M3SENS: Sensores avanzados para caracterizar la superficie y el subsuelo en misiones planetarias

El proyecto se ha dividido en tres subproyectos complementarios: en el primero, que ha conservado el nombre del proyecto global, INTA-CAB (coordinador del proyecto) ha liderado la explotación científica y el apoyo operativo de las estaciones ambientales en Marte REMS, TWINS y MEDA. En el segundo, denominado M3SENS, la UPC se ha encargado del diseño de la próxima generación de sensores de viento y sondas térmicas para estudiar la interacción entre la superficie y el subsuelo del planeta. En el tercero, denominado M3CHIP, la Universidad de Sevilla-IMSE ha desarrollado un circuito integrado (ASIC) diseñado específicamente para procesar las señales del sensor de viento miniaturizado en condiciones extremas, resistente a la radiación (radiation hardened by design) y capaz de trabajar en el rango de temperaturas extremas de Marte.

M3SENS, liderado por el Grupo de Micro y Nanotecnologías para Energía Solar (MNT-Solar) de la UPC, se ha orientado al desarrollo de una nueva suite de sensores (un conjunto integrado de distintos sensores que trabajan de forma complementaria) para la exploración planetaria. La solución se ha centrado especialmente en el entorno de Marte, pero también ha abordado retos científicos y tecnológicos vinculados a otros cuerpos como la Luna o los asteroides, y a otros entornos de interés para futuras misiones espaciales. En este subproyecto también han participado investigadores de los grupos de investigación TUAREG y RF&MW de la UPC.

La exploración planetaria requiere instrumentos cada vez más precisos, robustos y miniaturizados, capaces de operar en condiciones extremas y de aportar información fiable sobre la interacción entre la atmósfera, la superficie y el subsuelo. En el caso de Marte, poder medir de forma fiable el viento local en superficie y las propiedades termofísicas del regolito (la capa de material suelto y fragmentado que cubre la superficie de un cuerpo planetario) es esencial para interpretar la evolución del planeta, preparar futuras misiones y mejorar la seguridad y la eficiencia de los sistemas desplegados sobre el terreno. Al mismo tiempo, estos desarrollos abren nuevas oportunidades en instrumentación avanzada, sensores para entornos extremos y tecnologías de detección miniaturizada.

En este contexto, M3SENS propone una suite de sensores que contribuye a caracterizar la interfaz superficie-subsuelo en distintos entornos planetarios. El proyecto incluye un sensor de viento de nueva generación para la atmósfera marciana, que evoluciona a partir de los sensores de viento de los instrumentos REMS, TWINS y MEDA, desarrollados para las misiones de la NASA Mars Science Laboratory, InSight y Mars 2020. También incorpora una sonda térmica para el regolito, con el objetivo de medir las propiedades termofísicas del material planetario, así como la exploración de una nueva sonda de microondas para caracterizar el regolito.

La novedad del proyecto reside en la combinación de tecnologías de sensórica avanzada, simulación, electrónica de control y técnicas de caracterización térmica de alta frecuencia. En este marco, se han desarrollado técnicas basadas en sistemas microelectromecánicos (MEMS, Micro-Electro-Mechanical Systems) para aumentar el ancho de banda de los sensores de viento. En relación con la contribución de la UPC, cabe destacar el desarrollo y la maduración tecnológica del sensor esférico 3D de viento para la atmósfera marciana, con el objetivo de llevar la tecnología hasta un nivel de madurez próximo a la validación en entornos reales o representativos. Por otro lado, el proyecto ha explorado nuevas tecnologías de alta frecuencia para monitorizar flujos de aire en superficies, con aplicaciones espaciales y aeronáuticas.

En el caso del sensor de viento para Marte de geometría esférica, el proyecto ha llevado a cabo ensayos a nivel de sistema utilizando el ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), desarrollado por US-IMSE, así como simulaciones mecánicas para la cualificación y simulaciones fluidodinámicas de alta fidelidad para comprender la respuesta del sensor al viento en función de su geometría. También ha desarrollado un sensor para el regolito, con sistemas electrónicos de control para caracterizar propiedades termofísicas en hielo, simulantes de regolito marciano y lunar y simulantes de meteoritos.

Presupuesto y consorcio

M3SENS ha contado con un presupuesto de 151.250 €, financiado por la Agencia Estatal de Investigación mediante el Programa Estatal de Generación de Conocimiento. El proyecto ha tenido una duración de tres años (de enero de 2022 a diciembre de 2024, prorrogado hasta diciembre de 2025).