Describen histórica prueba de recubrimientos en el Perseverance

El Perseverance recorriendo Marte. Foto: NASA/JPL-Caltech.

Un artículo publicado por la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson (AFRL en inglés) señala que las pruebas completadas en el recubrimiento protector de Perseverance de la NASA en el Laboratorio de Investigación WPAF ayudaron al éxito del aterrizaje del rover en su reciente misión a Marte.

De acuerdo con los informes, los investigadores del laboratorio realizaron pruebas de erosión únicas en Perseverance antes de su misión. El rover aterrizó en Marte el 18 de febrero.

Descrito como del tamaño aproximado de un automóvil de tamaño mediano, el Perseverance rover de la NASA está ataviado con láseres, sensores, cámaras y otros equipos electrónicos altamente especializados. Por todo ello, requería una colección de recubrimientos protectores para preservar este sofisticado equipo y garantizar el éxito de la misión.

Al revisar sus opciones en la industria de los recubrimientos, la NASA dio con la tecnología de DuPont, que para el Perseverance incluía específicamente películas de poliimida Kapton y materiales laminados de circuitos flexibles revestidos de cobre Pyralux, para alimentar y proteger el rover en el transcurso de su viaje.

“Nuestra película de poliimida Kapton HN estuvo en la misión Apolo 11 hace más de 50 años, recientemente celebró 20 años de servicio en la Estación Espacial Internacional y es parte del actual proyecto Mars Perseverance Rover”, dijo Tim Scott, líder de Desarrollo Comercial de E&I para el Segmento de mercado aeroespacial y de defensa, el cual fue citado por el portal PaintSquare.

Scott añadió que en la misión a la luna del Apolo 11 de 1969, cuando Neil Armstrong y Buzz Aldrin pisaron por primera vez la superficie lunar, 20 de las 21 capas de su traje espacial se hicieron con inventos de DuPont, incluida la fibra DuPont Nomex y la película de poliimida Kapton. La película Kapton también se usó para revestir el escudo térmico del Módulo de Comando Apollo "Columbia", mientras que la bandera de los Estados Unidos colocada en la luna estaba hecha de nailon DuPont.

Otras misiones espaciales han usado también materiales especiales provenientes de DuPont. En exploraciones anteriores a Marte, la NASA también utilizó circuitos flexibles Pyralux de DuPont y cinta sensible a la presión hecha de película de poliimida Kapton para controlar la vibración en los rovers gemelos Spirit y Opportunity. Los materiales ofrecían una resistencia ambiental duradera y liviana para las temperaturas en Marte, que iban desde menos 120 grados centígrados (menos 184 grados Fahrenheit) a 22 C (72 F).

Debido a la tasa de éxito de los productos Pyralux y Kapton, Scott espera que los recubrimientos de DuPont sigan desempeñando un papel clave en el desarrollo de antenas avanzadas adecuadas para aplicaciones smallsat.

Un nuevo producto prometedor para la exploración espacial del futuro es la película de poliimida Kapton de color blanco para usar en paneles de radiadores desplegables o como la superficie exterior de una manta aislante multicapa para control térmico pasivo. El producto fue probado recientemente por Airbus Defence and Space en Europa y los hallazgos positivos se presentaron durante una conferencia de la Agencia Espacial Europea a fines del año pasado.

“Hemos podido demostrar que nuestra tecnología funciona de manera confiable en las condiciones climáticas extremas de calor, frío y espacio que experimentan los vehículos involucrados en misiones al espacio exterior o en satélites que orbitan la Tierra”, dijo Scott.

“A medida que estas misiones espaciales se vuelven más complejas, continuamos buscando nuevas formas de utilizar nuestras tecnologías existentes o desarrollar nuevas para hacer frente a los crecientes desafíos tecnológicos a los que nos enfrentamos”, agregó.

La prueba del AFRL

Cuando Perseverance aterrizó en Marte en febrero, bajó a la superficie usando un “Skycrane”. El sistema funciona como un helicóptero de carga pesada o una grúa aérea que se utiliza en la industria. La delgada atmósfera de Marte, hicieron necesario algo más grande que las palas de un helicóptero para ofrecer la sustentación necesaria, por lo que la NASA colocó cohetes en el espacio Skycrane.

Los cohetes se desplegaron durante los momentos finales del descenso, siguiendo un escudo térmico y un paracaídas para reducir la velocidad de la nave espacial de aproximadamente 12,100 mph, cuando golpea la parte superior de la atmósfera, a aproximadamente 190 mph cuando estaba a aproximadamente 6,900 pies sobre la superficie marciana. Una vez iniciados, los cohetes pudieron reducir la velocidad de la nave a 1.7 mph disparando hacia la superficie del planeta.

Aunque este método resultó efectivo, el problema es que levantaba una gran cantidad de escombros consistente en polvo, rocas, arena y otros proyectiles en rápido movimiento, que podrían haber sido letales para la misión.

Así, una vez que el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA formuló un recubrimiento protector para la nave que resistiera tal bombardeo, Materiales y Fabricación de AFRL pusieron el recubrimiento a prueba en su exclusivo equipo de prueba de erosión, completo con un búnker sin ventanas. En pruebas anteriores, la plataforma de erosión se utilizó para analizar la durabilidad del recubrimiento para el Laboratorio de Ciencias de Marte en 2008 y el Curiosity Rover mencionado anteriormente en 2011.

En su informe, la WPAF señala que el propósito inicial de la plataforma se remonta a la Guerra Fría, cuando se estaban probando los recubrimientos de los aviones contra los escombros levantados por las armas nucleares. Desde entonces, el equipo de prueba se ha reconstruido varias veces, sobre todo en 2005.

Al igual que las simulaciones anteriores, la plataforma reprodujo el daño potencial causado por los escombros lanzados por los cohetes hacia la nave de aterrizaje, moviendo partículas dentro de la plataforma a velocidades de hasta 500 mph. Además de la arena y otros materiales físicos, la plataforma de erosión también es capaz de realizar pruebas de erosión por lluvia.

“Somos una instalación única en su tipo”, dijo Matthew Hartshorne, ingeniero jefe del área de erosión. “Ningún otro laboratorio en el mundo realiza erosión de arena continua y calibrada a estas velocidades. Hartshorne detalla que también trabajan en un diseño “para aumentar nuestra capacidad a velocidades supersónicas, lo que beneficiará a la NASA, junto con la comunidad del Departamento de Defensa, pero para eso faltan varios años”.

Para la prueba del recubrimiento protector de Perseverance, la NASA les dio los datos necesarios sobre el tamaño de las partículas de los escombros de prueba y Hartshorne, explicó que las pruebas no se realizaron mezclando todos los diferentes tamaños de escombros, sino que el recubrimiento se probó mediante la voladura de cada tamaño de muestra individualmente, y esto se debe a que “cada tamaño toma un arco balístico diferente en función de su masa y resistencia”.

Los investigadores afirman que sin las pruebas en el laboratorio de erosión de Materiales y Fabricación de AFRL, el aterrizaje seguro de Perseverance no habría sido tan seguro.