thumb|El módulo de aterrizaje Venus In-Situ Explorer propuesto lanzaría un globo meteorológico
Un aerobot es un robot aéreo normalmente utilizado en el contexto de sondas espaciales no tripuladas, o vehículos aéreos no tripulados.
Desde la década de los 60, el trabajo se ha centrado en el diseño de robots “rovers” para explorar la Luna y otros planetas del sistema solar, pero estos vehículos han demostrado tener limitaciones. Suelen ser bastante costosos, el rango de operación en cuanto a la superficie del cuerpo celeste a estudiar es muy limitado y, debido al retraso de las comunicaciones a causa de la distancia a la que se encuentra el vehículo, han de ser suficientemente inteligentes para pilotarse a sí mismo sin provocarse daños.
En planetas con atmósfera, sea cual sea su composición, existe una alternativa: un robot aéreo autónomo, o “aerobot”.Barnes D.P., Summers, P., Shaw, A., "An investigation into aerobot technologies for planetary exploration," en Proc. 6th ESA Workshop on Advanced Space Technologies for Robotics and Automation, ASTRA 2000. ESTEC Noordwijk, NL, pp. 3.6-5, diciembre de 2000. PDF version.Anthony Colozza, Geoffrey Landis, and Valerie Lyons, Overview of Innovative Aircraft Power and Propulsion Systems and Their Applications for Planetary Exploration, NASA TM-2003-212459 (July 2003) link to NASA TM La mayoría de las propuestas de aerobots están basadas en aerostatos que son normalmente globos y, ocasionalmente, dirigibles. Al sobrevolar cualquier obstáculo, un globo puede explorar grandes regiones de un planeta de manera precisa a un coste relativamente bajo. También ha sido propuesto el uso de aviones en exploración planetaria.
Fundamentos de los globos Aunque la idea de enviar un globo a otro planeta parezca extraña inicialmente, los globos tienen un gran número de ventajas para la exploración planetaria. Son ligeros y su coste es relativamente bajo. Además, son capaces de explorar una gran cantidad de terreno, que pueden examinar con mucho más detalle que un satélite en órbita, debido a la altura a la que vuelan. En misiones de exploración, el no poder controlar su dirección no es su mayor desventaja, ya que generalmente no necesitan ser dirigidos a una localización específica.
El diseño de globos para misiones planetarias implica algunos conceptos originales. Uno de ellos es el globo Montgolfiere solar o de infrarrojos. Es un globo de aire caliente cuya envoltura está hecha de un material que capta calor de los rayos solares, o del calor que radia la superficie de un planeta. El color negro es el mejor para absorber calor, pero otros factores han de ser tenidos en cuenta y el material no ha de ser necesariamente de dicho color.
El globo Montgolfiere cuenta con varias ventajas para la exploración planetaria, ya que son más fáciles de implementar que un globo de gas ligero, no requieren necesariamente un depósito de gas, y permiten pequeñas pérdidas. Como desventaja cabe destacar que solamente pueden volar durante las horas del día.
Otro concepto de globo es el de “fluido reversible”. Está compuesto por una envoltura conectada a un depósito, el cual contiene un fluido que se puede evaporar fácilmente. El globo puede subir transformando el fluido en gas, y descender condensando el gas de nuevo en fluido. Existen varias maneras de implementar este esquema, pero el principio físico es el mismo en todos los casos.
Un globo diseñado para exploración planetaria debe llevar una pequeña góndola que contenga la instrumentación de medida, el sistema de potencia y los subsistemas de control y comunicaciones. Debido las restricciones de peso y de suministro de energía, el subsistema de comunicaciones será generalmente pequeño y de baja potencia, y las comunicaciones interplanetarias se realizarán a través de una sonda orbitando en el planeta actuando como repetidor.
