Fernando Rull: 20 años en el desarrollo de instrumentos espectroscópicos para la exploración espacial

ALMUÑÉCAR. Fernando Rull Pérez (Cúllar Baza, 1948) estudió Ingeniería Técnica y se doctoró en Físicas con premio extraordinario por la Universidad de Valladolid. Es catedrático  emérito por esta universidad y responsable del Grupo de Espectroscopia Avanzada en Ciencias de la Tierra y Planetarias (Unidad Asociada UVa-CSIC).

  • La relación de este importante científico español con Almuñécar se remonta al año 1963 y se ha mantenido desde entonces. Tanto es así que en el año 2000 compró una vivienda en la localidad sexitana.

Nos volvemos a reunir con Fernando Rull para saber más sobre su trabajo y la reciente misión a Marte de la NASA que incorpora instrumentos desarrollados por el equipo que dirige este científico español, de primer nivel, que mantiene desde hace décadas una estrecha relación con Almuñécar.

EI: ¿Desde cuándo llevan trabajando en misiones espaciales a Marte?

Fernando Rull: Nuestro grupo de investigación de la UVA (Universidad de Valladoliz) ha estado trabajando en los últimos 20 años en el desarrollo de instrumentos basados en la espectroscopia para la exploración espacial y, sobre todo, para las misiones a Marte.

EI: ¿Qué nos puede contar de la espectroscopía?

Fernando Rull: Las técnicas espectroscópicas tienen grandes ventajas en el análisis de los materiales porque son capaces de identificar sustancias y establecer su composición química y su estructura molecular iluminándolas con una radiación apropiada, por ejemplo, un haz laser. El estudio de la luz reemitida mediante un espectrómetro permite establecer sus características atómico-moleculares y este análisis se puede hacer a muy corta distancia, o a varios metros. También a diferentes escalas desde las milésimas de milímetro a los centímetros. Y, sobre todo, este tipo de análisis no necesita ningún tipo de preparación de las muestras y es rápido y no destructivo para el material analizado. Por tanto, ideales para estudios in-situ

Si la energía del láser es baja y se analizan las longitudes de onda diferentes a la del láser incidente a la técnica se llama Raman. Si la energía es alta, capaz de producir un plasma, al estudio de sus emisiones se le conoce como técnica LIBS. 

Por todas estas razones se han propuesto a lo largo de los años varios instrumentos basados en estos principios para ser incluidos en los vehículos de exploración marcianos.

EI: ¿Nos podría dar algunos ejemplos?

Fernando Rull: Sí, claro. Algunas de estas propuestas han resultado exitosas y así Exomars incluyó un instrumento Raman liderado por nuestro grupo en 2007, más tarde Curiosity incluyó un instrumento LIBS en la misión MSL de la NASA, que aterrizó en Marte en 2012 y, más tarde, Perseverence, dentro de la misión Mars 2020, también de la NASA, ha incluido un sofisticado instrumento combinando Raman, LIBS detección IR y análisis de imagen llamado SuperCam. Este ha empezado recientemente a operar en la superficie marciana tras el exitoso amartizaje de Perseverance el 18 de febrero de 2021. Además, la misión MMX de la agencia japonesa JAXA contempla la inclusión de un nuevo instrumento Raman en el que también participamos.

EI: ¿Qué nos puede contar de la SuperCam en la misión Mars 2020?

Fernando Rull: El objetivo principal de SuperCam en Mars 2020 es el de suministrar nueva y detallada información sobre la mineralogía y geoquímica de la superficie marciana, gracias a la combinación integrada de las técnicas mencionadas. Este análisis se realiza desde el mástil del rover mediante pulsos laser que iluminan las rocas a estudiar y la luz reemitida es recogida por un pequeño telescopio acoplado al mástil. SuperCam también tratará de contribuir a la posible detección de orgánicos en Marte y a la selección de muestras para ser recogidas por Perseverance y depositadas en un lugar geolocalizado para su posterior traslado a la Tierra cuando exista tecnología para regresar. 

Esta tarea es crucial porque permitirá el estudio en los laboratorios terrestres de materiales recientes recogidos en Marte y, además, abrirá el camino para las llamadas misiones de retorno que son el paso clave para poder iniciar los viajes tripulados. Sin la capacidad de poder llegar a Marte, aterrizar y despegar y volver a la Tierra, de forma autónoma, cosa que por ahora no es posible, no se podrá avanzar en los planes de la exploración humana. 

EI: ¿Cómo calificaría la participación de su equipo en el proyecto Mars 2020? Fernando Rull nos proporciona amplia información y algunas imágenes ilustrativas.

