Se simulan operaciones científicas para una misión conjunta de rover y helicóptero en un entorno análogo a Marte. La exploración de superficies planetarias con plataformas aéreas, como helicópteros, ofrece ventajas significativas sobre los rovers y aterrizadores convencionales debido a su movilidad y capacidad para acceder a terrenos peligrosos. Inspirado en el éxito del helicóptero Ingenuity de la NASA, el proyecto Rover-Aerial Vehicle Exploration Network (RAVEN) explora el valor científico y las operaciones de una arquitectura de misión de doble plataforma, combinando un rover y un helicóptero, junto con datos simulados de imágenes orbitales.
Un equipo remoto de operaciones de misión llevó a cabo una simulación de misión de Marte de cinco días en el Área Natural de Rainbow Basin, cerca de Barstow, California. Esta área, compuesta principalmente por depósitos sedimentarios, volcánicos y volcanoclásticos de la Formación Barstow del Mioceno, proporciona un valioso análogo para la exploración planetaria. La simulación demostró la capacidad del rover para recolectar imágenes a escalas progresivamente más finas y observaciones composicionales específicas, utilizando una carga útil multi-instrumental complementaria. El helicóptero sobresalió en la recopilación de extensos estudios de imágenes, proporcionando vistas de diversos terrenos y unidades geológicas inaccesibles para el rover.
De los datos del helicóptero, las imágenes oblicuas de alta resolución y baja altitud demostraron ser las más útiles desde una perspectiva científica y de planificación operativa estratégica. Esta arquitectura de misión de doble plataforma tuvo claras ventajas científicas sobre las investigaciones individuales del rover o del helicóptero durante la simulación. Sin embargo, compartir el enlace descendente de datos diarios entre las plataformas de la misión presentó uno de los mayores desafíos operativos. Las operaciones del rover exigieron una planificación táctica diaria "reactiva" y un rápido enlace descendente de datos científicos para permitir la toma de decisiones sobre objetivos y recorridos, mientras que el helicóptero se adaptó mejor a una línea de tiempo de planificación avanzada "predictiva" para las operaciones, la gestión del volumen de datos y el análisis científico.
El diseño de la simulación de la misión se basó en los procesos utilizados para las misiones Mars Exploration Rover Spirit y Opportunity, Mars Science Laboratory (MSL) Curiosity y Mars 2020 Perseverance. La planificación de la misión se llevó a cabo en cuatro escalas de tiempo diferentes: estratégica (semanas a meses), táctica (planificación diaria "N"), día siguiente (planificación "N + 1") y a corto plazo (planificación "N + 2" a "N + 7"). Los objetivos científicos principales fueron caracterizar la geología del área de exploración, evaluar la habitabilidad del registro de rocas y el potencial para preservar biofirmas antiguas, y caracterizar las condiciones climáticas pasadas.  

La misión simulada involucró un rover de clase Curiosity/Perseverance con capacidades análogas de movilidad y carga útil científica, operando conjuntamente con un helicóptero de clase Ingenuity con capacidades mejoradas de aterrizaje, telecomunicaciones y ciencia. El rover simulado tenía un límite de recorrido diario máximo de 100 metros y estaba restringido a pendientes de menos de 30°. El helicóptero simulado tenía un rango de vuelo máximo de 300 metros y capacidad de telecomunicaciones independiente con un orbitador.
Durante los cinco días de la simulación, el rover recorrió un total de 233 metros en cuatro días, desde el punto de inicio del Sol 100 hasta Godric's Hollow. El equipo de operaciones de la misión optó por dedicar un día (Sol 104) a la ciencia de proximidad y la teledetección en el afloramiento "Specialis Revelio". El rover adquirió siete observaciones independientes de mosaicos o imágenes de Mastcam, tomó ocho imágenes o mosaicos de microimágenes remotas (RMI) y adquirió cuatro observaciones visibles a infrarrojo cercano (VISIR), tres observaciones de espectroscopía de ruptura inducida por láser (LIBS) y tres objetivos AEGIS, incluyendo LIBS, VISIR y RMI. La ciencia de proximidad ejecutada por el rover en un sitio (Specialis Revelio) incluyó tres mediciones de fluorescencia de rayos X (XRF), tres conjuntos de imágenes de Turretcam y dos mediciones de Raman.