Un Montgolfiere solar se desinflará por la noche, por lo que deberá tener una cuerda a modo de guía unida a la parte inferior de la góndola que se enrollará en la superficie y anclará el globo durante las horas de oscuridad. La cuerda guía estará fabricada de materiales de baja fricción para evitar quedar atrapada o engancharse en los diferentes accidentes geográficos que presenta la superficie.
En lugar del sistema formado por la góndola y la cuerda guía, el globo podría llevar una “serpiente” instrumentada más gruesa, que combine las funciones de las dos anteriores. Este diseño es idóneo para hacer medidas directas sobre la superficie.
El globo también podría estar anclado en un mismo lugar para realizar observaciones atmosféricas. Estos globos estáticos son conocidos como “aerostatos”.
Uno de los aspectos más complicados de las operaciones planetarias con globos es su puesta en servicio. Normalmente, el aerobot entra en la atmósfera planetaria en un “aeroescudo” o “aeroshell” (un escudo térmico con forma de cono plano). Después de la entrada atmosférica, un paracaídas extrae la estructura del globo del aeroescudo, el cual cae lejos en la superficie del planeta. Es entonces cuando la estructura del globo se despliega y se infla.
Una vez operativo, el aerobot es capaz de llevar a cabo su misión de forma autónoma, recibiendo solo unos pocos comandos generales de la Tierra. El globo podrá navegar en tres dimensiones, adquirir y guardar datos científicos, realizar control de vuelo variando su altitud e incluso aterrizar en lugares específicos para proporcionar una investigación más detallada.
Los globos del programa Vega
thumb|Sonda del globo Vega en exhibición en el Udvar-Hazy Center de la Institución Smithsonian. La primera, y hasta ahora la única, misión de globos planetaria fue realizada por el Instituto de Investigaciones Espaciales de la Academia Soviética de Ciencias en colaboración con el Centro Nacional de Estudios Espaciales francés (CNES) en 1985. Un globo pequeño, similar en apariencia a los globos meteorológicos terrestres, fue transportado en cada una de las sondas soviéticas Vega Venus, lanzadas en 1984.
El primer globo se introdujo en la atmósfera de Venus el 11 de junio de 1985, y el segundo cuatro días después. El primero falló tras 56 minutos, pero el segundo se mantuvo operativo durante algo menos de dos días terrestres, hasta que sus baterías se agotaron.
Los globos Vega Venus fueron idea de Jacques Blamont, científico principal en el CNES y considerado el padre de la exploración planetaria usando globos. Apoyó enérgicamente este concepto y consiguió apoyo internacional para el proyecto.
Los resultados científicos de las sondas Vega Venus fueron modestos. Lo más importante es que quedó demostrada claramente la utilidad de globos en exploración planetaria.
Aerobots y la exploración de Marte Después del éxito de los globos Vega Venus, Blamont se centró en una misión más ambiciosa de exploración de Marte, para ser transportado en una sonda espacial soviética.
La presión atmosférica en Marte es aproximadamente 150 veces menor que en la Tierra. En este tipo de atmósfera delgada, un globo con un volumen de entre 5,000 y 10,000 metros cúbicos (entre 178,500 y 357,000 pies cúbicos) podría llevar una carga de 20 kilogramos (44 libras), mientras que un globo con un volumen de 100,000 metros cúbicos (3,600,000 pies cúbicos) podría llevar 200 kilogramos (440 libras).
Blamont ha dirigido experimentos con Montgolfieres solares, realizando en torno a 30 vuelos desde finales de la década de los 70 hasta principio de los 90. Los Montgolfieres volaron a una altitud de 35 kilómetros, donde la atmósfera terrestre es tan fina y fría como la de Marte, y uno de ellos estuvo en vuelo durante 69 días, dando dos veces la vuelta a la Tierra.
Los primeros conceptos sobre el globo de Marte se centraron en un sistema de “globos dobles”, con uno de ellos sellado y relleno de hidrógeno o helio atado a un Montgolfier solar. El globo de gas ligero está diseñado para mantener en vuelo al Montgolfier durante la noche. Durante el día, el Sol calentaría el globo solar, provocando que el sistema se elevase.