Fernando Rull: La participación de nuestro grupo de investigación ha sido bastante importante, hemos desarrollado el sistema de calibración de SuperCam, que tiene gran trascendencia en su operación. Cada instrumento ha de llevar su sistema de calibración que permite asegurar que los datos analizados son correctos independientemente de la temperatura, las condiciones de radiación, el tiempo trascurrido, etc. Pero cuando el instrumento es una combinación de técnicas, el sistema de calibración se complica enormemente porque debe satisfacer los requisitos de cada técnica y, además, poder establecer la correlación cruzada entre las técnicas. Este es la primera vez que se ha desarrollo dentro de una misión marciana y está jugando un papel importante en los análisis que realiza SuperCam y en la operación de Perseverance. El sistema consta de un conjunto de 28 muestras cuidadosamente preparadas integradas en un soporte especial que las fija para que puedan resistir grandes variaciones de temperatura y altísimos niveles de impacto, como los que ha debido pasar antes de su integración en Perseverance y luego en el aterrizaje. Parte de las muestras llevan un potente anillo magnético alrededor que impide que el polvo marciano se deposite sobre ellas y cubra su superficie entorpeciendo las medidas. 

Y como curiosidad, el sistema de calibración incluye una muestra consistente en un trozo de meteorito marciano que cayó en la tierra y que tras una serie de peripecias y su estudio ha sido integrado en el soporte y ya se encuentra de regreso a su planeta de origen. 

Figura 1. Detalle del sistema de calibración de SuperCam desarrollado en la Universdad de Valladolid con la colaboración industrial de la empresa AVS de Elgoibar. Su peso total es de 140 g. En la parte superior izquierda se aprecia el meteorito marciano

Figura 2. Detalle del sistema de calibración ya integrado en la parte superior del rover Perseverance (créditos NASA-JPL).

SuperCam ha colaborado también en los espectaculares resultados que los primeros vuelos del helicóptero incorporado en Perseverance han suministrado. SuperCam incluye un micrófono direccional para estudiar el sonido del plasma que los pulsos laser provocan en las rocas analizadas. Este ha sido usado para registrar el sonido del helicóptero durante su vuelo y un detallado estudio comparando el sonido registrado en tierra antes del lanzamiento con el registrado en Marte ha permitido establecer, por primera vez, modelos de propagación del sonido en otro planeta. 

EI: Nos ha comentado varias misiones a Marte ¿Qué nos puede contar de la próxima misión en la que participa su equipo?

Fernando Rull: La próxima aventura en Marte arrancará en septiembre del año próximo con el lanzamiento de Exomars 2022. El rover Rosalind Franklin, en honor a la famosa científica que hizo descubrimientos trascendentales sobre la estructura de proteínas y del ADN, lleva en su interior tres instrumentos esenciales: un espectrómetro IR, un espectrómetro Raman y un analizador de orgánicos.

EI: ¿Y cuál es su misión?

Fernando Rull: Bueno, Rosalind Franklin va a estudiar muestras debajo de la superficie del planeta rojo obtenidas por un perforador hasta 2 metros de profundidad. Estas muestras van a ser procesadas bajo la forma de polvo cristalino y analizadas por los tres instrumentos a la escala del grano mineral, es decir, en el rango de 50 a 100 milésimas de milímetro. 

Estas características hacen novedosa y muy importante a esta misión. Por un lado, el estudio de materiales debajo de la superficie a esas cotas no se ha realizado hasta ahora y será una nueva frontera para la ciencia ya que si hay alguna posibilidad de que compuestos orgánicos relacionados con actividad biológica pasada perduren en Marte es por debajo de un metro o más, donde los efectos de la radiación cósmica se ven atenuados. Por otro lado, el estudio a la escala microscópica es muy similar al que se haría en los laboratorios terrestres y permite un mayor grado de detalle en el análisis mineral y, por descontado, en esa posibilidad de detectar signos de vida pasada, lo que sería un descubrimiento de un extraordinario impacto. 

EI: ¿Qué papel va a jugar su instrumento Raman en la misión?

Fernando Rull: Nuestro instrumento Raman, desarrollado en estrecha colaboración entre nuestro grupo de la Universidad de Valladolid y el INTA, con participación de otros grupos de UK y Francia, va a jugar un papel muy relevante ya que sus capacidades analíticas permiten un estudio muy preciso de las fases minerales presentes y, además, le dotan, en principio, de la posibilidad de identificación de estos compuestos orgánicos clave, que serían trascendentales en la compresión de la evolución de la vida en el sistema solar. 

Figura 3. El Laboratorio analítico del “rover” Rosalind Franklin con los instrumentos integrados. En el círculo amarillo el espectrómetro Raman desarrollado por el grupo UVA-INTA.

Nos encanta conversar y aprender más sobre el trabajo de este científico español y su equipo y lo emplazamos para otra ocasión para que nos siga contando e ilustrando más sobre la ciencia española en la exploration espacial.

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Archivado bajo Almuñécar, Ciencia, Entrevista

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