:54] Y simplemente estar en esas habitaciones con personas en las que estás listo para tirarte del pelo y tienes la cabeza gacha; eres como, "¡Que alguien venga a traer un poco de café!" Y estás puliendo y resolviendo problemas. Es algo que me apasiona tanto.

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 los Estados Unidos. Si le gustó este episodio, síganos y califíquenos en su plataforma de podcasts favorita. Y asegúrese de consultar los otros podcasts de la NASA: todos se pueden encontrar en NASA punto gov, barra oblicua, podcasts.

(Duración del episodio = 41:32)

NASA/JPL-Caltech

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