MEMORIA-AriadnaClos_fitxer de consulta

Esta es una vista previa del archivo. Inicie sesión para ver el archivo original

Universidad Politécnica de Cataluña
Escuela Superior de Ingeniería Industrial, Aeroespacial y
Audiovisual de Terrassa
Grado en Ingeniería en Vehículos Aeroespaciales
ESTUDIO DE UN ROVER PARA
MISIONES A MARTE
– Memoria –
Trabajo de Fin de Grado
Autor: Ariadna Clos Rodríguez
Tutor: Carlos Gustavo Díaz González
30 de junio de 2020
Agradecimientos
La presente tesis es la culminación no solo de cuatro años de licenciatura, sino también de una larga
trayectoria académica. Llegar aquí no hubiera sido posible sin el apoyo que he recibido.
Me gustaría agradecer especialmente a mi tutor Carlos Gustavo Díaz por su apoyo durante este
trabajo. Gracias por su continua guía durante el desarrollo de la investigación y también por su
disponibilidad siempre que me han surgido dudas. Sus conocimientos enriquecieron mis capacidades
y competencias.
A todos mis amigos y familia, gracias por acompañarme en este viaje. Gracias por las lecciones
aprendidas y por mostrarme el valor del esfuerzo y la perseverancia.
i
Resumen
¿Quién no ha soñado alguna vez con viajar al espacio exterior? ¿Y con investigar un planeta más allá
de las películas que hemos visto? Pues qué mejor que el Planeta Rojo: un planeta terrestre, frío, seco
y árido, pero con un sorprendente pasado cálido, húmedo y con una historia geológica parecida a la
de nuestro hogar, la Tierra. Marte es un mundo actualmente por descubrir y quiere ser conocido por
los humanos en el futuro. Hasta el momento se han enviado orbitadores, aterrizadores y rovers para
explorar el planeta marciano. Siguiendo esta tendencia, se pretende lograr un estudio, sobre la base
del estado del arte, de un Rover para misiones a un lugar inexplorado de Marte. Se idean diversos
prototipos; se eligen los instrumentos a bordo y la fuente de energía; se estudian los materiales
idóneos; se realiza el diseño geométrico; se determina el factor más importante para una misión
espacial, el peso; y finalmente se crea el prototipo virtual. Para ello, se estudian con anterioridad
los datos conocidos sobre el planeta y se diseña una misión de exploración futura. En el presente
trabajo, la creación de un Rover de tamaño y peso reducido da lugar a resultados satisfactorios para
ser aplicados a una nueva misión de exploración espacial en Marte. Este estudio también tiene como
finalidad inspirar a la próxima generación de exploradores y así expandir el conocimiento humano
sobre el espacio.
Palabras clave: Marte, misión, explorar, espacio, rover
ii
Abstract
Who hasn’t ever dreamed of traveling to outer space? And of investigating a planet beyond the
movies we’ve seen? So what could be better than the Red Planet: an earthly planet, cold, dry and
arid, but with a surprisingly hot, humid past and with a geological history similar to that of our
home, the Earth. Mars is a world currently undiscovered and wants to be known by humans in the
future. So far, orbiters, landers and rovers have been sent to explore the Martian planet. Following
this trend, a state-of-the-art study of a Rover for missions to an unexplored part of Mars is planned.
Various prototypes are devised; the instruments on board and the energy source are chosen; the
ideal materials are studied; the geometric design is carried out; the most important factor for a
space mission, weight, is determined; and finally the virtual prototype is created. To do this, known
data about the planet are studied beforehand and a future exploration mission is designed. In the
present work, the creation of a Rover of reduced size and weight gives rise to satisfactory results to
be applied to a new space exploration mission on Mars. This study also aims to inspire the next
generation of explorers and thus expand human knowledge of space.
Keywords: Mars, mission, explore, space, rover
iii
Declaración de Honor
Yo declaro que,
el trabajo en esta Tesis de Final de Grado es completamente mi propio trabajo,
ninguna parte de esta Tesis de Final de Grado se toma del trabajo de otras personas sin darles
crédito,
todas las referencias se han citado claramente.
Entiendo que una infracción a esta declaración me deja sujeto a las acciones disciplinarias previstas
por la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTECH.
Ariadna Clos Rodríguez 30 de junio de 2020
Nombre del estudiante Firma Fecha
Título de la Tesis: Estudio de un Rover para misiones a Marte
iv
Índice general
Índice general v
Índice de figuras vii
Índice de cuadros xi
Objetivo xiii
Alcance xv
Requerimientos xvii
1 Introducción 1
1.1 Marco histórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Spirit y Opportunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Curiosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Yutu’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.4 Pragyan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.5 Perseverance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.6 Asagumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.7 Rosalind Franklin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3 Estudio posibilidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 Esquema de la memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Condiciones de operación en Marte 17
2.1 El Planeta Rojo y su medio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Estructura y lunas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.2 Parámetros físicos, órbita y rotación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3 Meteoroides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.4 Superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.4.1 Geología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.4.2 Topografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1.4.3 Suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.5 Atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.6 Radiación y magnetosfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.7 Zonas climáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
v
TFG ÍNDICE GENERAL
2.2 Zonas de Marte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3 Zona de exploración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 Misión futura 41
3.1 De�nición y objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2 Interés por Hadriacus Palus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3 Super�cie de exploración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4 Estudio del Rover 45
4.1 Prototipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 Procesador y memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 Diseño geométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.1 Ruedas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.2 Rocker-Bogie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.3 Chasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.4 Límites de la estructura Rocker-Bogie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.1 Fibra de carbono reforzada
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.2 Tecapeek CF30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.4.3 Aerogel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.4 Titanio G5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.4.5 Aleación Aluminio 7075 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4.6 Recopilación materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5 Cámaras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.5.1 Cam-eye . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5.2 Cam-nav . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5.3 Cam-laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5.4 Cam-geo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.5.5 Recopilación cámaras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.6 Espectrómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.7 Laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.8 Análisis de muestras a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.9 Monitoreo ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10 Fuente de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5 Prototipo �nal 87
6 Conclusiones 95
A Presupuesto 99
B Mapas geológicos de Marte 101
C Investigación sobre Hadriacus Palus 103
Bibliografía 105
vi
Índice de �guras
1 Rover Curiosity explorando Marte [1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
1.1 Ilustración de la carrera espacial [2]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Fotografía de la misión Apolo 11 [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Diagrama de las misiones Lunojod [4]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Rover lunar [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 Fotografía del robot Sojourner junto con la nave Path�nder [6]. . . . . . 4
1.6 Evolución de estrategias cientí�cas para la exploración de Marte [7]. . . 5
1.7 Sitios de aterrizaje de los cuatro rovers de Marte [8]. . . . . . . . . . . . 5
1.8 Fotografía del rover Spirit, gemelo de Opportunity [9]. . . . . . . . . . . 6
1.9 Fotografía del rover Curiosity [10]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.10 Rover lunar Yutu [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.11 Rover lunar Pragyan [12]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.12 Prototipo rover Perseverance [13]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.13 Ilustración futura misión japonesa con el rover Asagumo [14]. . . . . . . 13
1.14 Rover Rosalind Franklin [15]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 Marte en la constelación de Capricornio el 31 de julio de 2018 [16]. . . . 18
2.2 Estructura de Marte [17]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Phobos [17]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 Tierra y Marte [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 Esquema Sol, Tierra y Marte [19]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 Órbita de Marte y de�nición de L s [20]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7 Meteorito Block Island [21]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8 Mapa geológico de Marte [22]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.9 Región polar norte a la izquierda y región polar sur a la derecha [22]. . 23
2.10 Escala de tiempo de la geología de Marte [23]. . . . . . . . . . . . . . . 23
2.11 Mapa topográ�co de Marte [22]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.12 Valles Marineris desde Viking [24]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.13 Super�cie de Marte [25]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.14 Mineralogía de la super�cie marciana por el instrumento TES (Thermal
Emission Spectrometer) de la misión MGS (Mars Global Surveyor) [26]. 26
2.15 Evolución del hielo en las super�cies polares [26]. . . . . . . . . . . . . . 26
