La superficie de Titán, el satélite natural más grande de Saturno, está cubierta por ríos, lagos, mares y dunas, todo oculto bajo una densa atmósfera rica en compuestos orgánicos. Los científicos creen que debajo de esa capa de niebla existe una intrincada red de pozos, conductos y cavernas.
Para acceder a estos entornos subterráneos, la NASA ha decidido financiar una investigación sobre robots con forma esférica capaces de volar dentro de las cavidades ocultas de Titán.
La iniciativa recibe el nombre de SPARK (Propulsión de Estado Sólido para el Reconocimiento Autónomo del Karst). Su meta es desarrollar un enjambre de aerobots, es decir, vehículos aéreos robóticos que puedan desplazarse por zonas donde un rover tradicional tendría serias dificultades.
El proyecto está todavía en una fase preliminar. Obtuvo respaldo económico a través del programa Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA (NIAC). Durante los próximos nueve meses, el equipo de trabajo analizará la viabilidad técnica, realizará simulaciones y definirá los sistemas necesarios para operar en condiciones de temperatura extrema, baja gravedad y una atmósfera diferente a la terrestre.
Los potenciales vehículos de SPARK no se asemejarán a los rovers que han recorrido Marte o la Luna. No tendrán ruedas, suspensiones ni grandes rotores. El concepto plantea esferas pequeñas, ligeras y autónomas, que serían transportadas hasta Titán por una nave nodriza. Una vez cerca de los puntos de interés, la plataforma podría liberar varios robots para que se dispersen por grietas, sumideros y túneles.
El interés científico en estas zonas subterráneas surge de las condiciones únicas de Titán. La luna cuenta con una atmósfera densa, compuesta principalmente por nitrógeno, y un ciclo meteorológico en el que participan metano y etano líquidos. Allí, los hidrocarburos cumplen un papel similar al del agua en la Tierra: se acumulan en lagos y mares, forman nubes, precipitan y luego regresan a la atmósfera.
Esa dinámica también puede alterar el subsuelo. En la Tierra, el agua disuelve las rocas y da origen a paisajes kársticos, con cuevas, galerías y dolinas. En Titán, el metano y el etano podrían provocar procesos equivalentes sobre materiales helados y compuestos orgánicos. El resultado sería un relieve subterráneo con áreas protegidas de la radiación y menos expuestas a los cambios de temperatura.
Estos lugares resultan atractivos porque podrían conservar sustancias complejas, hielos alterados y señales químicas relacionadas con los procesos que ocurren en la luna. Titán no presenta las mismas condiciones que la Tierra, por lo que una eventual forma de vida allí tendría características muy distintas a las conocidas. Aun así, sus lagos, su atmósfera y su química orgánica lo convierten en uno de los destinos más estudiados para investigar ambientes potencialmente habitables.
La exploración directa enfrenta múltiples barreras. La baja visibilidad, el relieve accidentado y los pozos subterráneos limitarían la movilidad de un rover. Un vehículo con ruedas podría quedar atascado ante una pendiente, una fisura o un derrumbe. Un dron con hélices, por su parte, debería operar bajo temperaturas cercanas a las criogénicas, que afectan lubricantes, engranajes y otros componentes mecánicos.
El proyecto SPARK propone una alternativa a ese problema mediante una tecnología sin rotores convencionales. Los aerobots utilizarían propulsión electrohidrodinámica, también conocida como propulsión iónica atmosférica. Este método emplea electricidad para mover el gas que rodea al vehículo y generar empuje.
El sistema usaría electricidad para generar empuje sin rotores ni hélices
La propulsión electrohidrodinámica no requiere combustión, palas ni turbinas. En términos simples, un sistema aplica alto voltaje sobre electrodos para ionizar las moléculas del gas atmosférico. Las partículas cargadas se aceleran hacia otro electrodo y, durante ese desplazamiento, transfieren impulso al aire circundante. Así se forma un flujo capaz de empujar el vehículo.
En la Tierra, esta técnica tiene una limitación importante: consume mucha energía para producir una fuerza reducida. Los prototipos pueden elevarse o desplazarse en condiciones controladas, pero no compiten con los sistemas de hélices, rotores o motores a reacción en la mayoría de las aplicaciones cotidianas.
“Su principal debilidad es su escasa eficiencia”, afirmó Daniel Drew, profesor adjunto de la Universidad de Hawái en Manoa y responsable del proyecto. “Salvo un avance significativo, será imposible competir con técnicas de propulsión más convencionales, como rotores y motores a reacción, en la gran mayoría de las aplicaciones terrestres”, agregó.
Titán ofrece un escenario diferente. Su atmósfera es mucho más densa que la de la Tierra y su gravedad es menor. Esa combinación puede favorecer el vuelo de objetos ligeros y mejorar el rendimiento de los propulsores iónicos. Drew calculó que el sistema podría alcanzar allí una eficiencia más de 100 veces superior a la que logra en nuestro planeta.
La baja gravedad permite que una fuerza menor sea suficiente para sostener el peso del robot. La densidad atmosférica, por su parte, brinda más moléculas sobre las cuales pueden actuar los campos eléctricos del sistema. Según el diseño preliminar, esas condiciones reducirían las exigencias sobre los conversores de energía y permitirían equipos más livianos.