El helicóptero voló una distancia total de 1322 metros durante la misión de cinco días, 707 de esos metros en modo de imágenes de reconocimiento de alta altitud y 616 metros en modo de imágenes de reconocimiento de baja altitud. El helicóptero adquirió 13 imágenes oblicuas de baja altitud, adquirió imágenes nadir aterrizadas en tres sitios de aterrizaje diferentes y recolectó dos observaciones VISIR.
Durante la simulación de cinco días, el equipo de operaciones de la misión planeó la adquisición de más de 16 Gbits de datos científicos con el helicóptero, aproximadamente 2.5 veces la cantidad de datos científicos adquiridos por el rover (aproximadamente 7 Gbits). Sin embargo, solo 552 Mbits de datos del helicóptero fueron designados como decisionales y enlazados durante la simulación principal, en comparación con aproximadamente 1600 Mbits de datos del rover designados como decisionales.
Los datos de imágenes de teledetección adquiridos por el rover incluyeron datos de Navcam, Mastcam y RMI de cuatro sitios. Las imágenes contextuales revelaron un paisaje ondulado sembrado con una mezcla mal clasificada de sedimentos que varían en tamaño desde lodo hasta arena, hasta guijarros y cantos rodados de color variable, redondez, angularidad y litologías sedimentarias e ígneas, con sedimentos fluviales ocasionalmente ligeramente cementados. Las imágenes del afloramiento de Specialis Revelio proporcionaron una vista de la roca madre laminada de grano fino, alterna verde y tostada.

Se adquirieron seis observaciones LIBS durante la misión simulada del rover, incluyendo observaciones AEGIS en los Soles 100, 102, 103 y 104. También se adquirieron tres objetivos XRF, Twilfitt y Tattings, Fizzing Whizbees y Bludger. Los diagramas ternarios Al2O3—CaO+Na2O—K2O (A—CN—K) y las gráficas de elementos muestran la dispersión composicional de las mediciones LIBS y XRF del rover. El rover recolectó siete observaciones VISIR. Los espectros de los objetivos adquiridos en los Soles 100-102 están dominados por absorciones de esmectita cerca de 1400 nm, ~1900 nm y 2250-2350 nm. Los datos de Raman se adquirieron en dos objetivos en el espacio de trabajo de Specialis Revelio, el nódulo Bludger y el objetivo de roca madre estratificada verde Fizzing Whizbees.


La única encuesta de imágenes de helicóptero designada como datos decisionales durante la simulación de la misión fue una porción de la encuesta de baja altitud adquirida en el Sol 101 que cubrió ~30 m del enfoque planificado del rover a Godric's Hollow para explorar un afloramiento para la investigación de ciencia de proximidad del rover y para permitir la localización mejorada del rover en este sitio. Como parte del gran pase de enlace descendente al final de la simulación, el equipo solicitó una porción de la encuesta de alta altitud del Sol 101 que cubría el espacio de trabajo de Specialis Revelio para contexto geológico adicional para las observaciones del rover. El equipo enlazó segmentos adicionales de las encuestas de baja y alta altitud de los Soles 103-105 que cubrían Godric's Hollow, Hogsmeade, Chizpurfle, The Burrow y Azkaban.
Las imágenes oblicuas de baja altitud se tomaron durante cada uno de los cinco vuelos del helicóptero, comúnmente durante el aterrizaje, y a veces durante ubicaciones dedicadas a mitad de vuelo cuando el helicóptero estaba atravesando un área particularmente interesante. Las imágenes oblicuas del Sol 102-105 documentan la estratigrafía de la roca madre, incluyendo variaciones en el color, el grosor de la capa, las propiedades de meteorización y la orientación estructural, o, en algunos casos, la ausencia de roca madre. Las imágenes nadir aterrizadas del helicóptero adquiridas en Flutterby Bush (Sol 101), Chizpurfle (Sol 103) y Bubotuber (Sol 104) y enlazadas al final del ejercicio muestran una variedad de poblaciones de clastos distintos de color, tamaño, clasificación y angularidad variables que parecen representativos de las variaciones en las fuentes de roca madre locales.
Esta simulación de doble plataforma brindó la oportunidad de observar las fortalezas y los desafíos asociados con el rover y el helicóptero individualmente y en tándem como una arquitectura de misión combinada. Los datos científicos adquiridos durante la simulación de la misión demostraron bien la capacidad del rover para recolectar imágenes contextuales anidadas y análisis composicionales desde el paisaje hasta las microescalas. El helicóptero mostró su versatilidad y movilidad en el extenso reconocimiento del terreno que llevó a cabo a través de la región de exploración durante la simulación de la misión.
Tanto el rover como el helicóptero tienen sus ventajas como plataformas de misión individuales, pero juntos forman una combinación poderosa y capaz de amplitud y profundidad. Un rover proporciona una perspectiva terrestre sobre el contexto geológico y la oportunidad de análisis espaciales progresivamente de mayor resolución de objetivos rocosos. La capacidad de un rover para transportar una carga útil más grande brinda la oportunidad de observaciones complementarias y coordinadas con diferentes técnicas analíticas. Un helicóptero permite la exploración más allá de lo que normalmente es posible con un rover dentro de una cantidad de tiempo dada, y en terrenos inaccesibles para los rovers.