2.16 Cobertura de polvo super�cial por el instrumento TES de la misión MGS
[26]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.17 Albedo bolométrico por el instrumento TES de la misión MGS [26]. . . 27
vii
TFG ÍNDICE DE FIGURAS
2.18 Nubes y arena sobre el horizonte de Marte [27]. . . . . . . . . . . . . . . 28
2.19 Evolución del CO2 atmosférico [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.20 Evolución del H2O atmosférico [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.21 Evolución de la presión atmosférica en la super�cie [28]. . . . . . . . . . 29
2.22 Evolución de la densidad atmosférica [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.23 Evolución de la temperatura media atmosférica a lo largo de un sol [28]. 29
2.24 Evolución de la temperatura atmosférica máxima diaria [28]. . . . . . . 30
2.25 Evolución de la temperatura atmosférica mínima diaria atmosférica [28]. 30
2.26 Evolución de la temperatura media del suelo a lo largo de un sol [28]. . 30
2.27 Per�les verticales para temperatura atmosférica, densidad, presión y ve-
locidad del viento (la línea continua es para valores de mediodía y la
línea discontinua para valores de medianoche) [26]. . . . . . . . . . . . . 31
2.28 Velocidad del viento en un sol [26]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.29 Radiación solar directa durante de un sol [28]. . . . . . . . . . . . . . . 32
2.30 Radiación solar difusa durante un sol [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.31 Radiación infrarroja durante un sol [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.32 Zonas climáticas solares de Marte [29]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.33 Temperaturas máximas diurnas en el equinoccio de primavera y de otoño
(Ls = 0 o, 180o) [29]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.34 Temperaturas en el solsticio de invierno del norte (Ls = 270o) [29]. . . 34
2.35 Temperaturas en el solsticio de verano del norte (Ls=90o) [29]. . . . . . 34
2.36 Zonas climáticas globales de Marte basadas en la temperatura regidas
por la topografía, albedo y radiación solar [29]. . . . . . . . . . . . . . . 34
2.37 Zonas de Marte y misiones realizadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.38 Volcán Olympus Mons visto desde el orbitador Viking [7]. . . . . . . . 36
2.39 Vista perspectiva de Orcus Patera [30]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.40 Vista desde la cámara MRO HiRISE de marcas de talud [17]. . . . . . . 37
2.41 Imagen Planum Boreum tomada por MOLA (Mars Orbiter Laser Alti-
meter) [31]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.42 Mapa topográ�co y geográ�co de la región Hellas [32]. . . . . . . . . . . 39
3.1 Fotografía de Hellas Planitia [33]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 Elevaciones y geología zona a explorar [34]. . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1 Prototipo tipo �araña�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 Piernas robotizadas con neumática y Arduino. . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 Orugas triangulares, rectangulares, trapezoidales escaleno y trapezoida-
les isósceles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.4 Prototipo con orugas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.5 Funcionamiento Rocker-Bogie cuando el Rover está en movimiento es-
calando una roca por uno de sus lados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.6 Esbozo Rover con orugas y paneles solares. . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.7 Esbozo paneles solares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.8 Esbozo Rover estructura de�nitiva sin paneles solares. . . . . . . . . . . 51
viii
ÍNDICE DE FIGURAS UPC-ESEIAAT
4.9 Esbozo prototipo �nal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.10 Esbozo primeros dimensionados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.11 Primeros ensamblajes de las piezas principales. . . . . . . . . . . . . . . 52
4.12 Dimensiones prototipo del Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.13 Procesador de doble núcleo GR712RC LEON3-FT SPARC V8 [35]. . . 53
4.14 Placa de desarrollo de doble núcleo GR712RC LEON3-FT [36]. . . . . . 54
4.15 Esbozo aro cilíndrico ruedas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.16 Esbozo estructura Rocker-Bogie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.17 Dimensiones estructura Rocker-Bogie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.18 Esbozo modi�cación estructura Rocker-Bogie. . . . . . . . . . . . . . . 58
4.19 Estructura Rocker-Bogie con las ruedas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.20 Con�guración Rocker-Bogie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.21 Dimensiones cuerpo del Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.22 Dimensiones cuerpo del Rover y centro de masa. . . . . . . . . . . . . . 59
4.23 Cuerpo del Rover con su �cuello� y �cabeza�. . . . . . . . . . . . . . . 60
4.24 Cuerpo del Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.25 Movimiento del Bogie sobre un obstáculo tipo escalón. . . . . . . . . . . 60
4.26 Estructura frente obstáculo tipo cráter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.27 Estructura frente obstáculo tipo pendiente. . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.28 Material escogido para el chasis del Rover: �bra de carbono [37]. . . . . 63
4.29 Material escogido para el mástil del Rover: Tecapeek CF30 [38]. . . . . 64
4.30 Material escogido como aislante térmico: Aerogel [39]. . . . . . . . . . . 65
4.31 Material escogido para el Rocker-Bogie: Titanio G5 [40]. . . . . . . . . . 66
4.32 Material escogido para las ruedas del Rover: Aluminio 7075 [41]. . . . . 67
4.33 Esquema de las partes del chasis del Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.34 Estructura Rocker-Bogie conSolidWorks. . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.35 Esbozo disposición de las cámaras en el Rover junto con sus correspon-
dientes nombres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.36 Panorámica de Marathon Valley el 23 de marzo de 2015 [42]. . . . . . . 71
4.37 Roca analizada por Curiosity [43]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.38 Ejemplo del tipo de datos recopilados por Curiosity en función de la
intensidad en diferentes puntos de observación [44]. . . . . . . . . . . . 72
4.39 Primeros planos de la roca Jake Matijevic [45]. . . . . . . . . . . . . . . 73
4.40 Fotografía tomada por MAHLI (Mars Hand Lens Imager) [46]. . . . . . 73
4.41 Esquema del espectrógrafo APXS [47]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.42 Comparativa espectros APXS de las misiones MER y MSL [47]. . . . . 74
4.43 Esquema del proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.44 Esbozo del laboratoriom-LAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.45 Instrumento SAD [48]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.46 Taladro RANCOR [49]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.47 Herramienta de abrasión de rocas RAT [50]. . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.48 Sistema de almacenaje de muestras SMS [51]. . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.49 Sistema de análisis de muestras SAM [52]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.50 Fotograafía Boom 1 REMS [53]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
ix
TFG ÍNDICE DE FIGURAS
4.51 Datos a tiempo real REMS. Para conocerlos en este instante: [53]. . . . 81
4.52 Unidad RAD; esquemas del detector; capacidad de medición RAD dada
como cobertura energética por tipo de partícula [54]. . . . . . . . . . . . 81
4.53 Primeras mediciones de radiación por Curiosity en Marte [55]. . . . . . 82
4.54 Energía original en función de los años de vida del dióxido de plutonio
[56]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.55 Estructura generador termoeléctrico de radiosótopos [57]. . . . . . . . . 85
5.1 Placa de desarrollo y sistema de análisis de muestras a bordo. . . . . . 87
5.2 Estructura Rocker-Bogie y ruedas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.3 Sistema de manipulación de muestras, instrumento de detección de ra-
diación y cámaras de navegación traseras. . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.4 Taladro, herramienta de adquisición de suelo y de abrasión de rocas. . . 89
5.5 Espectrómetro de rayos X de partículas alfa y cámara de exploración
geológica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.6 Antena y generador termoeléctrico de radiosótopos. . . . . . . . . . . . 89
5.7 Instrumentos de monitoreo ambiental y cámaras. . . . . . . . . . . . . . 89
5.8 Perspectiva dimétrica del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . 90
5.9 Segunda perspectiva del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . 90
5.10 Tercera perspectiva del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . . 91
5.11 Primer render del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.12 Segundorender del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.13 Tercer render del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.14 Cuarto render del prototipo �nal de Rover . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.15 Quinto render del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.16 Sextorender del prototipo �nal de Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
B.1 Unidades de los mapas con su correspondiente etiqueta [22]. . . . . . . 101
B.2 Desglose unidades geológicas [22]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
x
Índice de cuadros
2.1 Tabla comparativa datos medios entre Tierra y Marte [58]. . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Tabla límites de operación en Marte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1 Conceptos comparativos entre ruedas y orugas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 Opciones IMU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Materiales y propiedades ([59], [60], [61], [62], [63] y [64]). . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4 Materiales para cada parte del Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.5 Precio materiales escogidos [65]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.6 Especi�caciones cámaras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.7 Posibles radioisótopos como combustible [66]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.8 Tipos de RTG [67]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1 Desglose del peso del Rover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
xi
Objetivo
El objetivo de este trabajo es realizar un estudio sobre un Rover para explorar el Planeta Rojo:
desde la elección de la instrumentación necesaria para cumplir con una misión futura hasta el diseño
de un prototipo.
