Los datos de los dispositivos ayudarán a los futuros astronautas a navegar por la región polar sur de la luna y buscar agua congelada

Jennifer Chu | MIT

Tres cargas útiles del MIT pronto viajarán a la Luna en un paso hacia el establecimiento de una base permanente en la superficie lunar.

En los próximos días, si el tiempo lo permite, los ingenieros y científicos del MIT enviarán tres cargas útiles al espacio, con rumbo a la región polar sur de la Luna. Los científicos creen que esta zona, con sus regiones permanentemente en sombra, podría albergar depósitos ocultos de agua congelada, que podrían servir para sustentar futuros asentamientos lunares y abastecer de combustible a misiones más allá de la Luna.

La NASA planea enviar astronautas al polo sur de la Luna en 2027 como parte de la misión Artemis III, que será la primera vez que los humanos aterricen en la superficie lunar desde la era Apolo y la primera vez que un ser humano ponga un pie en su región polar. Antes de ese viaje, las cargas útiles del MIT proporcionarán datos sobre el área que pueden ayudar a preparar a los astronautas de Artemis para navegar por el terreno helado.

Las cargas útiles incluyen dos tecnologías novedosas: una pequeña cámara de mapeo de profundidad y un mini-rover del tamaño de un pulgar, junto con un “registro” extremadamente fino, grabado con las voces de personas de todo el mundo hablando en sus idiomas nativos. Las tres cargas útiles serán transportadas por un rover más grande, del tamaño de una maleta, construido por el contratista espacial Lunar Outpost.

Mientras el explorador principal recorre la superficie lunar para explorar el terreno polar, la cámara del MIT, montada en la parte delantera del explorador, tomará las primeras imágenes en 3D del paisaje lunar captadas desde la superficie de la Luna utilizando tecnología de tiempo de vuelo. Estas imágenes se transmitirán a la Tierra, donde se podrán utilizar para entrenar a los astronautas de Artemis en simulaciones visuales del terreno polar y se podrán incorporar a trajes espaciales avanzados con cascos de visión sintética.

Mientras tanto, el mini-rover, bautizado como «AstroAnt», se desplazará por el techo del rover principal y tomará lecturas de temperatura para supervisar el funcionamiento del vehículo más grande. Si tiene éxito, AstroAnt podría trabajar como parte de un equipo de robots auxiliares en miniatura, realizando tareas esenciales en futuras misiones, como limpiar el polvo de los paneles solares y comprobar si hay grietas en los hábitats y la infraestructura lunares.

Las tres cargas útiles del MIT, junto con el rover Lunar Outpost, se lanzarán a la Luna a bordo de un cohete Falcon 9 de SpaceX y aterrizarán en la región polar sur de la Luna en un módulo de aterrizaje construido por la empresa espacial Intuitive Machines. La misión en su conjunto, que incluye una variedad de otras cargas útiles además de la del MIT, se llama IM-2, por el segundo viaje de Intuitive Machines a la Luna. IM-2 tiene como objetivo identificar la presencia y la cantidad de hielo de agua en el polo sur de la Luna, utilizando una combinación de instrumentos, incluido un taladro de hielo montado en el módulo de aterrizaje y una «tolva» robótica que rebotará a lo largo de la superficie para buscar agua en regiones de difícil acceso.

El aterrizaje lunar, que los ingenieros anticipan que será alrededor del mediodía del 6 de marzo, marcará la primera vez que el MIT coloca tecnología activa en la superficie de la luna desde la era Apolo, cuando el Laboratorio de Instrumentación del MIT, ahora el Laboratorio Draper independiente, proporcionó la histórica Computadora de Guía Apolo que navegó a los astronautas a la luna y de regreso.

Los ingenieros del MIT consideran que su papel en la nueva misión, que han denominado “ To the Moon to Stay ”, es la primera de muchas en el camino hacia el establecimiento de una presencia permanente en la superficie lunar.