“El diseño puede proporcionar persistencia, maniobrabilidad y robustez frente a las desafiantes condiciones casi criogénicas, al mismo tiempo que minimiza la perturbación por flujo descendente sobre las capas de hidrocarburos de gran importancia científica”, explicó Drew sobre la propuesta.
Ese último punto es una de las razones que justifican la tecnología. Las hélices de un dron desplazan grandes volúmenes de aire hacia abajo. En una cueva o sobre un terreno cubierto de materiales sueltos, ese flujo puede levantar partículas, alterar sedimentos o modificar la superficie que se busca estudiar. Un vehículo con propulsión iónica produciría un desplazamiento de aire mucho más suave.
La capacidad de ingresar sin remover capas de material puede ser crucial para el análisis geológico y químico. Los robots podrían tomar imágenes de paredes, techos y depósitos de las cuevas, medir características del ambiente y examinar compuestos en el hielo. También podrían identificar moléculas orgánicas complejas o zonas donde los materiales permanecieron aislados durante largos períodos.
El modelo contempla que la exploración no dependa de un único vehículo. Un conjunto de aerobots permitiría dividir tareas y cubrir diferentes trayectorias. Algunos podrían descender por un pozo, otros avanzar por galerías laterales y otros permanecer cerca de la entrada para mantener comunicaciones con la nave nodriza.
La autonomía será otro requisito fundamental. Las comunicaciones entre la Tierra y Saturno sufren demoras, por lo que los vehículos no podrían depender de órdenes inmediatas desde el planeta. Cada aerobot necesitaría detectar obstáculos, regular su posición, decidir rutas básicas y preservar energía de forma independiente.
El equipo de Drew deberá definir qué subsistemas ofrecen mejores resultados. La Fase I incluye estudios comparativos sobre fuentes de energía, arquitectura eléctrica, gestión térmica, comunicaciones, navegación y materiales. También evaluará cómo afectan las temperaturas de Titán al sistema de propulsión y a los equipos electrónicos.
El proyecto recibió financiación dentro de un grupo de 18 propuestas del NIAC, que distribuyó 3,2 millones de dólares entre conceptos de exploración espacial. El programa respalda investigaciones en etapas tempranas, con un nivel de riesgo alto, para estudiar tecnologías que todavía no forman parte de una misión aprobada.
Si SPARK supera la primera instancia, podría acceder a una Fase II de hasta dos años. Esa etapa permitiría diseñar y ensayar prototipos. Aun con resultados favorables, el proyecto requeriría más desarrollo antes de viajar a Titán.
Drew explicó que los tiempos plantean dudas sobre una posible integración con Dragonfly, la misión de la NASA que prevé enviar un vehículo de alas rotatorias para estudiar la superficie exterior de Titán. El lanzamiento de Dragonfly está previsto para 2028, aunque todavía no existe una confirmación sobre la incorporación de los aerobots de SPARK.
“¿Cómo encaja eso con el cronograma actual de la misión a Titán, suponiendo que hayamos perdido la oportunidad de usar Dragonfly? No lo sé”, señaló el investigador.
Dragonfly llevará un diseño distinto. Su vehículo podrá realizar vuelos entre diferentes sitios de la superficie para estudiar materiales y condiciones geológicas. SPARK, en cambio, apunta al subsuelo, un espacio que Dragonfly no podría recorrer por sí solo. Ambos conceptos podrían resultar complementarios si una futura misión incorpora una plataforma capaz de trasladar y liberar los robots esféricos.
Drew comparó el posible papel de SPARK con el del helicóptero Ingenuity en Marte. Aquel aparato llegó como una demostración tecnológica y completó 72 vuelos, una cifra superior a la prevista al comienzo de la misión.
“Espero que SPARK pueda ser un precursor en la exploración de cuevas en Titán de manera similar a lo que hizo el helicóptero Ingenuity en Marte”, expresó.
El origen del proyecto se vincula con investigaciones previas de Drew sobre propulsión electrohidrodinámica. Durante su formación de posgrado en la Universidad de California en Berkeley, estudió distintos diseños de vuelo y desarrolló robots pequeños con actuadores eléctricos. Más tarde, examinó experimentos de aficionados que construyen dispositivos ligeros con madera de balsa, alambre y papel de aluminio, capaces de flotar mediante alto voltaje.
El investigador también revisó antecedentes de la NASA y la Fuerza Aérea de Estados Unidos. Ese trabajo derivó en artículos sobre robots voladores microfabricados de escala centimétrica y en demostraciones de actuadores EHD. Entre sus avances, destacó un microaerodeslizador impulsado por iones que logró despegar y transportar una carga.
“Recientemente publicamos el diseño y el despegue del primer microaerodeslizador propulsado por iones. Puede parecer una lista bastante buena de hitos importantes, pero en realidad no hay mucha gente trabajando en este tema. Básicamente, estoy compitiendo contra mí mismo”, concluyó.
La Fase I terminará con un informe público que reunirá los resultados de los modelos, las simulaciones y las decisiones de diseño. El grupo incluye a Ethan Schaler y Jacob Izraelevitz, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, y a Michael Malaska, del Instituto Espacial de Ciencia Blue Marble. El documento deberá establecer si los robots esféricos pueden pasar de una idea de laboratorio a una herramienta para ingresar en las cuevas de Titán.
Fuente: Infobae