Para lograr el objetivo principal, la ambición de este estudio es conocer Marte; su medio ambiente
y sus zonas, y determinar un lugar de exploración que no haya sido visitado anteriormente.
Figura 1: Rover Curiosity explorando Marte [1].
xiii
Alcance
Para cumplir con el objetivo del trabajo y facilitar su desarrollo, la tesis se ha dividido en la
determinación de las siguientes tareas:
� Se familiarizará con las misiones espaciales hasta el momento profundizando aquellas que
incorporan rover, nombrando sus instrumentos a bordo y sus logros.
� Marte y la misión:
� Se adquirirán los conocimientos necesarios sobre Marte: desde generalidades como pará-
metros físicos, hasta el análisis de
su super�cie y atmósfera.
� Se investigará sobre zonas de interés de exploración en Marte y se escogerá un lugar poco
explorado.
� Se establecerán límites de operación en el planeta basados en el medio ambiente y el lugar
de exploración escogido.
� Se ideará una misión futura sobre la base de los objetivos de la ciencia espacial en la
actualidad: exploración de rocas y sedimentos, geología e investigación de pasada vida
microbiana.
� El prototipo de Rover:
� Se crearán diversos prototipos de rover para realizar la misión futura y se decidirá el
que mejor se adapte a las necesidades. Se dimensionará el prototipo, se escogerán los
materiales idóneos y la instrumentación a bordo: la placa de desarrollo, los sistemas y
herramientas necesarias para cumplir la misión y �nalmente la fuente de energía.
� La realización del tren de potencia y esquemas eléctricos del Rover van más allá de esta
tesis y no serán estudiados.
� Se diseñará un prototipo 3D del Rover.
xv
Requerimientos
El trabajo �nal debe cumplir con las siguientes especi�caciones:
� Condiciones de operación en Marte: es el conocimiento que constituye la base de este trabajo.
Se debe estudiar mediante una comparación con la Tierra los parámetros físicos, la órbita
alrededor del Sol y la rotación; y mediante grá�cas se debe estudiar la super�cie de Marte
geológicamente y topográ�camente; se debe analizar su suelo y atmósfera (evolución de la
presión, densidad, temperatura y ráfagas de viento); la radiación solar e infrarroja; y �nalmente
las zonas climáticas del planeta.
� Misión: debe tener una vida de al menos 100 soles y objetivos sobre la base de la ciencia
espacial actual (investigación del pasado acuoso del planeta y búsqueda de vida microbiana).
� Lugar de exploración: después de la investigación de zonas marcianas, el lugar de exploración
tiene que ser de interés según la NASA (National Aeronautics and Space Administration) pero
poco explorado hasta el momento. En la zona se tienen que hallar posibles señales de canales
lacustres, sedimentos subacuáticos o rocas magmáticas, y ha de tener una importante geológia
contextual. Se ha de tratar de una zona donde sea posible aterrizar sin grandes altitudes, donde
trabajar sea fácil estando cerca del ecuador y lo más importante, interesante para descubrir.
� Restricciones: se deben establecer límites de operación en función de la zona escogida para la
misión y del medio ambiente de Marte. Los de más peso: la radiación y la temperatura.
� Estudio del Rover sobre la base del estado del arte: desde realizar ideas de diferentes prototipos
hasta elegir el prototipo �nal que mejor se adapte para la misión futura en Marte.
� Procesador: para controlar el movimiento y los sensores del Rover. La placa de desarrollo
que incorpora el procesador ha de incorporar memoria de 256MB de SDRAM y 2 GB
de Flash, ha de ser resistente a la radiación excesiva del espacio y la super�cie marciana,
a los límites de temperatura militar, tolerar fallos y cambios causados por partículas
ionizantes.
� Estructura de movilidad: se debe dimensionar y diseñar las ruedas que permiten el des-
plazamiento y actúan de apoyo para repartir la presión contra el suelo, y diseñar la
estructura que hace que el Rover pueda escalar obstáculos y adaptarse al terreno. Se
deben de�nir los límites frente a obstáculos de la estructura de movilidad.
� Chasis: se ha de dimensionar y diseñar el cuerpo que se encarga de proteger la instru-
mentación en el interior del Rover.
xvii
TFG CAPÍTULO 0. REQUERIMIENTOS
� Materiales: se deben estudiar aquellos más apropiados para cada elemento del Rover,
con una alta resistencia para el cuerpo del Rover, una elevada capacidad aislante para
la protección de la instrumentación interior y una gran resistencia, rigidez y tenacidad
para la estructura de desplazamiento. Además, se debe considerar el factorLowCost y
una reducción del peso del prototipo de Rover.
� Cámaras: deben incorporarse diferentes tipos (panorámicas, de navegación, con láser y
microscópicas) con calidad de color de 2Mpx y tamaño de imagen 1024x1024px como
mínimo.
� Instrumentación: se debe incorporar un espectrómetro de rayos X para identi�car la com-
posición química y mineral de las rocas, herramienta de adquisición de suelo para adquirir
muestras, taladro para perforar y analizar el suelo, herramienta de abrasión de rocas para
pulir super�cies, sistema de manipulación de muestras para manipular y almacenar mues-
tras con posibles indicios de vida microbiana, sistema de análisis de muestras a bordo
para analizar algunas de las muestras durante la misión, y �nalmente instrumentos de
monitoreo ambiental para obtener datos sobre el viento, presión, humedad, temperatura
y radiación, para preparar futuras misiones protagonizadas por humanos en la super�cie
de Marte.
� Fuente de energía: Debe proporcionar entre 100-150W para el movimiento del Rover y
el funcionamiento de su instrumentación. Ha de tener una larga vida útil para no dejar
que el Rover �muera� durante la misión.
� Tamaño y peso total del prototipo: el prototipo debe ser de tamaño reducido y con toda
la instrumentación a bordo, no debe superar los 200kg en total, como factor de gran
importancia para una misión espacial.
� Presupuesto: en la medida de lo posible el presupuesto ha de serLow Cost.
� Diseño 3D: el diseño del prototipo se debe realizar conSolidWorks, a escala del diseño geomé-
trico.
xviii
Capítulo 1
Introducción
El objetivo de esta sección es introducir al lector en el campo de las misiones espaciales describiendo
aquellas que incorporaron rovers y contemplar las más recientes en el estado del arte, especialmente
aquellas llevadas a cabo en Marte. También se presenta una descripción general de la estructuración
del informe, así como una revisión de posibilidades para desarrollar el presente estudio.
1.1. Marco histórico
En el contexto de la Guerra Fría, la rivalidad militar era también tecnológica y se jugaba en el
espacio. La carrera espacial fue una pugna entre los Estados Unidos y la Unión Soviética por la
conquista del espacio.
Figura 1.1: Ilustración de la carrera espacial [2].
La carrera espacial comenzó con el lanzamiento del primer satélite arti�cial soviético Sputnik y se
dio por concluida en 1969 con la llegada de los astronautas americanos a la Luna.
La URSS (Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas) fue la primera en tomar ventaja, poniendo
en órbita el Sputnik, el primer satélite arti�cial de la historia, el 4 de octubre de 1957. Sputnik-1
estuvo 3 meses orbitando la Tierra y dos meses después, lanzaron el Sputnik-2 con el primer ser
1
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
vivo a bordo (la perra Laika), por lo que por primera vez salió un ser vivo de la Tierra y orbita
alrededor de ella en el espacio.
EE.UU. (Estados Unidos) reaccionó el 29 de junio de 1958 con la creación de la NASA (National
Aeronautics and Space Administration) y el inicio del programa Mercury, con el objetivo de ser los
primeros en llevar un hombre al espacio. En 1958 lanzaron el primer satélite arti�cial conocido como
Explorer-1.
En 1959 los soviéticos lanzaron otro satélite arti�cial, Lunik-3, que llegó hasta la Luna y la orbitó,
consiguiendo fotogra�ar por primera vez en la historia de la humanidad la cara oculta de la Luna.
En 1961, los soviéticos de nuevo, lograron lanzar por primera vez al espacio el primer cosmonauta
(Yuri Gagarin), el primer humano que orbitó alrededor de la Tierra. Y en 1962, los americanos
hicieron lo mismo enviando a otro astronauta a orbitar alrededor de la Tierra (John Glenn).
En 1965 ambas potencias consiguieron hacer los primeros paseos espaciales. Es decir, a parte de
enviar a un astronauta en una nave a orbitar alrededor de la Tierra, también consiguieron que
pudiesen salir de la nave para realizar distintas misiones.
