NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology JPL HOME EARTH SOLAR SYSTEM STARS & GALAXIES SCIENCE & TECHNOLOGY BRING THE UNIVERSE TO YOU JPL Email News RSS Podcast Video
Follow this link to skip to the main content

MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

27 de Enero de 2012

Queridos Adawnadados Lectores,

Dawn está escrutando Vesta desde su órbita baja de cartografía (Low-Altitude Mapping Orbit, LAMO), en la que rodea aquel mundo rocoso cinco veces y media cada día. La nave goza de buena salud y sigue adelante con su intensa campaña de observación para revelar las asombrosas peculiaridades de este cuerpo celeste en las profundidades del cinturón de asteroides.

Desde el último artículo nuestro explorador robótico ha dedicado la mayor parte del tiempo a sus dos objetivos científicos principales en esta fase de la misión. Con el sensor de rayos gamma y neutrones (GRaND) ha ido midiendo pacientemente las levísimas emanaciones nucleares de Vesta. Estas señales ponen en evidencia los componentes atómicos del material que compone la superficie. Dawn también ejerce de radio-baliza, lo que permite que los navegantes en el lejano planeta Tierra determinen su movimiento orbital con una precisión exquisita. Esto a su vez permite medir el campo gravitatorio de Vesta y de ahí inferir la estructura interior de este mundo tan complejo. Además de estos objetivos prioritarios, la nave ha empleado su cámara y su espectrómetro visible e infrarrojo (VIR) para obtener imágenes más detalladas que en las órbitas anteriores.

Al igual que hemos detallado las actividades en órbitas anteriores, consideremos ahora algunos aspectos relevantes del control de esta sonda tan extremadamente lejana mientras observa insistentemente el exótico coloso que se extiende a 210 kilómetros (130 millas) de distancia.

Pues el primer punto digno de mención es ¡que es increíblemente sugerente! Resulta muy emocionante cómo este extraño orbe extraterrestre se va definiendo con más precisión cada vez, y cualquiera que se haya emocionado alguna vez con los esfuerzos de la humanidad por explorar el cosmos puede compartir esta experiencia. Baste recordar que todos vosotros podéis contemplar los extraordinarios paisajes que Dawn observa con sólo ir aquí, donde encontraréis una nueva imagen cada día, de lunes a viernes, cada una de un aspecto diferente de la diversidad de terrenos que presenta el asteroide.

Los datos que ya hemos recibido nos han proporcionado importantes detalles sobre Vesta, y estos descubrimientos seguirán haciéndose públicos en nuestras ruedas de prensa. Centrémonos ahora en un segundo elemento de las operaciones en LAMO. El mes pasado mencionamos las diversas fuerzas que contribuyen a desviar a Dawn de su trayectoria orbital planeada. (Puede ser recomendable revisar aquel material, ya sea para mejorar la apreciación de lo que sigue o como un eficaz somnífero, en caso de que sea necesario.) Investiguemos ahora alguna de las consecuencias. Es posible que tengamos que tener en cuenta más consideraciones técnicas de lo habitual en este blog, pero todas serán explicadas en detalle y juntas ilustran una de las muchas complicaciones que hay que superar para hacer de esta aventura espacial un éxito.

En la lejanía, viajando a través de enorme extensiones de (casi) vacío espacial, Dawn sólo puede conocer su posición gracias a la información que los navegantes le transmiten. Este es el caso habitual para las naves interplanetarias. Los satélites que orbitan la Tierra pueden usar la constelación de satélites del Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System, GPS) u otros medios para determinar su ubicación, pero sólo algunas de las naves que se han alejado de la Tierra son capaces de conocer por sí mismas su situación. No debemos confundir este problema con la capacidad de la nave de fijar su orientación, que en el caso de Dawn se realiza por medio de sensores estelares, giróscopos y sensores solares. Es lo mismo que si os encontrárais en un lugar desconocido en vuestro planeta en mitad de la noche; podrías reconocer en qué dirección miráis identificando las constelaciones, pero eso no es suficiente para determinar vuestra posición.

