Materiales ultraestables del CINN listos para analizar la atmósfera de Marte

El Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN), centro mixto del CSIC, la Universidad de Oviedo y el Principado de Asturias, ha desarrollado y validado nuevos componentes cerámicos de alta estabilidad para futuros sistemas LiDAR destinados al estudio de la atmósfera marciana, en el marco del proyecto europeo MiLi, coordinado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA).

El estudio de la atmósfera de Marte resulta clave para comprender su clima y avanzar en futuras misiones de exploración humana. Con este objetivo, el proyecto europeo MiLi (Miniaturized LIDAR for MARS Atmospheric Research), iniciado en 2022, trabaja en el desarrollo de un sistema LiDAR miniaturizado capaz de operar en las extremas condiciones del planeta rojo.

Los sistemas LiDAR permiten analizar la composición y distribución de partículas y gases atmosféricos mediante la emisión de pulsos láser y la medición de la señal reflejada. Sin embargo, los dispositivos terrestres resultan demasiado pesados y presentan un elevado consumo energético para su uso en el espacio.

Para superar esta limitación, el proyecto apostó por sustituir componentes metálicos por estructuras cerámicas de alta estabilidad dimensional. "Se trataba de desarrollar un prototipo innovador que eliminase la necesidad de complejos sistemas de control térmico", explica Adolfo Fernández, investigador principal del CINN en el proyecto.

Uno de los principales retos técnicos de estos sistemas es garantizar el alineamiento preciso entre el emisor láser y el telescopio. "Cualquier desajuste comprometería la calidad de los datos", señala Marta Suárez, científica titular del CSIC en el CINN. Por ello, añade, "es imprescindible emplear materiales que mantengan sus dimensiones en un rango térmico extremo, entre los -80 °C y los 40 °C".

En este contexto, el grupo de Materiales Nanoestructurados Multifuncionales del CINN desarrolló una familia de materiales basada en beta-eucriptita, una fase cristalina con coeficiente de expansión térmica negativo. A partir de esta matriz, el equipo diseñó y fabricó, mediante sinterización por descarga de plasma, discos cerámicos de gran tamaño y alta densidad, incluyendo una composición conductora.

Este avance permitió abordar el complejo mecanizado de los componentes. "Era un proceso especialmente exigente por las tolerancias y los diseños requeridos", indica Noemí López, investigadora predoctoral del CSIC en el CINN. Mediante técnicas de electroerosión y mecanizado convencional, el equipo logró fabricar por primera vez elementos críticos como la estructura de soporte del espejo secundario y los espaciadores del láser emisor.

Validación en condiciones reales

Una vez integrados los componentes en el sistema, el prototipo fue ensamblado y trasladado al Observatorio de Yebes (Guadalajara), donde se llevó a cabo una campaña de validación durante dos semanas.

Investigadores del INTA y de la Universidad de York compararon su funcionamiento con el único LiDAR que ha operado hasta ahora en Marte, el instrumento de la misión NASA Phoenix (2008). Los resultados confirmaron la capacidad del sistema desarrollado en el proyecto MiLi para caracterizar la atmósfera marciana. Este éxito convierte al prototipo en una tecnología candidata para su integración en futuras misiones al planeta rojo.

Un proyecto europeo con participación asturiana

El proyecto MiLi está financiado por la Comisión Europea a través del programa Horizonte Europa y se desarrolla entre diciembre de 2022 y octubre de 2025. El consorcio está liderado por el INTA e integrado por el CINN-CSIC, la Universidad Politécnica de Milán, la Universidad de York y diversas empresas tecnológicas europeas. La participación del CINN, centro mixto del CSIC, la Universidad de Oviedo y el Principado de Asturias, refuerza el papel de la investigación asturiana en el desarrollo de tecnologías clave para la exploración espacial.