No fue hasta 1969, con la misión Apolo 11, que los americanos consiguieron llevar a tres astronautas
a la Luna (Neil Armstrong,
Edwin Aldrin y Michael Collins), de los cuales dos de ellos lograron
descender a la super�cie de la Luna y pisarla. Es entonces cuando se dio por terminada la carrera
espacial.
Figura 1.2: Fotografía de la misión Apolo 11 [3].
Una vez �nalizada la carrera espacial y cuando el programa espacial Apolo se encontraba en su
recta �nal, la NASA sorprendió a todo el mundo con el anuncio de enviar un coche que pudiera
ser tripulado por los astronautas en la super�cie de la Luna. Pero no fue el primer astromóvil en
circular por la super�cie de la Luna, en otra nueva ocasión los soviéticos se adelantaron a los Estado
Unidenses, como ya hicieron antes al poner el primer satélite en órbita, el primer hombre en órbita
y el primer animal en órbita.
Un astromóvil o rover es un vehículo diseñado para explorar super�cies lejos del planeta Tierra, en
el espacio. Algunos astromóviles han sido diseñados para ser tripulados en la Luna y otros han sido
vehículos robóticos autónomos, en la super�cie de la Luna también o en la de Marte.
2
1.1. MARCO HISTÓRICO UPC-ESEIAAT
Los Lunojod 1 y 2 fueron astromóviles soviéticos no tripulados que alunizaron en 1970 y 1973,
respectivamente.
Figura 1.3: Diagrama de las misiones Lunojod [4].
Lunojod 1 tenía 8 ruedas, una longitud de 2.22m, 1.60 m de ancho, 1.92m de altura y un peso de
756kg. Sobre la Luna tenía una velocidad máxima de 4km=h y era alimentado a través de 3.5m2 de
placas solares. El vehículo incorporaba instrumentos como un telescopio de rayos X, para analizar
la radiación espacial; un re�ector láser, para mediciones precisas de larga distancia; una antena
direccional, para transmitir los datos a la Tierra; diferentes cámaras panorámicas; un espectrómetro
de rayos X, para analizar la composición química del suelo lunar; entre otros.
Lunojod 2 fue remodelado y mejorado con respecto a su antecesor, pesaba 838kg, tenía aproxi-
madamente el mismo tamaño, una velocidad máxima sobre la Luna de 4km=h y era alimentado
a través de 180W . Además del sistema de control remoto, los objetivos de esta segunda misión
fueron la observación en alta resolución de las radiaciones solares, la obtención de datos del campo
magnético lunar, la medición de la luz zodiacal durante los períodos de día lunar, así como de las
emisiones interplanetarias y galácticas durante las noches lunares y el estudio de los componentes
de la super�cie lunar.
Los anteriores fueron los dos únicos laboratorios móviles que exploraron la Luna guiados por control
remoto durante 40 años, hasta que la sonda Chang'e 3 enviada por China alunizara un nuevo vehículo
a control remoto.
Antes de Lunojod 2, la NASA incluyó los LRV (Lunar Roving Vehicle) en tres misiones: la Apolo
15, 16 y 17, llevadas a cabo entre los años 1971 y 1972. En la misión Apolo 15, el LRV condujo un
total de 27.8 km; en el Apolo 16, recorrió 26.7km; y en el Apolo 17, recorrió 35.9km.
3
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Figura 1.4: Rover lunar [5].
Los LRV tenían una masa de 210kg y fueron diseñados para sostener una carga útil de 490kg
adicionales en la super�cie lunar. Su longitud era de 3.1m y su altura de 1.14 m. Tenían dos
asientos plegables con reposa-brazos y cinturones de seguridad con velcro. El vehículo se controlaba
con un controlador manual situado entre los asientos y las ruedas tenían un diámetro de 81.8cm,
cada una con su propio accionamiento eléctrico. La energía era proporcionada por dos baterías no
recargables de hidróxido de potasio. Los rovers, al concluir las misiones, quedaron estacionados en
la Luna hasta la actualidad.
En 1971, con la sonda soviética Mars 3, se portaba un pequeño robot llamado PROP-M. Tenía una
masa de 4.5kg y estaba unido al aterrizador por un cable para mantener las comunicaciones. El rover
tenía forma de caja y estaba diseñado para moverse usando dos esquís que le permitían desplazarse
hasta unos 15m, la longitud del cable. Los instrumentos que incorporaba eran un penetrómetro
dinámico y un medidor de radiación. Pero por desaparición del aterrizador, el astromóvil nunca
entró en acción.
Más tarde, en 1997, los cientí�cos de la NASA realizaron algo bastante sorprendente. Por primera
vez, utilizaron un pequeño robot (del tamaño de un microondas) para estudiar la super�cie de un
nuevo cuerpo celeste: Marte. Este robot explorador fue nombrado Sojourner y consiguió compartir
mucha información nueva importante a los cientí�cos. Con la misión Mars Path�nder, el rover
Sojourner aterrizó sobre Marte y exploró su super�cie durante tres meses, analizó la atmósfera, el
clima y estudió la composición de rocas y tierra.
Figura 1.5: Fotografía del robot Sojourner junto con la nave Path�nder [6].
4
1.2. ESTADO DEL ARTE UPC-ESEIAAT
Sojourner era un vehículo de seis ruedas con una masa total de 10.5kg. El objetivo principal del
robot explorador era probar nuevas tecnologías para mejorar el diseño de futuros rovers.
Mientras Sojourner conducía distancias cortas, utilizaba su cámara para tomar fotografías del paisaje
marciano y envió más de 550 a la Tierra. El rover exploró una zona de Marte cerca de su lugar de
aterrizaje llamado Ares Vallis ya que parecía el lugar de una antigua inundación. Sojourner llevaba el
instrumento APXS ( Alpha Particle X-Ray Spectrometer) en la parte trasera, cuyo objetivo principal
era proporcionar un análisis químico del suelo y las rocas, con resultados en los que apareció la posible
presencia de agua líquida en el pasado [68].
De lejos, Marte parece frío, seco y rocoso. Pero la información de Sojourner contó una historia muy
diferente. Hace mucho tiempo, Marte era un lugar más cálido y más húmedo.
1.2. Estado del arte
Como se muestra en la Figura 1.6, la estrategia principal dentro del programa de exploración de
Marte era �Seguir el agua�. Sin embargo, desde la misión MSL (Mars Science Laboratory), esta
estrategia se ha superpuesto progresivamente por otra: �Buscar signos de vida�, lo que signi�ca
centrarse en la búsqueda y análisis de huellas biológicas presentes o pasadas en el planeta.
Figura 1.6: Evolución de estrategias cientí�cas para la exploración de Marte [7].
En esta sección se describen misiones espaciales que incorporan rover, detallando aquellas que se
llevan a cabo en Marte; con Spirit, Opportunity, Curiosity y también Perseverance, rover programado
para lanzarse el 20 de julio de este año.
Figura 1.7: Sitios de aterrizaje de los cuatro rovers de Marte [8].
5
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.2.1. Spirit y Opportunity
Después del éxito del rover Sojourner, la NASA envió en 2003 dos rovers para explorar Marte: Spirit
(aterrizaje el 3 de enero de 2004) y Opportunity (aterrizaje el 24 de enero de 2004), formando parte
de la misión MER (Mars Exploration Rover) de la NASA.
Spirit y Opportunity fueron diseñados como geólogos gemelos con el tamaño aproximado de un
�carrito de golf� de 1.6 m de largo, 2.3m de ancho, 1.5m de alto y con un peso de 173kg. Ambos
portaban los mismos instrumentos cientí�cos. El objetivo principal de la misión era caracterizar
rocas en busca de pistas sobre agua en Marte. Por eso, los rovers aterrizaron en lugares opuestos
del planeta: Spirit aterrizó en una región llamada cráter Gusev ya que, según imágenes tomadas
por satélites, parecía que varios ríos �uyeron en este cráter; en cambio, Opportunity aterrizó en el
otro lado de Marte en un área llamada Meridiani Planum, donde estudios mostraron que se podría
encontrar un mineral llamado hematita gris que, en la Tierra, frecuentemente se ubica en presencia
de agua.
Las primeras imágenes en color tomadas en otro planeta y las rocas que Spirit y Opportunity
estudiaron demostraron que hace mucho tiempo, Marte se podría haber parecido mucho a la Tierra,
con lagos y ríos en la super�cie.
