Resumen: Tom Rivellini, del Jet Propulsion Laboratory, dirigió el equipo que trabajó en la ingeniería del eficaz airbag de aterrizaje sobre Marte. Su primera narración de las pruebas y las repeticiones de los diseños ofrece una visión de cómo un complejo desafío evolucionó hasta ser un mecanismo de aterrizaje plenamente funcional sobre la superficie de Marte.|





Por Tommaso Rivellini, del Jet Propulson Laboratory de la NASA

Ahí estaba yo: a mis 26 años nunca había trabajado en un proyecto de vuelo, y todos los ojos estaban sobre mí. Cada vez que entraba en las oficinas del proyecto Pathfinder, Tony Spear, el director de proyecto, pasaba su brazo a mi alrededor y anunciaba: “Oíd todos, la misión entera depende de este tío”.

Colgando precariamente entre un paracaídas supersónico y el escudo de calor desplegado. Créditos: Maas/NASA/JPL/Cornell University

Nuestro trabajo era diseñar y construir airbags para el aterrizaje en Marte de la Pathfinder, una idea que no se había usado antes en misión alguna. Los airbags pueden parecer un producto simple y de baja tecnología, pero fue revelador descubrir lo poco que sabíamos de ellos. Sabíamos que el único modo de encontrar lo que necesitábamos saber era construir prototipos y probarlos. No sabíamos lo ignorantes que éramos.

Idea artística de un dramático aterrizaje del Pathfinder con airbags. Créditos: NASA

Los airbags le parecían una locura a un montón de gente. Nadie nos dijo nunca que le preocuparámos, pero parecía haber una extendida sensación de que los airbags no iban a funcionar. “Os dejaremos divagar un poco hasta que os la peguéis”. Ese era el mensaje tácito que yo recibía un día tras otro.

El principal miedo de todos acerca de la utilización de los airbags era que la nave se viera ahogada bajo un mar de tela cuando los airbags se desinflaran. Empecé a buscar la solución construyendo maquetas a escala de la nave y de los airbags, y me puse a jugar con ellas en mi oficina durante un par de meses.

Hice las maquetas con cartulina y plástico, y las pegué con cinta de embalar que cogí del almacén de material, y cintas de la fábrica de tejidos. Para inflar los airbags, usaba un pequeño hinchador de colchonetas que tenía en casa. Una y otra vez, hinchaba los airbags en miniatura, y a continuación los deshinchaba, para ver qué pasaba.

La roca llamada Humphrey, en el lugar de aterrizaje del Spirit, que es sobre todo roca basáltica con cristal típicamente afilado, diseminada por el paisaje. Créditos: NASA/JPL

Especulé con una docena o más de enfoques hasta que por fin di con algo que me pareció que funcionaba. Lentamente pero con seguridad, llegué a dar con la idea de usar cuerdas puestas en zigzag a lo largo de los cinturones interiores de los airbags. Tira de las cuerdas en una cierta dirección, y envolverán toda la tela y la contendrán. Espera a abrir la nave hasta después de que todos los airbags se hayan retirado, y la tela se quedará limpiamente por debajo.

Probando a otra escala

Una vez que habíamos construido maquetas a gran escala para hacer las pruebas de caída, empezamos a hacer sencillas caídas verticales, primero desde 30 pies y luego desde 70 pies. Los airbags funcionaron bien, aunque el modo en que botaron, como una pelota gigante, era interesante de observar. La gente empezó a darse cuenta de que el concepto podía ser razonablemente sensato. Pero todavía algunos dudaban. Incluso cuando ya teníamos diseñada la mecánica, quedaba una gran pregunta: ¿Qué pasa con el rocoso suelo marciano?

Al aterrizar en Marte, tenemos que aceptar lo que nos da la Madre Naturaleza. El Pathfinder no tendría una pista de aterrizaje. Para simular las condiciones de Marte, trajimos grandes rocas de lava del tamaño de una mesa de oficina. Eran auténticas rocas de lava que nuestros geólogos habían salido a coger; si intentas manejarlas, te cortarás las manos.

Cuantas más simulaciones de paisaje hacíamos, más se estropeaban los airbags. Las cosas no tenían buena pinta. Una vez más, nos dimos cuenta de que se trataba de una disciplina que no comprendíamos. El objetivo era proteger el receptáculo de las bolsas, esencialmente el tubo interior del sistema de airbags, y con tan poca tela como se pudiera porque el proyecto no estaba para financiar derroches en este problema. Probamos un material tras otro, incluyendo el recio Kevlar y el Vectran, aplicándolos en docenas de diferentes configuraciones al exterior del airbag.

Por fin llegamos a la conclusión de que podíamos malgastar más y más material y llegar hasta un sistema de airbag que funcionara razonablemente bien, pero el coste de esa solución recaería sobre algún otro componente del Pathfinder, que tendría que ser sacrificado. Sin embargo, no íbamos a ir a Marte sólo para aterrizar y sacar unas fotos. Queríamos ir allí y hacer ciencia, y necesitábamos instrumentos para hacer esa ciencia. Así que había una enorme motivación para dar con el sistema de airbag de menor masa y de mejores rendimientos que pudieramos encontrar.

5, 4, 3, 2, 1

Cada prueba se convirtió en un ritual, porque costaba entre ocho y diez horas preparar el sistema, incluyendo el transporte de los airbags a la cámara de vacío, cablear todo el instrumental, subir los airbags a lo alto de la cámara, asegurándonos de que todas las rocas estuvieran en el lugar correcto, y preparando las redes.

