La punta de una pala de rotor es algo pequeño para colgar una misión. Moviéndose más rápido que cualquier otra parte del avión, hace el trabajo real: golpear moléculas de aire, intercambiando energía cinética por sustentación. En Marte, donde la atmósfera es aproximadamente un 1% más densa que la de la Tierra, esas moléculas son tan escasas que la punta de la pala tiene que moverse extraordinariamente rápido para mantener algo en el aire. Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA han empujado los prototipos de palas de rotor para la próxima generación de helicópteros a Marte más allá de Mach 1, demostrando que la barrera sónica, tratada durante mucho tiempo como un límite estricto para los vuelos marcianos, no es tan infranqueable como todos suponían.
Las pruebas se llevaron a cabo en 137 carreras dentro del Simulador espacial de 25 pies del JPL, una cámara cilíndrica cavernosa donde el aire fue evacuado y reemplazado con suficiente dióxido de carbono para aproximarse a la atmósfera marciana. Luego, los ingenieros hicieron estallar los rotores giratorios con vientos en contra, aumentando la velocidad del viento entre carreras. Las velocidades de la punta alcanzaron Mach 1,08. Nadie ha hecho eso antes, ni a propósito, ni en un entorno controlado, ni mientras recopilaban datos que realmente podrían utilizar.
Por qué es importante la barrera del sonido en un planeta en el aire
La física es contradictoria y vale la pena analizarla. En la Tierra, las palas de los rotores normalmente no necesitan acercarse a la barrera del sonido porque hay suficientes moléculas de aire disponibles a velocidades más bajas para generar una sustentación útil. Marte elimina ese lujo. Con una gravedad de aproximadamente el 38% de la de la Tierra, pero una atmósfera de solo un 1% de densidad, un helicóptero esencialmente vuela casi en el vacío, lo que significa que las puntas de los rotores deben moverse extremadamente rápido o el vehículo simplemente caerá. Ingenuity, el pequeño dron que hizo historia en abril de 2021 como el primer avión propulsado por volar en otro mundo, hizo funcionar sus rotores de espuma de revestimiento compuesto a no más de 2.700 rpm durante sus 72 vuelos, manteniendo las puntas de las palas a aproximadamente Mach 0,7. Ese margen de seguridad fue deliberado. “Si Chuck Yeager estuviera aquí, te diría que las cosas pueden ponerse complicadas alrededor de Mach 1”, dijo Jaakko Karras, líder de pruebas de rotores en el JPL, refiriéndose a la aerodinámica impredecible que se agrupa alrededor del umbral sónico. El equipo se mantuvo muy por debajo de él, de modo que ni siquiera un fuerte viento en contra marciano, por ejemplo proveniente de un remolino de polvo que pasara, podría empujar las puntas hacia territorio peligroso. Las misiones futuras tienen menos tolerancia hacia ese tipo de conservadurismo.
El proyecto SkyFall, que la NASA anunció recientemente con un lanzamiento previsto para diciembre de 2028, está diseñado para transportar tres helicópteros marcianos de próxima generación al Planeta Rojo. A diferencia del Ingenuity, que no llevaba ningún instrumento científico, estos aviones están destinados a funcionar: desplegar sensores, recopilar datos y posiblemente explorar el terreno para misiones humanas más adelante. Cargas útiles más pesadas significan aviones más pesados, y los aviones más pesados necesitan más sustentación, lo que significa rotores más rápidos. Entonces, la pregunta, expresada sin rodeos, era si los materiales y la aerodinámica podrían mantenerse unidos una vez que las puntas de las palas cruzaran la barrera del sonido.
Precauciones con la chapa y una agradable sorpresa
Los ingenieros fueron lo suficientemente cautelosos sobre lo que podría suceder al revestir parte de la cámara con láminas de metal. Si las palas se rompieran a velocidades supersónicas, el revestimiento metálico atraparía los escombros. Desde una sala de control a unos metros de distancia, Karras y su equipo observaron pantallas que mostraban las rpm, la velocidad del viento y una vista en vivo dentro de la cámara mientras el rotor giraba hasta 3.750 rpm, colocando velocidades punta en Mach 0,98 incluso antes de que se encendiera el ventilador de viento en contra. La introducción de vientos en contra empujó las puntas más allá de la línea. Alcanzaron Mach 1,08 en las últimas carreras y nada se rompió. La chapa, al parecer, era innecesaria.