Ambos rovers excedieron sus vidas de misión plani�cadas de 90 días. Spirit duró 20 veces más hasta
que concluyó su misión en 2010 y Opportunity es el robot que más tiempo ha trabajado en Marte,
casi 15 años. El rover se comunicó por
última vez con la Tierra el 10 de junio de 2018, cuando una
tormenta de polvo en todo el planeta cubrió los paneles solares del rover. En 2015, Opportunity
rompió el récord al viajar un total de 45.16km.
Figura 1.8: Fotografía del rover Spirit, gemelo de Opportunity [9].
Los instrumentos que llevan a bordo con los que completaron exitosamente su misión son:
� PanCam (Panoramic Camera), dos cámaras panorámicas para tomar imágenes en 3D de
múltiples longitudes del paisaje marciano que rodea el rover;
� MI (Microscopic Imager), un generador de imágenes microscópicas cuya cámara de alta re-
solución ofrece vistas con lupa de rocas y suelo marcianos;
6
1.2. ESTADO DEL ARTE UPC-ESEIAAT
� Mini-TES (Miniature Thermal Emission Spectrometer), un pequeño espectrómetro de emi-
sión térmica para identi�car rocas y determinar sus procesosos;
� MB (Mössbauer Spectrometer), un espectrómetro para investigaciones desde cerca de la mi-
neralogía de rocas que contienen hierro;
� APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer), un espectrómetro de rayos X de partículas alfa
para un análisis detallado de la abundancia de elementos que forman rocas;
� conjunto de imanes , para recoger partículas de polvo magnéticas;
� y RAT (Rock Abrasion Tool), una herramienta de abrasión de roca para eliminar super�cies
polvorientas y erosionadas y prepararlas para el análisis a bordo.
La computadora móvil (los �cerebros�) está dentro de un módulo llamado REM (Rover Electronics
Module) dentro del cuerpo del rover.
Para funcionar, Spirit y Opportunity requieren energía. Ésta proviene de paneles solares que, cuando
están completamente iluminados, generan 140W de potencia (valor que decrece en función del
tiempo). Cada rover necesita aproximadamente 100W , �equivalente a una bombilla estándar en
una casa�. El sistema de alimentación de los MER (Mars Exploration Rovers) incluye dos baterías
recargables que proporcionan energía cuando el sol no brilla, especialmente de noche.
1.2.2. Curiosity
Parte de la misión MSL (Mars Science Laboratory) de la NASA, Curiosity es el rover más grande
(de 2.7 m de largo, 3m de ancho, 2.2m de alto y con un peso de 899kg) y mucho más capaz que
los anteriores MER. Se lanzó el 26 de noviembre de 2011 y aterrizó en Marte el 5 de agosto de 2012.
El objetivo principal fue obtener una respuesta a la pregunta:
¾Alguna vez Marte tuvo las condiciones ambientales adecuadas para soportar pequeñas formas de
vida llamadas microbios?
El rover aterrizó en el cráter Gale, donde se halla una alta montaña con muchas capas de rocas
y cada una compuesta por distintos minerales procedentes de diferentes periodos de tiempo. En el
cráter, Curiosity adquiere muestras de roca, suelo y aire para el análisis a bordo. El rover utiliza
un brazo para colocar herramientas cerca de las rocas seleccionadas para el estudio a bordo y lleva
10 instrumentos cientí�cos de tecnología avanzada. El vehículo incluye 17 cámaras, un láser para
vaporizar y estudiar pequeñas rocas a distancia y un taladro para recolectar muestras de rocas en
polvo. Curiosity busca rocas especiales que se formaron en el agua o tienen signos de compuestos
orgánicos.
Con el taladro el rover hizo un agujero en una roca que anteriormente fue barro en el fondo de un
lago, información que ayudó a los cientí�cos a descubrir que el cráter Gale tenía componentes que
la vida antigua habría necesitado para sobrevivir.
7
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
También se envió Curiosity a Marte para investigar la radiación, un tipo de energía que puede
provenir del sol y viaja en ondas de alta energía que pueden ser dañinas para los seres vivos. El
rover descubrió que Marte tiene niveles altos y peligrosos de radiación y la NASA usa los datos para
el diseño de misiones seguras para una futura exploración humana.
Durante su misión, las herramientas cientí�cas de Curiosity encontraron evidencia química y mineral
de antiguos ambientes habitables en Marte y actualmente, continúa explorando. Hasta el momento,
MSL representa un gran paso en la exploración de Marte.
Figura 1.9: Fotografía del rover Curiosity [10].
Algunos de los instrumentos son:
� MastCam (Mastil Camera), una cámara en el mástil para tomar imágenes panorámicas y
vídeos en color del terreno marciano;
� MAHLI (Mars Hand Lens Imager), la versión móvil de la lente de aumento de mano que
los geólogos suelen llevar consigo, cuyas imágenes en primer plano revelan los minerales y las
texturas en las super�cies rocosas;
� MARDI (Mars Descent Imager), cámara que grabó un vídeo en color del terreno mientras
el rover descendía a su lugar de aterrizaje;
� APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer), espectrómetro que cuando se coloca justo al
lado de una roca o super�cie del suelo, utiliza dos tipos de radiación para medir las cantidades
y los tipos de elementos químicos que están presentes;
� ChemCam (Chemistry and Camera), cuyo láser y cámara trabajan juntos con APXS para
identi�car la composición química y mineral de rocas y suelo;
� CheMin (Chemical and Mineralogy), instrumento que realiza análisis químicos de muestras
de roca en polvo;
� SAM (Sample Analysis at Mars), la herramienta de análisis de muestras en Marte que se
compone de tres instrumentos diferentes que buscan y miden químicos orgánicos y elementos
potenciales asociables con la vida;
� RAD (Radiation Assessment Detector), el detector de evaluación de radiación que ayuda con
la preparación para la futura exploración humana de Marte;
8
1.2. ESTADO DEL ARTE UPC-ESEIAAT
� DAN (Dynamic Albedo Of Neutrons), herramienta que busca cambios reveladores en la forma
en que los neutrones liberados del suelo marciano indican que el agua líquida o congelada existe
bajo tierra;
� y REMS (Rover Environmental Monitoring Station ), la estación de monitoreo ambiental del
rover que proporciona informes diarios y estacionales sobre las condiciones meteorológicas
alrededor del rover.
El �cerebro� del rover está dentro de un módulo llamado RCE (The Rover Compute Element) dentro
del cuerpo y la interfaz de comunicación que permite que la computadora principal intercambie datos
con los instrumentos y sensores. El procesador es resistente a la radiación (BAE RAD750) y opera
a una velocidad de hasta 200MHz , 10 veces la velocidad en los rovers Spirit y Opportunity. Tiene
2 GB de memoria �ash (aproximadamente 8 veces más que Spirit y Opportunity) y 256MB de
memoria dinámica de acceso aleatorio.
Curiosity lleva un sistema de energía de radioisótopos que genera electricidad a partir del calor de
la desintegración radiactiva de plutonio. Esta fuente de energía le proporciona a la misión una vida
útil operativa en la super�cie de Marte de al menos un año marciano completo (687 días terrestres).
1.2.3. Yutu's
Chang'e 3 fue una misión de exploración lunar china, que incorporó un aterrizador y un rover llamado
Yutu, �Conejo de Jade�. La nave espacial llevaba el nombre de Chang'e, �diosa de Luna China�.
Se logró un alunizaje controlado, siendo la primera misión china en lograrlo, el 14 de diciembre de
2013.
Más tarde, concretamente el 7 de diciembre de 2018, se lanzó la misión Chang'e 4 como copia de
seguridad de Chang'e 3. Incorporaba también un rover, Yutu 2. Aterrizó con éxito el 3 de enero de
2019, por lo que fue el primer alunizaje en el lado oculto de la Luna, el lado más alejado.
Yutu, el rover de CNSA (China National Space Administration), se convirtió en otro de los rovers
que recorrió la super�cie lunar de forma independiente. Este tenía 6 ruedas, medía 1.5m de alto
y pesaba 120kg. Tenía una capacidad de carga de aproximadamente 20kg, estaba diseñado para
transmitir vídeo en tiempo real, excavar y analizar muestras de polvo. Podía navegar por pendientes
y tenía sensores automáticos para evitar colisiones con las rocas. La duración nominal de la misión
fue de 3 meses. La parte inferior del rover llevaba un radar para medir la profundidad y composición
del polvo lunar a lo largo de su ruta.
El rover tuvo
problemas en el repliegue de sus paneles solares en su preparación para la hibernación
durante la noche lunar que di�cultaron la reactivación posterior. Los medios de comunicación chinos,
después de varios intentos fracasados de reactivación, dieron por concluida la misión de Yutu.