«Nuestro objetivo no es sólo visitar la Luna, sino construir un ecosistema próspero que apoye la expansión de la humanidad en el espacio», dice Dava Newman, profesora de Astronáutica del Programa Apolo en el MIT, directora del MIT Media Lab y ex administradora adjunta de la NASA.

Las raíces del instituto

La participación del MIT en la misión lunar está liderada por la Space Exploration Initiative (SEI), una colaboración de investigación dentro del Media Lab que tiene como objetivo hacer posible un «futuro de ciencia ficción» de la exploración espacial. La SEI, que fue fundada en 2016 por la exalumna de artes y ciencias de los medios Ariel Ekblaw SM ’17, PhD ’20, desarrolla, prueba y despliega tecnologías futuristas de grado espacial que tienen como objetivo ayudar a los humanos a establecer asentamientos sostenibles en el espacio.

En la primavera de 2021, el SEI y el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (AeroAstro) ofrecieron un curso, MAS.839/16.893 (Operación en el entorno lunar), en el que se encomendó a equipos de estudiantes diseñar cargas útiles que cumplieran determinados objetivos relacionados con las misiones Artemis de la NASA a la Luna. La clase fue impartida por Ekblaw y Jeffrey Hoffman, profesor de la práctica del MIT y ex astronauta de la NASA, de AeroAstro, quien ayudó a los estudiantes a probar sus diseños de cargas útiles en el campo, incluso en regiones remotas de Noruega que se asemejan al paisaje árido de la Luna, y en vuelos parabólicos que imitan la débil gravedad de la Luna.

De esa clase, Ekblaw y Hoffman decidieron seguir desarrollando dos diseños de carga útil: un sistema de cámara 3D basado en láser y el AstroAnt, un pequeño robot de inspección autónomo. Ambos diseños surgieron de trabajos anteriores. AstroAnt fue originalmente un proyecto secundario como parte del doctorado de Ekblaw, basado en el trabajo desarrollado originalmente por Artem Dementyev en el grupo de Entornos Responsivos del Media Lab, mientras que la cámara 3D fue un enfoque de doctorado para el exalumno de AeroAstro Cody Paige ’23, quien ayudó a desarrollar y probar el diseño de la cámara e implementar la tecnología VR/XR con Newman, en colaboración con el Centro de Investigación Ames de la NASA.

Mientras se perfeccionaban ambos diseños, Ekblaw recaudó fondos y estableció un contrato con Lunar Outpost (cofundada por el exalumno de AeroAstro del MIT Forrest Meyen SM ’13, PhD ’17) para acoplar las cargas útiles con el rover lunar de la compañía. El integrador de misiones de SEI, Sean Auffinger, supervisó los esfuerzos de integración y prueba, junto con Lunar Outpost, para respaldar estas cargas útiles para su operación en un entorno novedoso y extremo.

“Esta misión tiene profundas raíces en el MIT”, afirma Ekblaw, que es el investigador principal de la rama del MIT de la misión IM-2 y científico visitante en el Media Lab. “Será un hito histórico, ya que nunca hemos aterrizado tecnología o un rover en esta zona del polo sur lunar. Es un lugar muy difícil para aterrizar, hay grandes rocas y polvo profundo. Por lo tanto, es un intento audaz”.

Sistemas

El lugar de aterrizaje del IM-2 será la meseta de Mons Mouton, una montaña de cima plana en el polo sur de la Luna que se encuentra justo al norte del cráter Shackleton, que es un posible lugar de aterrizaje para los astronautas de Artemis de la NASA. Una vez que el módulo de aterrizaje de Intuitive Machines aterrice, abrirá efectivamente la puerta de su garaje y dejará que el explorador de Lunar Outpost salga a explorar el paisaje polar. Una vez que el explorador se aclimate a su entorno, comenzará a activar sus instrumentos, incluida la cámara 3D del MIT.

«Será la primera vez que utilicemos esta tecnología de imágenes específica en la superficie lunar», señala Paige, quien es el actual director del SEI.