Uno de los objetivos de esta simulación fue la localización mejorada para el rover utilizando datos de imágenes de helicóptero. El equipo intentó ejercitar esta capacidad una vez que el sitio de Godric's Hollow había sido identificado durante la planificación estratégica como un sitio probable para la investigación de ciencia de proximidad. Para que una capacidad como la localización mejorada utilizando datos de helicóptero sea práctica para una misión conjunta de rover-helicóptero, es probable que se necesite el procesamiento a bordo de los datos del helicóptero, sin requerir el procesamiento "en el bucle terrestre" por parte del equipo de la Tierra, para que esto sea práctico para su uso en una escala de tiempo de planificación a corto plazo de 1 a varios soles exigida por un rover.
El objetivo principal de este ejercicio fue probar y desarrollar estrategias para la operación conjunta de una misión combinada de rover y helicóptero en un entorno análogo a Marte. Aunque el equipo diseñó un proceso de operaciones destinado a dar el mismo tiempo de planificación y consideración tanto al rover como al helicóptero, el rover generalmente dominó la planificación de operaciones tácticas dada la complejidad y el número de decisiones diarias que debían tomarse sobre la operación del rover. El equipo descubrió que la forma más eficiente de construir el plan del helicóptero era que el Representante del Helicóptero trabajara de forma independiente para desarrollar una ruta de vuelo propuesta y un plan de imágenes. La capacidad del helicóptero para adquirir observaciones científicas continuas a mitad de vuelo, es decir, estudios de imágenes, y numerosas paradas a mitad de vuelo a lo largo de la ruta de vuelo, significó que la entrada científica fue un impulsor principal para el diseño de toda la longitud de la ruta de vuelo.
El equipo de operaciones de la misión decidió durante el ejercicio principal traer más de 3 veces la cantidad de datos del rover de forma decisional que los datos del helicóptero. Esto se relacionó con el hecho de que los datos adquiridos por el rover en un sol a menudo alimentaban directamente la planificación del sol siguiente, y por lo tanto requerían un enfoque de planificación más "reactivo". El equipo despriorizó los datos del helicóptero para el enlace descendente decisional. Dada la gran cantidad de datos de los estudios de imágenes del helicóptero, el equipo descubrió que era impráctico enlazar gran parte de estos datos en la escala de tiempo de la simulación de 5 soles, y que gran parte de estos estudios no eran necesarios para la planificación táctica o a corto plazo del rover con el rover, especialmente cuando los estudios cubrían terrenos inaccesibles para el rover.
Los resultados de esta implementación, en consonancia con la ejecución exitosa de GeoHeuristic Operational Strategis (o GHOST) y Rover Operations Activities for Science Team Training (o ROASTT), indicaron que una simulación de misión análoga de operaciones de campo puede lograrse con un costo y complejidad relativamente bajos, y sin el uso de activos robóticos, manteniendo al mismo tiempo una alta fidelidad en las operaciones y la toma de decisiones científicas.