9
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Figura 1.10: Rover lunar Yutu [11].
Pasadas 12 horas del aterrizaje en la Luna, el rover Yutu 2 se separó del aterrizador e inició su
camino sobre la super�cie de la Luna. Fue en mayo de 2019, con el objetivo de estudiar la geofísica,
que el rover descubrió materiales extraños en la cara oculta de la Luna.
Para atenuar el frío de la noche lunar, el rover incorporaba un generador de radioisótopos de plutonio-
238, de fabricación rusa. Desprendía 120W de potencia, lo que permitía calentar los instrumentos
durante la noche por medio de un líquido conductor que circulaba. Además, otros elementos del
Yutu 2 eran una cámara panorámica, un geo-radar, un espectrómetro infrarrojo, ASH (Active Source
Hammer) para experimentos sísmicos y un analizador avanzado, que revelaba cómo el viento solar
interactuaba con la super�cie lunar.
1.2.4. Pragyan
El objetivo principal de ISRO ( Indian Space Research Organisation) es utilizar la tecnología espacial
y su aplicación a diversas tareas nacionales. El programa espacial indio fue impulsado por la visión
de Vikram Sarabhai (1919-1971), considerado el padre del programa espacial indio. Su visión es
�aprovechar la tecnología espacial para el desarrollo nacional mientras se persigue la investigación
de la ciencia espacial y la exploración planetaria�, además de realizar investigaciones para desarrollar
tecnologías de reducción de costos para el acceso al espacio.
Chandrayaan-2 es la segunda misión india en la Luna, se lanzó el 22 de julio de 2019 y consistía en un
orbitador lunar, un módulo de aterrizaje Vikram y un vehículo lunar Pragyan, todos desarrollados
en la India. Fue la primera misión destinada a explorar la región del polo sur. Además, se trató de
la misión más compleja y prestigiosa llevada a cabo por ISRO desde su inicio, que hizo de India
el cuarto país en aterrizar con un rover en la super�cie lunar después de Rusia, Estados Unidos y
China.
El objetivo principal del rover Pragyan en la misión era localizar la presencia de agua y otros
minerales importantes en la super�cie lunar. Otros de los objetivos cientí�cos era realizar estudios
de topografía lunar, mineralogía, de la exosfera lunar y de �rmas de hidroxilo y hielo de agua.
El aterrizador Vikram, que transportaba el rover Pragyan, debía aterrizar en en una región del polo
sur de la Luna a una latitud de aproximadamente 70o el 7 de septiembre de 2019. Sin embargo, el
módulo de aterrizaje se desvió de su trayectoria prevista a partir de una altitud de 2.1km, y la
10
1.2. ESTADO DEL ARTE UPC-ESEIAAT
telemetría se perdió segundos antes de que se esperara el aterrizaje. Habrá otro intento de aterrizaje
en la Luna a �nes de 2020 o principios de 2021, pero sin orbitador.
Figura 1.11: Rover lunar Pragyan [12].
El rover tenía unas dimensiones de 0.9m x 0.75m x 0.85m, pesaba unos 27kg y estaba diseñado para
funcionar con 50W de energía solar. El rover debía moverse sobre 6 ruedas atravesando 500m sobre
la super�cie lunar a una velocidad de 1cm=s. El diseño del vehículo tenía una suspensión Rocker-
Bogie y seis ruedas, cada una impulsada por motores eléctricos de corriente continuabrushless
independientes. La dirección se debía lograr mediante la velocidad diferencial de las ruedas o la
dirección de deslizamiento. Para la navegación, el rover estaba equipado con cámaras de visión 3D
estereoscópicas.
1.2.5. Perseverance
El rover de la misión Mars 2020, Perseverance, se basa en la con�guración del rover Curiosity del
MSL. Es del tamaño de un automóvil, de aproximadamente 3m de largo, 2.7m de ancho, 2.2m de
alto y con un peso de 1025kg.
Después de una búsqueda de cinco años sobre 60 localizaciones candidatas, la NASA ha elegido el
cráter Jezero [69] como el lugar de aterrizaje para este 20 de julio para el rover Perseverance en el
Planeta Rojo. Este cráter tiene 45km de longitud y se cree que una vez fue el hogar de un antiguo
delta, por lo tanto podría haber preservado moléculas orgánicas antiguas y otros signos de vida
microbiana y sedimentos que �uyeron hace miles de millones de años.
El rover Perseverance tiene cuatro objetivos cientí�cos: buscar habitabilidad, identi�cando ambien-
tes pasados capaces de soportar la vida microbiana; buscar �rmas biológicas, buscando signos de
posible vida microbiana pasada en esos entornos habitables; buscar muestras y las almacenarlas,
recolectándolas de rocas y del suelo; y preparar misiones para los humanos, probando la producción
de oxígeno de la atmósfera marciana.
11
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Figura 1.12: Prototipo rover Perseverance [13].
Para cumplir los objetivos principales, dispone de diferentes instrumentos:
� Mastcam-Z , un sistema avanzado para tomar imágenes panorámicas y estereoscópicas con
la capacidad de hacer zoom, para determinar la mineralogía de la super�cie marciana;
� MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer), un conjunto de sensores para proporcio-
nar mediciones de temperatura, velocidad y dirección del viento, presión, humedad relativa y
tamaño y forma del polvo;
� MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment), una investigación de tecnología de exploración
para producir oxígeno a partir del dióxido de carbono atmosférico marciano;
� PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry ), un espectrómetro de �uorescencia
de rayos X que también con un generador de imágenes de alta resolución para determinar la
composición de los materiales de la super�cie;
� RIMFAX (Radar Imager for Mars Subsurface Experiment), un radar de penetración en el
suelo para proporcionar una resolución a escala de centímetros de la estructura geológica del
subsuelo;
� SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics
and Chemicals), el primer espectrómetro de rayos UV (ultravioleta) que viaja a Marte pa-
ra tomar imágenes y utiliza un láser ultravioleta para determinar la mineralogía y detectar
compuestos orgánicos;
� y SuperCam , un instrumento que puede proporcionar imágenes, analizar la composición
química y la mineralogía.
El rover utiliza como �cerebro� el mismo procesador resistente a la radiación que Curiosity (BAE
RAD750) y la misma memoria, al igual que un generador termoeléctrico de radiosótopos como fuente
de energía, que le suministra 110W .
1.2.6. Asagumo
El robot japonés Asagumo (proveniente del proverbio japonés: �una araña de la mañana trae suerte�)
es un rover lunar de Spacebit planeado para ser entregado a la super�cie de la Luna a principios de
12
1.2. ESTADO DEL ARTE UPC-ESEIAAT
julio de 2021. Pesa solo 1.3kg y, en lugar de ruedas, está equipado con cuatro patas para caminar
por la super�cie de la luna y recolectar datos.
Figura 1.13: Ilustración futura misión japonesa con el rover Asagumo [14].
1.2.7. Rosalind Franklin
Un rover europeo es parte de la misión 2022 del programa ExoMars de ESA (Agencia Espacial
Europea).
El objetivo principal de la misión ExoMars es aterrizar el rover Rosalind Franklin en un sitio con
alto potencial para encontrar material orgánico y ayudar en la investigación geológica de Marte. El
rover recolectará muestras con un taladro hasta una profundidad de 2m y las analizará con ins-
trumentos de próxima generación en un laboratorio a bordo. Las muestras subterráneas tienen más
probabilidades de incluir biomarcadores, ya que la tenue atmósfera marciana ofrece poca protección
contra la radiación y la fotoquímica en la super�cie.
Rosalind Franklin es un vehículo autónomo de seis ruedas con una masa de aproximadamente 300
kg, aproximadamente un 60 % más que el Spirit y el Opportunity, pero aproximadamente un tercio
del rover Curiosity. La principal diferencia con los rovers de las anteriores
misiones mencionadas, es
que el rover Rosalind Franklin deberá perforar 2 metros en la super�cie marciana.
Figura 1.14: Rover Rosalind Franklin [15].
