• El académico de la RAI Luis Castañer estuvo en el lanzamiento de la última misión de la NASA  a Marte “Mars Science Laboratory. Castañer es el director del equipo científico que ha diseñado los chips de silicio para esta misión y, en el siguiente artículo, nos cuenta en primera persona cómo vivió este acontecimiento histórico.

• En el documento adjunto el profesor Castañer comenta también las novedades tecnológicas que incoporan estos chips  para medir el viento marciano.  

Por Luis Castañer.- La persona que atendía en un centro de información turística en la playa de Cocoa Beach en Cabo Cañaveral informaba  que durante esos días iba a  producirse un acontecimiento destacado:  el lanzamiento de un cohete Atlas  transportando el rover Curiosity a Marte desde el Centro Espacial J.F. Kennedy. En el mismo aeropuerto de Orlandoademás de la publicidad del parque Disney había  un  póster advirtiendo a los visitantes de la circunstancia.

Efectivamente el 26 de noviembre de 2011 fué enviada al espacio la nave que pondrá en un cráter de Marte el vehículo Curiosity, de mas de 1.000 kilos de peso, que lleva en su interior un importante conjunto de instrumentos. El reciente descubrimiento de que existe hielo de agua muy cerca de la superficie alienta y da mas fuerza a esta misión, Mars Science Laboratory (MSL). Con ella, los científicos esperan poder obtener  información que permita saber si en la actualidad o en el pasado  se dieron circunstancias propicias para la vida en Marte tal como la entendemos en la Tierra. 

El reloj se para durante diez minutos…

El lanzamiento se llevó a cabo con un retraso de 24 horas, anunciado con una antelación de pocos días. Los asistentes, de muy diferentes países, nos congregamos en distintas zonas de recogida a las seis de la mañana del día del lanzamiento. Allí unos autobuses de la NASA nos recogieron y transportaron al interior de la zona restringida, dejándonos en un área de observación de lanzamientos, contigua al Centro Saturno-Apolo y donde se encuentra una réplica del cohete Saturno que impulsó los diferentes Apolos. Tuvimos tiempo suficiente para hacernos fotos al lado de los relojes que realizan la cuenta atrás, alguno de ellos de la época de los Apolo, antes de colocarnos en unas gradas metálicas, para asistir al histórico momento.

La cuenta atrás se detuvo durante diez minutos cuando faltaban cuatro para el lanzamiento. Durante esos diez minutos en los que el reloj permanece parado en 04:00 se escuchan por los altavoces las voces de las personas que están al cargo del lanzamiento: pasan revista uno a uno de los testigos que verifican si todos los sistemas están operativos y todos los tests y comprobaciones han dado resultado positivo, incluida si hay buena visibilidad hasta 4.000 pies de altura, que fue  la última.

… ansiosos por oir el último ¡Go!

Los espectadores estaban ansiosos de oír el último ¡Go! para que el reloj se pusiera de nuevo en marcha. En ese momento se escuchó por los altavoces el himno norteamericano y a continuación los congregados corearon la cuenta atrás de los últimos diez segundos. Cuando el reloj llegó a cero hubo una gran expectación, porque el humo tardó un momento en verse y el ruido varios segundos en oírse,  pero todos vimos al cohete subir y las fotografías y grabaciones no cesaron. El Atlas subió  atravesando algunas nubes que había ese día.

Los medios de comunicación han recogido ampliamente la noticia y han descrito con algún detalle las características de la misma así como las de  una estación meteorológica, denominada REMS, que es la aportación española liderada por el CAB (Centro de Astrobiología) y con participación de la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC), EADS-CRISA, INSA, Universidad de Alcalá de Henares (UAH), Caltech, Universidad de Michigan, NASA Ames Research Center, Finnish Meteorological Institute, Universidad de Aarhus en Dinamarca y la  Universidad Complutense de Madrid en el inicio del proyecto.

En esa estación se encuentra un sensor de viento que va equipado con unos chips de silicio desarrollados y fabricados en un modesto laboratorio universitario  español del grupo de Micro y nanotecnologías de la UPC, por unos investigadores que tuvimos la oportunidad de asistir al lanzamiento.Los sensores de viento  más elaborados que han visitado Marte anteriormente utilizaron la técnica de película caliente (en la misión Viking en 1975) o de hilo caliente (en la misión Pathfinder en 1994). En la estación  REMS se utilizan por primera vez en Marte chips de silicio con resistencias de platino en su superficie. El platino es un material muy utilizado en electrónica porque su resistencia es sensible a la temperatura.

Estos chips llevan grabados, también en platino, los apellidos de los cinco investigadores que lo concebimos y lo fabricamos: Castañer, Domínguez, Jiménez, Ricart o Kowalski. Aquellas personas que se llamen así han de saber  que su nombre va viajando hacia Marte.

Mi abuelo paterno cuando emigró de su pueblo, Torrevelilla (en Teruel), seguro que no pensó que iba a llegar tan lejos.