La cámara de vacío donde hicimos los tests de caída usaba tanta potencia que sólo podíamos utilizarla a medianoche. Una vez que las puertas estaban cerradas, costaba entre dos y tres horas vacíar del todo la cámara. En ese momento, todos paraban para cenar o para relajarse un rato, antes de volver a medianoche o a la hora señalada. Entonces teníamos otros 45 minutos de supervisar todo el instrumental, repasábamos todas las listas del test, y por fin hacíamos la cuenta atrás.

Los últimos 30 segundos de la cuenta atrás eran espantosos. Todos esos prolegómenos, y luego todo el impacto duraba menos de un segundo.

Cuando terminábamos un test de caída, sabíamos inmediatamente si había sido un éxito o un fracaso. Brian Muirhead, el director de sistemas de vuelo, insistía siempre en que lo llamara inmediatamente, sin importar lo tarde que fuera. A las 4 de la madrugada le llamaba a su casa y le daba las noticias: “Brian, otra prueba fracasada”.

Una imagen de baja resolución que muestra al Mars rover protegido por una pirámide amortiguadora de airbags. El polvo había cubierto las bolsas del rover, convirtiéndolas en bolsas “momentáneas” para las imágenes de baja resolución que llegaban desde la plataforma de aterrizaje de la Spirit. Créditos: D.Maas/NASA/JPL/Cornell

A cada prueba le seguía una carrera bajo presión para establecer lo que había ido mal, qué prueba tenía que ser la siguiente, cómo arreglar las bolsas extensamente dañadas, y cómo incorporar simultáneamente el “arreglo experimental” que fuera necesario. Como equipo, nos poníamos de acuerdo en las acciones a seguir, normalmente con un humor hosco y falto de sueño, y sobre un desayuno grasiento en un bar de las cercanías. Entonces la gente de ILC Dover decidía qué nuevos modelos se tenían que generar, así como los detalles de ingeniería que asegurarían que las costuras y las puntadas aguantarían las cargas de los tests. Nuestro héroe era nuestro jefe costurero, que por casualidad había cosido los trajes lunares de Neil Armstrong y de Buzz Aldrin. Trabajaba bajo condiciones por debajo de las ideales, mientras dormíamos y convertíamos en realidad nuestras ideas, que a veces eran insólitas. Normalmente, al día siguiente estábamos listos de nuevo para hacerlo todo otra vez.

Tony Spear y Brian comprendieron los desafíos a los que nos enfrentábamos. Sabían que teníamos a un sólido equipo trabajando en esto, y siempre les teníamos informados de los progresos técnicos. Siempre estaban comprendiendo, pero eso no es lo mismo que decir que estaban siempre contentos.

De vuelta al tablero de diseño

Nos dijimos: “Muy bien, empecemos a hacer análisis, modelización por computadora de los airbags y del impacto contra las rocas”. Al mismo tiempo, ampliamos nuestro programa de pruebas para comprender cómo optimizar las capas de abrasión de los airbags.

Se puso de manifiesto que el tiempo, el dinero y el esfuerzo que gastábamos en la modelización computerizada no estaban dando rendimientos. Aunque teníamos los programas más sofisticados disponibles en 1993 y 1994, los resultados no nos ayudaron a diseñar las capas de abrasión. Teníamos que fiarnos de nuestros prototipos.

Ampliar . Créditos: NASA/JPL/Cornell/MSSS" width="380"> Restos sobre la superficie, vistos desde la órbita. Ampliar . Créditos: NASA/JPL/Cornell/MSSS

Después de hacer docenas de tests de caída, mirando a los datos y estudiando lo que estaba sucediendo , empezamos a darnos cuenta de que una sola capa de material pesado no era la solución. Probaron ser más fuertes las múltiples capas de material ligero.

Nos vimos obligados a decidir el diseño final de las capas de abrasión para cumplir con nuestra Cualificación Programada de pruebas de caídas. En términos de naves espaciales, se supone que esa es la última prueba que puedes hacer para cualificar tu diseño. Cuando llegas a ese punto, se supone que no quedan preguntas sin resolver acerca del sistema plenamente funcional que cumple todos los requerimientos de la misión. Se supone que es un proceso de comprobación de que el sistema está prepardo para el vuelo. El problema era que a esas alturas sólo habíamos tenido éxitos parciales; nunca habíamos obtenido un Sobresaliente, un aprobado al 100% en nuestros tests de caída.

Cuando volaba para presenciar ese último test de caída, mi avión se retrasó. Uno de mis colegas en las instalaciones de pruebas me llamó y me dijo: “¿Quieres que te esperemos?” Le dije: “No. Seguid adelante”.

Cuando llegué a las instalaciones, el personal de pruebas no estaba allí. Entre en la sala de control y corrí hasta el tipo que procesa las cintas de vídeo. “¿Qué ha pasado?”, le pregunté. “¿Hicisteis la prueba, tíos?” Apuntó a un aparato de vídeo y dijo. “El vídeo esta ahí. Acércate y dale al play”.

Así que le di al play. El airbag cayó, golpeó la plataforma, y explotó catastróficamente. Mi corazón se hundió. No íbamos a conseguirlo. Pero entonces me di cuenta de que había algo extrañamente familiar en el vídeo que acababa de ver. Lo supe en un instante: habían puesto la cinta de nuestra peor prueba. La broma sólo podía significar una cosa: teníamos una prueba buena, y por fin íbamos a ir.


La mayor parte de su participación como ingeniero de sistemas en la misión Mars Pathfinder 1997 la ha desarrollado Tommaso (Tom) Rivellini como director del equipo del Sistema de Entrada, Descenso y Aterrizaje que trabajó en las misiones del Mars Exploration Rover (MER) de 2003.