¿Por qué la NASA estrelló intencionalmente las grúas aéreas Curiosity y Perseverance en Marte?

tl; dr: Con la tecnología, cualquier cosa puede salir mal en cualquier momento. Simplifique y minimice siempre que sea posible. Mantenga sus ojos en el premio.

¡Huir!

Tan pronto como se corte el "cordón", la grúa representa una amenaza inminente para el rover de $ 2.75 mil millones de varias maneras. Sus motores monopropelentes de hidracina tienen gases de escape calientes, desagradables, reactivos y horribles debido a que los componentes de combustión incompleta que viajan a alta velocidad podrían quemar, dañar y contaminar el rover y sus paquetes científicos, poniendo en riesgo toda la misión.

Incluso podría chocar con el rover.

Para minimizar el riesgo para la misión, tan pronto como se corte el cable, es esencial poner la mayor distancia posible entre los dos lo más rápido posible. Dado que el rover no puede " huir ", la grúa aérea debe hacerlo. Cualquier retraso sería irresponsable.

Pero ¿por qué estrellarse? ¿Por qué no aterrizar suavemente?

La cantidad de propulsor que quedaría después de que se soltara el rover era impredecible, es posible que haya habido conciencia del terreno muy tarde en el aterrizaje y, a medida que se agote el combustible, un motor podría apagarse en cualquier momento.

Así que máximo "¡huye!" se utiliza la aceleración, así que aproveche al máximo cualquier propulsor restante que pueda haber y no importa qué tan pronto se agote o peor aún; algunos motores se apagan, otros no, y la nave ahora es un proyectil químico en llamas descontrolado.

Desde esta trayectoria de escape a alta velocidad (que aterrizó a 400 metros de distancia), un aterrizaje suave será mucho más difícil. Las posibilidades son bajas y... ¿por qué razón? Después de todos los módulos de aterrizaje y rovers que han explorado Marte durante décadas, ¿ qué es exactamente lo que este monstruo en llamas de alta velocidad que escupe gases de escape va a contribuir a la ciencia?

En cambio, el plan era mantenerlo simple.

Con la tecnología, cualquier cosa puede salir mal en cualquier momento. Simplifique y minimice siempre que sea posible. Mantenga sus ojos en el premio. Bien está lo que bien acaba, etc.

¿Cómo resultó Curiosity?

Después de 3.000 días en Marte, viajando más de 24.000 metros y tomando decenas de miles de imágenes, innumerables zapping con láser y perforaciones en roca, nadie se pregunta qué podría haber agregado la grúa del cielo. De esta respuesta a ¿Dónde termina MSL y comienza Curiosity? :

La solución novedosa que ha desarrollado el equipo de MSL es lo que ellos denominan una "grúa aérea". Después de reducir su velocidad a través de una combinación de fricción atmosférica, paracaídas y retrocohetes, una etapa de descenso con Curiosity colgando de una brida de cuerdas de nailon usará sus propulsores para flotar esencialmente mientras baja el rover a la superficie, "una forma de aterrizaje sin aterrizaje”, en palabras de Steven Sell, responsable de verificación del sistema EDL. Después del aterrizaje, se cortará la brida y una quema de 6 segundos asegurará que la etapa de descenso se estrelle a unos 400 metros de distancia. ( NASA )

“Aterrizar sin aterrizar” es la palabra clave aquí. Una gran parte del propósito de Sky Crane es evitar daños a la superficie marciana, que inevitablemente causarían las bolsas de aire/retroboosters. Una vez que aterriza el rover, vuela lo más lejos posible antes de quedarse sin combustible y estrellarse. Intentar aterrizar la grúa o cargarla con instrumentos adicionales haría esto mucho más difícil y podría poner en peligro la misión real, es decir, el rover.

Supongo que la NASA solo quiere concentrarse en el rover; dale un entorno de aterrizaje y exploración lo más perfecto posible. Honestamente, agregar a Sky Crane no sería de mucha ayuda científica para justificar el riesgo y el costo adicional que requeriría.