La cámara, que se instalará en la parte delantera del explorador principal, está diseñada para proyectar luz láser sobre una superficie y medir el tiempo que tarda la luz en rebotar de nuevo en la cámara. Este “tiempo de vuelo” es una medida de distancia, que también se puede traducir a la topografía de la superficie, como la profundidad de cráteres y grietas individuales.

“Como utilizamos una luz láser, podemos observar sin utilizar la luz del sol”, explica Paige. “Y no sabemos exactamente qué encontraremos. Algunas de las cosas que buscamos son agujeros de un centímetro en zonas que están permanentemente en sombra o congeladas y que podrían contener agua helada. Ese es el tipo de paisajes que nos entusiasma ver”.

Paige espera que la cámara envíe imágenes a la Tierra en paquetes de datos al día siguiente, que el equipo científico del MIT procesará y analizará mientras el rover atraviesa el terreno.

Mientras la cámara mapea la superficie de la luna, AstroAnt, que es más pequeño y liviano que un estuche de AirPods, se desplegará desde un pequeño garaje sobre el techo del rover principal. El AstroAnt se moverá sobre ruedas magnéticas que le permiten adherirse a la superficie del rover sin caerse. En el tren de aterrizaje del AstroAnt, Ekblaw y su equipo, dirigido por el estudiante de posgrado del Media Lab Fangzheng Liu, colocaron una termopila, un pequeño sensor que toma medidas de la temperatura del rover principal y que se puede usar para monitorear el desempeño térmico del vehículo.

“Si podemos probar este AstroAnt en la Luna, entonces nos imaginamos tener enjambres móviles realmente capaces que puedan ayudar a los astronautas a realizar reparaciones, inspecciones, diagnósticos y servicios de forma autónoma”, dice Ekblaw. “En el futuro, podríamos ponerles pequeños limpiaparabrisas para ayudar a limpiar el polvo de los paneles solares, o ponerles una barra de impacto para inducir pequeñas vibraciones que detecten defectos en un hábitat. Hay mucho potencial una vez que alcancemos la escala de enjambre”.

Ojos en la luna

La tercera carga útil del MIT que se fijará al rover principal se denomina Humanity United with MIT Art and Nanotechnology in Space (Humanidad unida con el arte y la nanotecnología del MIT en el espacio), o  proyecto HUMANS . Dirigido por Maya Nasr ’18, SM ’21, PhD ’23, alumna de MIT AeroAstro, HUMANS es un disco de 2 pulgadas hecho de una oblea de silicio grabada con grabados a escala nanométrica utilizando tecnología proporcionada por MIT.nano. Los grabados están inspirados en The Golden Record, un disco fonográfico que se envió al espacio con las sondas Voyager de la NASA en 1977. El disco HUMANS está grabado con grabaciones de personas de todo el mundo, hablando en sus idiomas nativos sobre lo que significan para ellos la exploración espacial y la humanidad.

“Llevamos las esperanzas, los sueños y las historias de personas de todos los orígenes”, afirma Nasr. “Es un poderoso recordatorio de que el espacio no es el privilegio de unos pocos, sino el legado compartido de todos”.

El Media Lab del MIT tiene previsto mostrar el aterrizaje del 6 de marzo en una pantalla en el atrio del edificio para que el público pueda verlo en tiempo real. Los investigadores del Departamento de Arquitectura del MIT, dirigidos por el profesor asociado Skylar Tibbits, también han construido una sala de control de la misión lunar, un espacio arquitectónico circular donde los ingenieros supervisarán y controlarán las cargas útiles de la misión. Si todo va bien, el equipo del MIT ve la misión como el primer paso hacia el despliegue permanente de tropas en la superficie de la Luna, e incluso más allá.

“Nuestro regreso a la Luna no se trata solo de hacer avanzar la tecnología, sino de inspirar a la próxima generación de exploradores que están vivos hoy y que viajarán a la Luna en algún momento de su vida”, afirma Ekblaw. “Esta misión histórica para el MIT reúne a estudiantes, personal y profesores de todo el Instituto en una misión fundamental que respaldará un futuro asentamiento lunar sostenible”.