El primer chip totalmente español

que se posará sobre el Planeta Rojo

Por Luis Castañer

Director del proyecto y Académico de la RAI

El rover “Curiosity”, lanzado recientemente desde Florida como parte de la  nueva misión de la NASA (Mars Science Laboratory), surca el espacio rumbo a Marte con una pequeña estación meteorológica denominada REMS (Remote Environment Monitoring Station). El rover va equipado con un sensor de viento cuyo componente crucial es un ‘chip’ de silicio totalmente desarrollado y fabricado en España. Será el primer chip totalmente español que se posará en la superficie marciana. El profesor Luis Castañer, miembro de la Real Academia de Ingeniería y director del equipo científico que lo ha diseñado en la Universidad Politécnica de Cataluña, explica el alcance de este dispositivo en el siguiente artículo. 

Las condiciones que experimentan los instrumentos y componentes espaciales son muy exigentes y por lo tanto sus  prestaciones tienen que ser generalmente, aparte de sofisticadas, robustas, puesto que las reparaciones son, en la mayoría de las ocasiones, inviables. Un ejemplo se puede encontrar en la exploración del Planeta Marte, en la que, desde la primera misión rusa Korabl 4 en 1960, se pueden contar una cuarentena de misiones hasta la recientemente operativa Phoenix, de las cuales 22 han sido declaradas total o parcialmente fracasadas por diferentes motivos. Algunas de estas misiones han incluido landers y rovers que nos han permitido ver en directo imágenes de la superficie de Marte, por ejemplo en la misión de la NASA MarsPathfinder en 1997, además de permitir la toma de muestras y la realización de medidas diversas para el mejor conocimiento del Planeta.

Algunos de estos rovers han estado equipados con instrumentos de medida de la velocidad del viento, utilizando una variedad de instrumentos que van desde la  convencional manga de aire o la veleta, hasta el hilo caliente. Precisamente, instrumentos basados en el principio de hilo caliente (consistente en calentar un hilo de platino mediante una corriente eléctrica y medir el cambio de temperatura cuando el viento lo refrigera. Se usa hilo de platino porque el valor de su resistencia eléctrica es sensible a la temperatura) han sido los que han enviado desde la superficie de Marte el mayor conjunto de datos del viento sobre todo en la misión Viking de la NASA en 1975.

En estas misiones, su organismo directivo establece unos objetivos científicos para cada misión, de manera que, en función de los mismos, se identifica qué instrumentos son necesarios y qué prestaciones deben tener los mismos.

La misión de los ingenieros es la de proveer estos instrumentos,

teniendo en cuenta las condiciones en que deben trabajar

Precisamente las condiciones ambientales de la  superficie de Marte no se parecen mucho a las de la Tierra: La atmósfera esta compuesta en un 93.5% de anhídrido carbónico, la presión atmosférica está en el rango de una centésima parte de la de la Tierra y la temperatura media es del orden de -50 grados centígrados pudiendo variar desde -90ºC hasta +30ºC.

La  misión MSL (Mars Science Laborartory)  de la NASA  equipa al rover Curiosity con una pequeña estación meteorológica denominada REMS (Remote Environment Monitoring Station). El componente crucial del sensor de viento es un ‘chip’ de silicio totalmente desarrollado y fabricado en España y, en mi conocimiento, será el primer chip totalmente español que se posará en la superficie de Marte.

¿Cuáles son las novedades tecnológicas

de este chip para medir el viento marciano?

El diseño del ‘chip’ incorpora algunas novedades interesantes en la tecnología de los instrumentos de medida del viento en las condiciones atmosféricas marcianas, para tener una  resolución de 1m/s en intensidad y de 30 grados en ángulo, y cumpliendo unos requisitos muy estrictos de consumo de potencia y de bajo peso. Para ello el chip es de 1.5 mm de lado y medio milímetro de grueso y alberga en su superficie tres resistencias de película de platino.

1 - El hecho de utilizar tres resistencias es la primera novedad de este diseño, porque de esta forma se puede reducir la sensibilidad del sensor a la temperatura del aire.

2 - La segunda novedad de este diseño consiste en la disposición de cuatro de estos chips en un mismo plano de forma que se pueden realizar medidas diferenciales, sobre todo para eliminar aquellas componentes de perdidas que podrían interpretarse como componentes de viento.

3 - La tercera novedad consiste en la utilización de un lazo de control que genera directamente una señal digital.

Este tipo de diseños tan específicos para trabajar en baja presión y en un rango de temperaturas tan grandes, y de los cuales no se necesitan grandes cantidades, no son normalmente suministrados por fabricantes de chips. Se trata por tanto de un sector donde laboratorios de tamaño pequeño, como el nuestro, pueden hacer contribuciones significativas y de gran visibilidad.

Mis compañeros del equipo de investigación

 y yo mismo decidimos grabar  en la superficie del chip

nuestros nombres  para que así pudiera quedar en Marte

 una pequeña huella de  nuestra autoría y como tarjeta de visita terrestre para la eventual vida en Marte y en el espacio.

Luis Castañer

Académico de la Real Academia de Ingeniería

Catedrático Grupo de Micro y Nanotecnologías

E.T.S.I.Telecomunicación - Departamento de Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica de Cataluña