Lo que iba a ser en Marte era solo el rover, todas las partes restantes eran "basura de apoyo" para ser eliminadas. La etapa de descenso/sycrane ni siquiera tiene una computadora de vuelo: ¡fue impulsada por el cerebro del rover! Después del corte umbilical, se activó una lógica muy simple a bordo del DS: "vuela hacia arriba durante unos segundos, luego gira". El motor ni siquiera se controla, solo se quema y se quema hasta que se acaba el combustible.

Puede encontrar una primera pista sobre los núcleos NAIF SPICE de tipo "FK", los que describen los marcos de referencia: tanto para MSL como para MARS2020 usan el rover como referencia para todas las demás "piezas":

http://naif.jpl.nasa.gov/pub/naif/MARS2020/kernels/fk/m2020_v02.tf

La NASA usa "artes ASCII" en los granos de especias FK, lo traduje en algo más moderno.

Noe: hay dos marcos para rover: uno para crucero/aterrizaje (M2020_ROVER), uno para roving sobre superficie (M2020_ROVER_MECH).

Pero la verdadera clave para entender es este diagrama ( fuente ):

• GNC significa "Ordenador de navegación de guía"
• DMCA significa "Conjunto de controlador de motor de descenso", es decir, "controlador de motor skycrane".
• "X-fer" significa "transferencia".

Unos pocos milisegundos después de que se cortan las bridas, GNC finaliza sus operaciones, porque el rover definitivamente ha aterrizado, por lo tanto, GNC ha "hecho" (su trabajo): ahora es el momento de transferir ("X-fer") el control de la etapa de descenso del rover a la etapa de descenso. mismo (DMCA).

Eventos (para MSL):

Alejarse

Una vez que se declara el aterrizaje, el DS [=Descent Stage = Skycrane] detiene el movimiento vertical y se cortan las bridas triples. El BUD [dispositivo umbilical de bridas] tiene resortes de retracción incorporados para retraer las bridas ahora libres lejos de la plataforma superior del Rover. En este punto, el control se transfiere al controlador Flyaway en el DS [=DMCA] y se emite el comando para cortar el umbilical.

Una vez que el controlador flyaway en el DS asume el control , primero mantiene la altitud actual durante 187 mseg para permitir el tiempo suficiente para que se corte el umbilical. Después del tiempo de espera requerido, los MLE [= Motores de aterrizaje en Marte] aceleran y el DS asciende verticalmente durante un período de tiempo predeterminado. Luego, el DS comienza a ejecutar un giro de aproximadamente 45° de cabeceo. El DS mantiene esta actitud con los MLE al 100 % hasta que se agota el combustible. La espera, el ascenso y el giro se realizan en 2 segundos, y el tiempo restante es variable según la cantidad de combustible restante. El DS luego caerá balísticamente a la superficie a una distancia de al menos 150 m del Rover.

Nota: el umbilical no se corta inmediatamente junto con las bridas, ya que se utiliza, después de que el rover ordene el corte de las bridas, para transferir el control a la grúa aérea.

Nota: en MARS2020, a diferencia de MSL, el umbilical no está "cortado" sino arrancado por skycrane mientras asciende.

Fuente adicional (MSL) :

Segmento Flyaway: en E+431 seg (ver Figura 6)

Después de que se cortó la Brida, el control de la DS se transfirió a la DMCA . El DS viajó en línea recta sobre el Rover, antes de girar 45 grados y alejarse del lugar de aterrizaje. El DS salió volando e impactó contra la superficie de Marte, como estaba previsto, a una distancia segura (650 m) del Rover. Después del aterrizaje, la computadora del Rover cambió del modo EDL al modo de operaciones de superficie y comenzó la ejecución autónoma de las actividades del Rover para Sol 0. En el aterrizaje del Rover, la hora local en Gale Crater era 15:03 LMST.