Mars Perseverance Rover de la NASA: marcado láser en Marte

Por Roger Wiens, Purdue University 4 de agosto de 2022

Ilustración del Mars Perseverance Rover usando su instrumento SuperCam para disparar con láser una roca a fin de probar de qué está hecha. Crédito: NASA

If your name begins with "L" you will especially enjoy this story about the first letter to be laser engraved on MarsMars is the second smallest planet in our solar system and the fourth planet from the sun. It is a dusty, cold, desert world with a very thin atmosphere. Iron oxide is prevalent in Mars' surface resulting in its reddish color and its nickname "The Red Planet." Mars' name comes from the Roman god of war." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Marte.

De vez en cuando, vemos dibujos animados en los que se conduce un rover de Marte en un patrón para hacer letras en la arena con las huellas de sus ruedas. Las letras pueden deletrear una frase tonta, y las caricaturas a menudo tienen extraterrestres al lado, riéndose o desconcertados por el significado. En la vida real, el uso de láseres a bordo de los rovers de Marte también ha hecho posible marcar grafitis con láser en las rocas marcianas.

However, as NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA's instruments are generally used strictly for science, I did not believe laser graffiti would ever be done. But of course, people have thought about it. When I arrived at JPLThe Jet Propulsion Laboratory (JPL) is a federally funded research and development center that was established in 1936. It is owned by NASA and managed by the California Institute of Technology (Caltech). The laboratory's primary function is the construction and operation of planetary robotic spacecraft, though it also conducts Earth-orbit and astronomy missions. It is also responsible for operating NASA's Deep Space Network. JPL implements programs in planetary exploration, Earth science, space-based astronomy and technology development, while applying its capabilities to technical and scientific problems of national significance." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> JPL para el aterrizaje de Curiosity en 2012, me sorprendió descubrir que uno de nuestros ingenieros a cargo del desarrollo de secuencias para el predecesor de SuperCam había escrito una secuencia larga que usaría el láser para deletrear el nombre del instrumento en la superficie de la roca. Todo fue divertido: en realidad, nunca desperdiciamos nuestras tomas usando esa secuencia. Sin embargo, en Perseverance, hemos encontrado una razón para usar el marcado láser.

Mars Perseverance Sol 471 - Cámara SuperCam: se produjeron tres pozos de láser oscuro en forma de una letra "L" ligeramente inclinada en la superficie rocosa del objetivo "Pinefield Gap" (Sol 471) como prueba para marcar la superficie de una muestra centro. La marca L es una forma de mantener el conocimiento de la orientación rotacional de la roca después de que se corta el testigo en la misma ubicación. La orientación original de la superficie del núcleo será útil para comprender las direcciones originales de los dominios magnéticos en las muestras después de que sean devueltas a la Tierra. La L mide 2,5 mm de alto por 1,0 mm de largo (0,1" x 0,04"). El instrumento SuperCam produjo los pozos láser utilizando 125 disparos en cada pozo y también tomó esta imagen. Crédito: NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP

About two years ago I received a call from Professor Ben Weiss from the Massachusetts Institute of Technology (MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> MIT) preguntando sobre las capacidades de marcado láser de SuperCam. Ben acababa de unirse a Perseverance como parte del equipo Return Sample Science. Este grupo se enfoca en la recolección de muestras para regresar a la Tierra, con el propósito de asegurar que las muestras sean recolectadas bajo las condiciones apropiadas para optimizar su valor científico una vez de vuelta en la Tierra. La especialidad de Ben es el paleomagnetismo. En las rocas terrestres, es el estudio del magnetismo inducido por el campo magnético terrestre en el momento de la formación de la roca. Marte tiene actualmente un campo magnético muy débil, pero la intensidad del campo de Marte en el pasado es en gran parte desconocida. Tiene implicaciones importantes para la retención o pérdida de la atmósfera de Marte a lo largo del tiempo, entre otras cosas. Baste decir que nos encantaría usar las muestras devueltas de la misión Perseverance para llenar ese vacío de conocimiento.

Para hacer eso, para cada muestra de núcleo de roca de Marte que se devuelve, necesitamos saber su orientación original en el planeta. Si las superficies de esas muestras de núcleo tienen características fácilmente reconocibles, no hay problema. Ese ha sido el caso con los núcleos recolectados hasta ahora. Sin embargo, si la superficie es de grano fino, puede que no haya nada que distinga su orientación rotacional. En ese caso, necesitamos hacer marcas artificiales en la superficie.

Mars Perseverance Sol 498 – Cámara derecha Mastcam-Z: Imagen tomada por la cámara derecha Mastcam-Z tomada en Sol 498 que muestra los dos agujeros perforados y el parche de abrasión en la superficie rocosa de Skinner Ridge. Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU

No tenemos un rotulador oscuro disponible, pero sí tenemos un láser pulsado en la SuperCam. Entonces, la llamada de Ben a mi laboratorio hace un par de años nos hizo pensar en cómo marcar los núcleos de muestra y comenzamos algunas pruebas. JPL envió varias rocas de dureza variable al Laboratorio Nacional de Los Álamos, donde se marcaron con hoyos hechos con diferentes números de disparos de láser. Las rocas se enviaron de vuelta al JPL para su posterior extracción de testigos.

Avance rápido hasta el verano de 2022. Se le pidió al equipo de SuperCam que estuviera listo para marcar una roca para extraer muestras con solo unos días de anticipación. Yo estaba en las operaciones de SuperCam, y viendo lo pronto que podríamos necesitar las marcas, decidimos cambiar de una observación normal a una secuencia de marcado de núcleos como prueba. Habíamos preparado varios patrones para la marca. El principio básico es comprender la orientación rotacional del núcleo después de haber sido extraído de la roca y colocado en el tubo de muestra. Para eso, cualquier patrón asimétrico, como una flecha, serviría. Sin embargo, queriendo ser más eficientes, decidimos usar el patrón más simple, que consta de tres puntos (o hoyos láser) con una distancia desigual entre ellos, como una letra "L" mayúscula.

SuperCam normalmente realiza escaneos de línea (una sola fila) o patrones de cuadrícula. Para producir la forma de "L", tomamos un patrón de cuadrícula de 2 × 2 y eliminamos un punto de la secuencia, por lo que el láser solo hizo tres pozos. Usando 125 disparos de láser por hoyo, el resultado se muestra en la imagen del objetivo "Pinefield Gap". Los núcleos de las muestras tienen un diámetro de 13 mm (0,5"), por lo que los patrones en L deben encajar bien en sus superficies superiores. Con el éxito de la prueba en seco, estamos listos para usar el procedimiento para marcar muestras futuras.

Durante la última semana, el rover Perseverance completó la segunda de dos muestras de la formación del delta del cráter Jezero, del bloque Skinner Ridge en Hogwallow Flats. Durante el fin de semana, Perseverance condujo unos 25 metros hasta Wildcat Ridge, ubicado un poco más abajo en Hogwallow, para explorar más.

Escrito por Roger Wiens, investigador principal, SuperCam/Co-investigador, instrumento SHERLOC en la Universidad de Purdue