Los instrumentos que se espera que lleve a bordo son:
13
TFG CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
� PanCam , para realizar mapeo digital del terreno de Marte;
� ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars), para evaluar la composición mineralógica de las
rocas en la super�cie;
� CLUPI (Close - UP Imager), un sistema de cámara para adquirir imágenes en primer plano
de rocas, en color y con alta resolución;
� WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation On Mars), un radar de penetra-
ción en el suelo para caracterizar la estratigrafía debajo del rover;
� Adron , para buscar agua subterránea y minerales hidratados;
� MaMISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies), para contribuir en el estudio
de la mineralogía marciana y la formación de rocas;
� MicrOmega , un espectrómetro de imágenes infrarrojas para estudios de mineralogía en mues-
tras;
� RLS (Raman Spectrometer), para establecer composiciones mineralógicas e identi�car pig-
mentos orgánicos;
� y MOMA (Mars Organic Molecule Analyser), para apuntar a biomarcadores y responder
preguntas relacionadas con el posible origen y evolución de la vida en Marte.
Se espera que el rover viaje varios kilómetros durante su misión.
1.3. Estudio posibilidades
El título del trabajo, � Estudio de un Rover para misiones a Marte �, puede conducir a mu-
chas interpretaciones diferentes, ya que cubre un tema amplio. Sin embargo, algunos aspectos son
inamovibles: el estudio del rover debe estar relacionado con las condiciones en el Planeta Rojo y
una misión futura a realizar en la super�cie de la zona de exploración escogida.
En cuanto a las condiciones de operación en Marte, se deben conocer desde los parámetros físicos
como la gravedad, hasta sus zonas y los límites de operación en ellas, por ejemplo, la temperatura.
El estudio de Marte se realiza porque uno de los objetivos del trabajo es escoger una zona no
explorada anteriormente por ningún rover. Otra opción era escoger una zona ya explorada, así se
dispondría de un gran �ujo de información. Pero la idea de este trabajo se basa, además de estudiar
el Rover, en conocer el planeta y nuevas zonas para su exploración.
En cuanto a la misión, se deben de�nir objetivos y describir el lugar escogido para llevarla a cabo. Se
dejan a un lado conceptos como la nave espacial en la que se lanzará el Rover o las comunicaciones
con la Tierra.
En el estudio del Rover, también hay que tomar decisiones. La mayoría de ellas afectan al desarrollo
de ciertas secciones, pero no a todo el estudio. Esas son decisiones como la fuente de energía utilizada
o los materiales de los que está hecho el vehículo. Este tipo de alternativas y decisiones se explican
14
1.4. ESQUEMA DE LA MEMORIA UPC-ESEIAAT
en cada sección, ya que cada vez que se elige un componente, se explica por qué se ha elegido. En
esta sección solo se explican las alternativas y decisiones que afectan a todo el estudio.
En este estudio no se indica la maquinaria para su construcción ni se desarrollan todas las etapas
de la misión, ya que tratar de diseñar estos aspectos signi�caría una gran cantidad de trabajo para
un equipo, además de numerosos recursos. Es decir, el estudio del Rover se realiza con la idea de
estudiar cada detalle; comenzando por esbozos de prototipos y la elección del mejor; la elección
del procesador resistente a la radiación y la memoria; el diseño geométrico, abarcando el chasis, las
ruedas, la estructura de movimiento y sus límites; los materiales que lo componen; los instrumentos
que lleva a bordo y la fuente de energía que lo propulsa; consiguiendo una estimación �nal del peso
y un prototipo 3D con SolidWorks.
Si el trabajo fuese un diseño destinado a la construcción del Rover, se podrían haber añadido
elementos de unión entre los componentes e incluso comprar los sensores para realizar una pequeña
demostración de sus utilidades, pero el Rover entonces no se habría estudiado para ser enviado a
Marte, objetivo de este trabajo. En el caso de la presente tesis, se estudia el Rover para misiones a
Marte.
Cualquier otra decisión que se haya tomado no afecta a todo el estudio sino que a una parte en
concreto y se especi�ca en las correspondientes secciones.
1.4. Esquema de la memoria
Con respecto a la organización del trabajo, esta tesis consta de tres documentos: �Memoria �,
� Autoinforme de calidad � y � Presupuesto �. Al �nal del presente documento se hallan apén-
dices que contienen información adicional necesaria para lograr una comprensión más profunda de
todo el estudio. Allí se presentan temas particulares que podrían ser de interés para el lector, así
como mapas históricos de Marte y datos del lugar de exploración.
Centrándose en el documento de la memoria, los capítulos en los que se divide son:
Capítulo 1. La introducción a las misiones espaciales y estado del arte de los rovers.
Capítulo 2. El estudio del Planeta Rojo, de su medio ambiente y sus zonas.
Capítulo 3. La de�nición de una misión futura, de los objetivos y el interés de la super�cie de
exploración.
Capítulo 4. El estudio del Rover, desde diferentes prototipos hasta la elección del mejor para enviar
a la misión del anterior capítulo; el diseño geométrico, los materiales y los instrumentos a bordo.
Capítulo 5. Se recogen los resultados obtenidos en el estudio del capítulo anterior, se determi-
nan factores de gran importancia como el peso �nal y se añade el prototipo en 3D diseñado con
SolidWorks.
Capítulo 6. Se revisa el trabajo desarrollado, se exponen las conclusiones y se discuten propuestas
de mejora para continuar con el presente estudio.
15
Capítulo 2
Condiciones de operación en Marte
En este capítulo se presenta el Planeta Rojo: el medio ambiente (Sección 2.1) y las zonas de interés
de exploración (Sección 2.2).
En cuanto al medio ambiente, se ilustran datos de Marte derivados de observaciones in situ y de los
modelos que alberga MEMM (Mars Environment Multi-Model ), macro-modelo que combina varios
modelos existentes del ambiente marciano. Es por ello que, en las subsecciones 2.1.4 y 2.1.5, se
consultan libros (como [70], [20], [71]) y bases de datos del clima de Marte ([26], [28]).
Finalmente, en la Sección 2.3, se escoge el lugar de exploración para la misión futura que realizará
el Rover.
2.1. El Planeta Rojo y su medio ambiente
Marte es un planeta rocoso que fue nombrado por los antiguos romanos por su Dios de la guerra
debido a su color rojizo, que recordaba a la sangre. Otras civilizaciones también nombraron al
planeta por este atributo. Por ejemplo, los egipcios lo llamaron �Su Desher�, que signi�ca �el rojo�.
Incluso en la actualidad, con frecuencia se le llama �Planeta Rojo� porque los minerales de hierro
de la super�cie se oxidan, haciendo que ésta se vea roja.
Cuando se halla más cerca de la Tierra, a unos 55 millones de kilómetros, Marte es, después de la
Luna, Venus y Júpiter, la materia más brillante del cielo nocturno. Puede observarse más fácilmente
cuando se forma la línea recta Sol-Tierra-Marte (es decir, cuando está en oposición) y se encuentra
cerca de la Tierra, evento que sucede una vez cada 15 años y ocurrió por última vez el 31 de julio
de 2018, cuando se contempló Marte en la constelación de Capricornio.
17
TFG CAPÍTULO 2. CONDICIONES DE OPERACIÓN EN MARTE
Figura 2.1: Marte en la constelación de Capricornio el 31 de julio de 2018 [16].
En cuanto a su exploración, ningún planeta más allá de la Tierra ha sido estudiado tan profunda-
mente como Marte. Las observaciones registradas de Marte datan de la era del antiguo Egipto hace
más de 4000 años, cuando trazaron los movimientos del planeta en el cielo.
En las siguientes subsecciones se analizan los parámetros físicos del planeta y sus características.
2.1.1. Estructura y lunas
Cuando el sistema solar se instaló en su diseño actual hace aproximadamente
4500 millones de años,
Marte se formó cuando la gravedad atrajo remolinos de gas y polvo para convertirse en el cuarto
planeta en términos de distancia desde el Sol. Marte tiene un núcleo central, un manto rocoso y una
corteza sólida (Figura 2.2).
Figura 2.2: Estructura de Marte [17].
Al igual que la Tierra, Marte tiene un núcleo metálico denso en su centro, de entre 1500 y 2100
km de radio. Está hecho de hierro, níquel y azufre, y está recubierto de materiales más ligeros.
Alrededor del núcleo hay un manto rocoso de entre 1240 y 1880km de espesor, y encima de éste,
una corteza compuesta de hierro, magnesio, aluminio, calcio y potasio. Esta corteza tiene entre 10
y 50 km de profundidad.
Marte tiene dos lunas muchísimo más pequeñas que la Luna, Phobos y Deimos, que tienen forma de
�patata� porque tienen muy poca masa para que la gravedad las haga esféricas. Las lunas obtienen
18
2.1. EL PLANETA ROJO Y SU MEDIO AMBIENTE UPC-ESEIAAT
sus nombres de los caballos que tiraron del carro del Dios griego de la Guerra, Ares. En griego
antiguo, Phobos signi�ca �vuelo�; y Deimos signi�ca �miedo�.