Un segundo rotor, el diseño SkyFall de dos palas, era ligeramente más largo que la versión de tres palas y requería sólo 3.570 rpm para acercarse a la misma velocidad punta casi supersónica antes de que comenzara la prueba de viento en contra. Ambas configuraciones sobrevivieron. Ir más allá de Mach 1 aumentó la capacidad de elevación de los futuros vehículos a Marte en aproximadamente un 30%, lo que significa que los helicópteros de próxima generación podrían transportar paquetes de instrumentos significativamente más pesados de lo que antes se creía posible.
“La prueba exitosa de estos rotores fue un paso importante para demostrar la viabilidad del vuelo en entornos más exigentes, lo cual es clave para los vehículos de próxima generación”, dijo Shannah Withrow-Maser, aerodinámica del Centro de Investigación Ames de la NASA que formó parte del equipo de prueba. “Pensamos que tendríamos suerte de alcanzar Mach 1,05, y alcanzamos Mach 1,08 en nuestras últimas carreras. Todavía estamos investigando los datos y es posible que haya aún más empuje sobre la mesa”.
Esa última frase es con la que vale la pena sentarse. Los ingenieros normalmente celebran una prueba exitosa, marcan una casilla y siguen adelante. La sugerencia de que Mach 1,08 podría no ser el techo, que los datos podrían revelar un margen de rendimiento adicional, apunta a algo genuinamente abierto sobre hacia dónde se dirige esta tecnología.
La distancia entre el ingenio y lo que viene después
El logro de Ingenuity, hace ahora cinco años, fue emocionante precisamente porque era muy limitado. El helicóptero pesaba alrededor de 1,8 kilogramos, no llevaba instrumentos y su trabajo era simplemente demostrar que era posible volar con motor controlado en la atmósfera marciana. Hizo ese trabajo 72 veces antes de quedar en silencio a principios de 2024, cuando la pala del rotor se dañó en un aterrizaje forzoso. Lo que demostró fue posibilidad; lo que se pide que demuestren la misión SkyFall y sus sucesoras es utilidad.
Al Chen, director del Programa de Exploración de Marte del JPL, planteó el desafío en términos que no invitan a subestimarse. “Volar allí es lo más difícil que puedes hacer”, afirmó. “Esto se debe a que su atmósfera es tan increíblemente delgada que es difícil generar sustentación y, sin embargo, Marte tiene una gravedad significativa”. La brecha entre Ingenuity y lo que sigue no es simplemente una cuestión de escala. Requiere un replanteamiento fundamental de lo que pueden tolerar los helicópteros en Marte, incluido, aparentemente, cruzar una barrera que la mayoría de los ingenieros aeronáuticos pasan sus carreras tratando de evitar.
El conjunto de datos de 137 pruebas de la cámara del JPL ahora alimenta directamente las especificaciones de rendimiento de SkyFall. Está previsto que tres helicópteros de próxima generación, a bordo de una nave espacial de transporte hacia Marte, aterricen a finales de 2028 aproximadamente. Cada uno llevará instrumentos científicos. Cada uno tendrá puntas de rotor capaces de superar la velocidad del sonido, en una atmósfera donde el sonido viaja más lentamente que aquí, alrededor de 540 mph en comparación con aproximadamente 760 mph al nivel del mar en la Tierra. La física conspira extrañamente a favor de Marte, al menos en ese estrecho sentido. Si conspiran de manera bastante extraña para hacer de la ciencia aérea una rutina en el Planeta Rojo es, todavía, una pregunta abierta, aunque la respuesta está comenzando a parecer más plausible que antes de marzo.
https://science.nasa.gov/mars/
Preguntas frecuentes
¿Por qué volar un helicóptero en Marte es mucho más difícil que en la Tierra?
