M3SENS: Sensors avançats per caracteritzar la superfície i el subsòl en missions planetàries

El projecte s’ha dividit en tres subprojectes complementaris: en el primer, que ha conservat el nom del projecte global, INTA-CAB (coordinador del projecte) ha liderat l'explotació científica així com el suport operatiu de les estacions ambientals a Mart REMS, TWINS i MEDA. En el segon, anomenat M3SENS, la UPC s'ha encarregat del disseny de la pròxima generació de sensors de vent i sondes tèrmiques per estudiar la interacció entre la superfície i el subsòl del planeta. En el tercer, anomenat M3CHIP, la Universitat de Sevilla-IMSE ha desenvolupat un circuit integrat (ASIC) dissenyat específicament per processar els senyals del sensor miniaturitzat de vent en condicions extremes, resistent a radiació (radiation hardened by design) i capaç de treballar en el rang de temperatures extremes de Mart.

M3SENS, liderat pel Grup de Micro i Nano Tecnologies per Energia Solar (MNT-Solar) de la UPC, ha estat orientat, doncs, al desenvolupament d’una nova suite de sensors (un conjunt integrat de sensors diferents que treballen de manera complementària) per a l’exploració planetària. La solució s’ha centrat especialment en l’entorn de Mart, però també ha abordat reptes científics i tecnològics vinculats a altres cossos com la Lluna o asteroides, i altres entorns d’interès per a futures missions espacials. En aquest subprojecte també hi han participat investigadors del Turbulence and Aerodynamics in Mechanical and Aerospace Engineering Research Group (TUAREG) i del Grup de Recerca de Sistemes, Dispositius i Materials de RF i Microones (RF&MW) de la UPC.

L’exploració planetària requereix instruments cada vegada més precisos, robustos i miniaturitzats, capaços d’operar en condicions extremes i d’aportar informació fiable sobre la interacció entre l’atmosfera, la superfície i el subsol. En el cas de Mart, poder mesurar el vent local en superfície de manera fiable, i les propietats termofísiques del regòlit (la capa de material solt i fragmentat que cobreix la superfície d’un cos planetari) és essencial per interpretar l’evolució del planeta, preparar futures missions i millorar la seguretat i l’eficiència dels sistemes desplegats sobre el terreny. Alhora, aquests desenvolupaments obren noves oportunitats en instrumentació avançada, sensors per a entorns extrems i tecnologies de detecció miniaturitzada.

En aquest context, M3SENS proposa una suite de sensors que contribueix a caracteritzar la interfície superfície-subsol en diferents entorns planetaris. El projecte inclou un sensor de vent de nova generació per a l’atmosfera marciana, que evoluciona a partir dels sensors de vent dels instruments REMS, TWINS i MEDA, desenvolupats per a les missions de la NASA: Mars Science Laboratory, InSight i Mars 2020. També incorpora una sonda tèrmica per al regòlit, amb l’objectiu de mesurar les propietats termofísiques del material planetari, així com l’exploració d’una nova sonda de microones per a la caracterització del regòlit.

La novetat del projecte rau en la combinació de tecnologies de sensòrica avançada, simulació, electrònica de control i tècniques de caracterització tèrmica d’alta freqüència. En aquest marc, s’han desenvolupat tècniques basades en sistemes microelectromecànics (MEMS, Micro-Electro-Mechanical Systems), per augmentar l’amplada de banda dels sensors de vent. Respecte l’aportació de la UPC cal destacar el desenvolupament i maduració tecnològica del sensor esfèric 3D de vent per a l’atmosfera marciana, amb l’objectiu de portar la tecnologia fins a un nivell de maduresa proper a la validació en entorns reals o representatius. D’altra banda, el projecte ha explorat noves tecnologies d’alta freqüència per a la monitorització de fluxes d’aire en superfícies, amb aplicacions espacials i aeronàutiques.

En el cas del sensor de vent per Mart de geometria esfèrica, el projecte ha dut a terme assajos a nivell de sistema utilitzant l’ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), desenvolupat per US-IMSE, així com simulacions mecàniques per a la qualificació i simulacions fluidodinàmiques d’alta fidelitat per comprendre la resposta del sensor al vent en funció de la seva geometria. També ha desenvolupat un sensor per al regòlit, amb sistemes electrònics de control per caracteritzar propietats termofísiques en gel, simulants de regòlit marcià i lunar, i simulants de meteorits.

Pressupost i consorci

M3SENS ha comptat amb un pressupost de 151.250 €, finançat per l’Agencia Estatal de Investigación mitjançant el Programa Estatal de Generació del Coneixement. El projecte ha tingut una durada de tres anys (gener de 2022 a desembre de 2024, prorrogat fins desembre de 2025).