Figura 2.3: Phobos [17].
Phobos, la luna más profunda y más grande, está llena de cráteres, con profundos surcos en su
super�cie. Marte no tiene anillos, pero Phobos se está moviendo lentamente hacia el planeta y se
estrellará contra éste o se romperá en unos 50 millones de años. Entonces, esta luna podría crear
un anillo polvoriento alrededor de Marte.
Deimos es aproximadamente la mitad del tamaño de Phobos y orbita dos veces y media más lejos
de Marte. Deimos está cubierto de tierra que con frecuencia llena los cráteres de su super�cie.
2.1.2. Parámetros físicos, órbita y rotación
Con un radio de 3390km Marte tiene aproximadamente la mitad del tamaño de la Tierra, su masa
es 10 veces mayor, de 6.39�1023 kg, y la fuerza de la gravedad en su super�cie es el 38 % de la nuestra.
Figura 2.4: Tierra y Marte [18].
Como la órbita de Marte es elíptica y la de la Tierra prácticamente circular, la distancia entre estas
varía. Si la oposición de Marte ocurre en el afelio, la distancia Tierra-Marte en el momento de la
oposición es de 102 millones de kilómetros, pero si la oposición ocurre en el perihelio la distancia
Tierra-Marte en el momento de la oposición es de 59 millones de kilómetros. Muchos lanzamientos
de sondas espaciales se preparan aprovechando las oposiciones de Marte para que la distancia sea
menor.
19
TFG CAPÍTULO 2. CONDICIONES DE OPERACIÓN EN MARTE
Figura 2.5: Esquema Sol, Tierra y Marte [19].
La órbita de Marte tiene un semieje mayor de 249.1 millones de kilómetros, un semieje menor de
206.7 millones de kilómetros y una excentricidad de 0.093, lo que hace que la distancia del planeta
al Sol di�era en 43 millones de kilómetros entre el afelio y el perihelio.
A medida que Marte orbita alrededor del Sol, completa una rotación cada 24.6 horas, que es muy
similar a un día en la Tierra (23.9 horas). Los días marcianos se llaman soles. Un año en Marte dura
669.6 soles, lo que equivale a 687 días terrestres.
El eje de rotación de Marte está inclinado 25.19o con respecto al plano de su órbita alrededor del
Sol, otra similitud con la Tierra (23.4o). Marte tiene estaciones distintas, pero duran más que las
estaciones en la Tierra. Además, mientras que en la Tierra las estaciones se distribuyen uniforme-
mente durante el año durando aproximadamente 3 meses, en Marte varían en duración debido a su
órbita elíptica alrededor del Sol.
La primavera en el hemisferio norte (otoño en el sur) es la temporada más larga con 193.6 soles. El
otoño en el hemisferio norte (primavera en el sur) es el más corto con 142.9 soles. El invierno del
norte (verano del sur) es de 154.2 soles, y el verano del norte (invierno del sur) es de 178.8 soles.
Figura 2.6: Órbita de Marte y de�nición de L s [20].
La medida L s se trata del ángulo Marte-Sol, medido en el plano orbital de Marte desde el equinoccio
de primavera (dondeL s = 0 o), es decir, uno de los nodos del plano orbital con el plano ecuatorial.
Si se de�nen las estaciones del hemisferio norte en términos de la longitud del SolL s observando
20
2.1. EL PLANETA ROJO Y SU MEDIO AMBIENTE UPC-ESEIAAT
la Figura 2.6, el solsticio de verano ocurre enL s = 90o, el equinoccio de otoño enL s = 180o, y el
solsticio de invierno enL s = 270o.
Los meses también están de�nidos porL s: en este caso, la subdivisión está en intervalos de 30o
cada uno. Sin embargo, debido a la excentricidad relativamente alta de la órbita, el mes más largo
corresponde a 60o< L s<90o y tiene una duración de 66.7 soles, mientras que el mes más corto ocupa
el intervalo de longitud 240o< L s<270o y dura 46.1 soles.
Se resumen los parámetros físicos en comparación con la Tierra:
Parámetro Marte Tierra
Volumen [km3] 1.083�1012 1.632�1011
Densidad [g=cm3 ] 3.934 5.513
Masa [kg] 6.39�1023 5.972�1024
Área de super�cie [km2] 144 371 391 510 064 472
Distancia media de órbita [km] 227 943 824 149 598 262
Velocidad media orbital [km=h] 86 677 107 218
Excentricidad órbita 0.0934 0.0167
Inclinación Ecuatorial [o] 25.2 23.4
Radio Ecuatorial [km] 3389.50 6371.00
Circunferencia Ecuatorial [km] 21 296.9 40 030.2
Periodo rotación sobre eje[horas] 24.62 23.93
Órbita alrededor del Sol [días] 686.98 365.26
Velocidad de escape[km=h] 18 108 40 284
Gravedad super�cie [m=s2] 3.71 9.81
Presión atmósfera super�cie [Pa] 600 101 325
Temperatura super�cie [oC] -40 15
Densidad aire super�cie [kg=m3] 0.02 1.225
Cuadro 2.1: Tabla comparativa datos medios entre Tierra y Marte [58].
El efecto regulador de la temperatura que ejerce la atmósfera de Marte es muy pequeño. Un futuro
astronauta que viajase a la zona ecuatorial de Marte sentiría en sus pies una temperatura de 25oC
mientras que su cabeza sentiría 0oC [72].
2.1.3. Meteoroides
En Marte se han encontrado seis cuerpos que han llegado a su super�cie: seis meteoritos, cuyas
ubicaciones exactas, características físicas y detalles geoquímicos se conocen gracias a los instru-
mentos de rovers como Spirit, Opportunity y Curiosity. Todos estos meteoritos son de tipo metálico
(aleaciones de hierro y níquel) y se han dejadoin situ , no se han movido de la ubicación donde
originalmente fueron encontrados.
El primer cuerpo encontrado que no se desintegró por completo en la atmósfera llegó a la superfície
marciana Meridiani Planum.
21
	Índice general
	Índice de figuras
	Índice de cuadros
	Objetivo
	Alcance
	Requerimientos
	1 Introducción
	1.1 Marco histórico
	1.2 Estado del arte
	1.2.1 Spirit y Opportunity
	1.2.2 Curiosity
	1.2.3 Yutu's
	1.2.4 Pragyan
	1.2.5 Perseverance
	1.2.6 Asagumo
	1.2.7 Rosalind Franklin
	1.3 Estudio posibilidades
	1.4 Esquema de la memoria
	2 Condiciones de operación en Marte
	2.1 El Planeta Rojo y su medio ambiente
	2.1.1 Estructura y lunas
	2.1.2 Parámetros físicos, órbita y rotación
	2.1.3 Meteoroides
	2.1.4 Superficie
	2.1.4.1 Geología
	2.1.4.2 Topografía
	2.1.4.3 Suelo
	2.1.5 Atmósfera
	2.1.6 Radiación y magnetosfera
	2.1.7 Zonas climáticas
	2.2 Zonas de Marte
	2.3 Zona de exploración
	3 Misión futura
	3.1 Definición y objetivos
	3.2 Interés por Hadriacus Palus
	3.3 Superficie de exploración
	4 Estudio del Rover
	4.1 Prototipos
	4.2 Procesador y memoria
	4.3 Diseño geométrico
	4.3.1 Ruedas
	4.3.2 Rocker-Bogie
	4.3.3 Chasis
	4.3.4 Límites de la estructura Rocker-Bogie
	4.4 Materiales
	4.4.1 Fibra de carbono reforzada
	4.4.2 Tecapeek CF30
	4.4.3 Aerogel
	4.4.4 Titanio G5
	4.4.5 Aleación Aluminio 7075
	4.4.6 Recopilación materiales
	4.5 Cámaras
	4.5.1 Cam-eye
	4.5.2 Cam-nav
	4.5.3 Cam-laser
	4.5.4 Cam-geo
	4.5.5 Recopilación cámaras
	4.6 Espectrómetro
	4.7 Laboratorio
	4.8 Análisis de muestras a bordo
	4.9 Monitoreo ambiental
	4.10 Fuente de energía
	5 Prototipo final
	6 Conclusiones
	A Presupuesto
	B Mapas geológicos de Marte
	C Investigación sobre Hadriacus Palus
	Bibliografía