Marte tiene una atmósfera de sólo alrededor del 1% de la densidad de la Tierra, lo que significa que las palas del rotor tienen muchas menos moléculas de aire contra las que empujar para generar sustentación. Al mismo tiempo, la gravedad marciana sigue siendo aproximadamente el 38% de la de la Tierra, por lo que hay un peso significativo que superar. La combinación obliga a los ingenieros a hacer girar rotores a velocidades mucho más altas de las que jamás se necesitarían en la Tierra, empujando las puntas de las palas hacia la velocidad del sonido y, finalmente, superándola.
¿Qué significa realmente “Mach 1,08” para una pala de rotor en Marte?
Mach 1 es la velocidad del sonido en un medio determinado, y en Marte eso equivale aproximadamente a 540 mph porque la atmósfera es fría y delgada y está compuesta principalmente de dióxido de carbono. Por lo tanto, la punta de un rotor que se mueve a Mach 1,08 viaja a poco más de 900 km/h. La importancia es que el flujo de aire supersónico alrededor de una pala se comporta de manera diferente al flujo de aire subsónico, con ondas de choque que se forman en la punta que pueden generar fuerzas impredecibles y estresar la estructura de la pala. Las pruebas del JPL confirmaron que las palas prototipo pueden tolerar esas fuerzas sin fallar.
¿Qué pasó con Ingenuity, el primer helicóptero de Marte?
Ingenuity completó 72 vuelos entre abril de 2021 y principios de 2024, superando con creces la demostración de tecnología de cinco vuelos prevista. Su misión final terminó cuando una pala del rotor resultó dañada durante un aterrizaje forzoso en enero de 2024, lo que dejó al helicóptero incapaz de volar nuevamente. No llevaba ningún instrumento científico y siempre tuvo como objetivo ser una prueba de concepto. Los aviones de próxima generación que se están desarrollando en proyectos como SkyFall están diseñados para transportar cargas científicas reales y realizar una recopilación de datos significativa.
¿Qué es la misión SkyFall y cuándo se lanzará?
SkyFall es una misión de la NASA diseñada para llevar tres helicópteros marcianos de próxima generación al Planeta Rojo. Actualmente está previsto su lanzamiento en diciembre de 2028. A diferencia del Ingenuity, que voló solo, los helicópteros SkyFall llevarán instrumentos y sensores científicos, lo que los convertirá en herramientas operativas para la exploración en lugar de demostradores de tecnología. Las pruebas de palas de rotor completadas en marzo de 2026 han informado directamente las especificaciones de rendimiento de esos aviones.
¿Podrían utilizarse palas de rotores supersónicos en otros planetas o lunas?
Posiblemente, aunque los desafíos de ingeniería varían considerablemente en cada entorno. Titán, la luna más grande de Saturno, a menudo se cita como candidato para la exploración aérea porque su atmósfera densa y su baja gravedad hacen que el vuelo sea comparativamente fácil, y la misión Dragonfly de la NASA ya está en desarrollo para volar un helicóptero allí. Llevar las puntas de los rotores a velocidades supersónicas es un problema específico de mundos con atmósfera delgada como Marte. Las técnicas y materiales desarrollados para estas pruebas podrían, en principio, servir de base para diseños futuros para cualquier entorno donde la generación de ascensores sea inusualmente difícil.
Nota rápida antes de seguir leyendo.
ScienceBlog.com no tiene muros de pago, ni contenido patrocinado, ni ningún objetivo más allá de hacer la ciencia correcta. Cada historia aquí está escrita para informar, no para impresionar a un anunciante o promover un punto de vista.
El buen periodismo científico requiere tiempo: leer los artículos, comprobar las afirmaciones, encontrar investigadores que puedan poner los hallazgos en contexto. Hacemos ese trabajo porque creemos que es importante.
Si encuentra útil este sitio, considere apoyarlo con una donación. Incluso unos pocos dólares al mes ayudan a mantener la cobertura independiente y gratuita para todos.