En conclusión, una simulación de misión de operaciones remotas y de campo de cinco días se llevó a cabo en Rainbow Basin, California, EE. UU., para probar estrategias de operaciones, valor científico y desafíos de una arquitectura de misión conjunta de rover-helicóptero. Dado su carga útil multi-instrumental en el mástil y la torreta simulados, respectivamente, el rover sobresalió en imágenes contextuales anidadas y observaciones científicas de imágenes, geoquímica y mineralogía de alta resolución. El helicóptero sobresalió en la recopilación de una vasta cobertura espacial de diversos terrenos y unidades geológicas dentro de una región de exploración más amplia. Dadas las largas distancias de vuelo del helicóptero y los productos de datos de gran volumen, las futuras misiones conjuntas de rover-helicóptero deberían considerar un enfoque de planificación "predictivo" para las operaciones del helicóptero, es decir, operar en una línea de tiempo táctica a corto plazo pero no diaria. Los intentos de aprovechar la capacidad del helicóptero para ayudar en la localización mejorada del rover se vieron limitados por el gran volumen de datos del estudio de imágenes que debían enlazarse y por la decisión del equipo de operaciones de la misión de centrarse en un afloramiento diferente, encontrado fortuitamente, para un análisis detallado. La simulación mostró que el rover y el helicóptero son complementarios entre sí en términos de valor científico, con el rover proporcionando profundidad y el helicóptero proporcionando amplitud a la investigación científica de la misión.
Palabras clave:

Rover | Vehículo explorador móvil diseñado para viajar sobre la superficie de un planeta. Helicóptero | Plataforma aérea para explorar superficies planetarias, superando limitaciones de movilidad de rovers. Arquitectura de misión de doble plataforma | Misión que integra rover y helicóptero, con objetivos científicos y operativos compartidos. Datos de enlace descendente | Transmisión de datos desde la plataforma en Marte a la Tierra. Planificación táctica | Proceso diario de planificación de actividades para el rover y el helicóptero. Planificación estratégica | Desarrollo de objetivos de exploración a largo plazo, usando datos de orbitadores. Ciencia de detección remota | Uso de instrumentos del mástil del rover para observaciones a distancia. Ciencia de proximidad | Uso de instrumentos en el brazo robótico del rover para análisis cercanos. Localización mejorada|Uso de datos de helicóptero para reducir la incertidumbre posicional del rover. Imágenes oblicuas | Imágenes tomadas en ángulo, útiles para evaluar afloramientos y estratigrafía. Espectroscopia LIBS | Técnica para determinar la composición elemental mediante espectroscopia de plasma inducido por láser. Espectrometría de fluorescencia de rayos X (XRF) | Técnica para determinar la composición elemental mediante la emisión de rayos X. Espectroscopia Raman | Técnica espectroscópica para identificar moléculas basada en la dispersión de luz. VISIR | Espectrómetro visible e infrarrojo cercano para análisis mineralógicos. AEGIS | Algoritmo para selección autónoma de objetivos para análisis científicos.

🔥 factor sectacom.................𝓢𝓬𝓱𝓮𝔃𝓪𝓻
✨ investigación hecha por ▄︻╦芫≡══--
🧶 Referencias:
1️⃣ Alibay, F., Koch, J., Verma, V., et al. 2022, On the Operational Challenges of Coordinating a Helicopter and Rover Mission on Mars, in 2022 IEEE Aerospace Conf. (Piscataway, NJ: IEEE), 1
2️⃣ Verma, V., Maimone, M. W., Gaines, D. M., et al. 2023, Autonomous Robotics Is Driving Perseverance Rover’s Progress on Mars, SciRobot, 8, 80
📷 Medidas del Planeta Marte: ¿Cuánto Ancho y Largo Tiene?