Finalmente, se decide por un globo de helio fabricado de película de PET aluminizada, y con un volumen de 5,500 metros cúbicos (196,000 pies cúbicos). El sistema se elevaría con el calor durante el día, y descendería cuando se enfriara por la noche.
La masa total de la estructura del globo era de 65 kilogramos (143 libras), con una góndola de 15 kilogramos (33 libras) y una cuerda guía instrumentada de 13,5 kilogramos (30 libras). Tenía previsto una operatividad de 10 días. Desafortunadamente, a pesar del considerable trabajo realizado en el globo y sus subsistemas, los problemas con la financiación Rusia impidieron su lanzamiento en 1992, 1994 y 1996. Finalmente, el globo se eliminó del proyecto debido a su coste.
Experimentos con aerobots del JLP (NASA) Por esta época, el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JLP, por sus siglas en inglés) de la NASA empezó a interesante en la idea de aerobots planetarios y, de hecho, un equipo dirigido por Jim Cutts del JLP ha estado trabajando en ideas para aerobots planetarios durante varios años, además de realizar experimentos para validar la tecnología de los aerobots.
El primero de este tipo de experimentos se centró en una serie de globos de fluido reversible, bajo el nombre de proyecto ALICE («Altitude Control Experiment»). El primero de estos globos, el ALICE 1, voló en 1993. El último vuelo, del ALICE 8, se produjo en 1997. Trabajos relacionados incluyeron la caracterización de materiales para la envoltura de un globo para Venus, y los vuelos de dos globos en 1996 para probar la instrumentación bajo el nombre de BARBE ("Balloon Assisted Radiation Budget Equipment"). En 1996, el JPL trabajó en un experimento de un aerobot completo denominado PAT ("Planetary Aerobot Testbed", o “banco de pruebas de aerobot planetario”), el cual tenía como objetivo demostrar las capacidades de aerobots planetarios en vuelos en la atmósfera terrestre. La idea del PAT era un globo de fluido reversible con una carga útil de 10 kilogramos que podría incluir subsistemas de navegación y cámara, y al final podría operar de forma autónoma. El proyecto se volvió demasiado ambicioso, y fue cancelado en 1997. El JLP continuó trabajando en experimentos más especializados y de bajo coste orientados al diseño de un aerobot para Marte, bajo el nombre de MABVAP ("Mars Aerobot Validation Program"). Estos experimentos incluyeron soltar sistemas de globos desde globos de aire caliente y helicópteros para validar la fase de despliegue en una misión planetaria, y el desarrollo de envolturas para globos de superpresión con materiales y estructuras adecuadas para misiones de larga duración en Marte. El JLP también proporcionó un conjunto de sensores de navegación y atmosféricos para los vuelos del globo Solo Spirit alrededor del mundo, para de este modo respaldar las misiones con globos y validar tecnologías para aerobots planetarios. Mientras estas pruebas y experimentos se llevaban a cabo, el JLP realizó una serie de estudios especulativos para misiones de aerobots planetarios en Marte, Venus, la luna de Saturno, Titán, y otros planetas exteriores.
Marte Los experimentos MABVAP del JLP fueron ideados para realizar una misión con un aerobot a Marte (MABTEX - "Mars Aerobot Technology Experiment", experimento tecnológico con aerobot para Marte). Como su nombre indica, MABTEX fue inicialmente diseñado para probar la tecnología operacional como precursora de esfuerzos más ambiciosos. Este fue concebido como un pequeño globo de superpresión, que sería transportado a Marte en una “microsonda” cuyo peso no sobrepasaría los 40 kilogramos (88 libras). Una vez en la atmósfera, el globo no debería de pesar más de 10 kilogramos (22 libras) y debería estar operativo durante una semana. Una pequeña góndola contendría la electrónica de navegación y control, con un sistema de imagen estéreo además de un espectrómetro y un magnetómetro.