A lo largo de toda la misión los controladores han ido transmitiendo regularmente a la nave una descripción matemática de su ubicación en el sistema solar en cualquier momento en un período de tiempo determinado. También le han proporcionado información que le permitía calcular dónde estaba la Tierra. Así es como la nave ha podido apuntar su antena principal en la dirección correcta siempre que ha sido necesario. Durante la fase de observación de Vesta, la sonda también ha recibido los datos necesarios para permitirle determinar su posición respecto a Vesta. Toda la información que se envía a la nave se basa en las predicciones de los navegantes sobre la posición que la nave tendrá en el futuro. Dawn es incapaz de detectar ninguna desviación en su curso, por lo que se comporta como si movimiento fuese exactamente idéntico a las predicciones, sin ninguna de las discrepancias que con toda seguridad tendrán lugar. Durante la mayor parte de la misión, tanto en el crucero interplanetario como en las órbitas más altas alrededor de Vesta los efectos de las pequeñas desviaciones respecto a la trayectoria predicha eran insignificantes. Pero en LAMO no lo son.

Para que Dawn pueda apuntar sus sensores científicos hacia Vesta, los controladores le ordenan que apunte directamente "hacia abajo". Una vez más, la nave sabe dónde es "hacia abajo" por la información que los navegantes le han proporcionado. Cualquier pequeña disparidad entre la posición predicha de la nave a lo largo de su órbita y la actual produce un apuntamiento ligeramente diferente, no directamente hacia abajo. Esto no hace peligrar las observaciones; podría tolerar aún mayores errores de apuntamiento y seguir teniendo los objetivos designados en el campo visual de los instrumentos.

Dawn es una nave muy grande. De hecho, la envergadura de la punta de un panel solar a la del otro es de 19.7 metros (casi 65 pies). Cuando se lanzó en 2007, era la nave de mayor envergadura jamás lanzada por NASA en un viaje interplanetario. La enorme superficie de células solares es necesaria para recoger la débil luz del sol en el cinturón de asteroides y convertirla en electricidad para cubrir las necesidades de la nave. Cada panel solar tiene una longitud igual al ancho de una pista de tenis, y la nave completa llegaría desde el lanzador hasta el bateador en un campo de béisbol, aunque Dawn está envuelta en actividades considerablemente más inspiradoras y satisfactorias que los deportes de competición.

Consideremos ahora que Dawn está mirando justo hacia abajo, directamente hacia el centro de Vesta, con sus alas a nivel. Si se desvía aunque sea sólo un poquito, una de las enormes extensiones estará ligeramente más cerca del cuerpo masivo a sus pies y la otra algo más lejos. Como la gravedad disminuye con la distancia, el panel solar que está más cerca experimenta una atracción levísimamente superior que la más alejada. Si no se controla, el lado inferior es atraído aún más abajo, incrementando con ello aún más la diferencia en la atracción gravitatoria de ambas alas. Con el tiempo, esta diferencia ocasionaría que Dawn acabase con un panel apuntando directamente hacia abajo, a la antigua superficie del asteroide, y el otro hacia arriba, hacia las profundidades del espacio. Dado que este fenómeno depende de la diferente intensidad de la gravedad entre el punto más bajo y el más alto, se conoce como "gradiente gravitatorio". Algunos satélites que orbitan la Tierra han sido diseñados para aprovechar el gradiente gravitatorio y alinear así su eje más largo hacia el planeta, pero Dawn (y la mayoría de las demás naves) necesitan mayor flexibilidad en su apuntamiento.

En lugar de resignarse al método pasivo de orientación que proporciona el gradiente gravitatorio, Dawn usa sus ruedas de reacción para apuntar sus instrumentos científicos hacia Vesta. Cambiando eléctricamente la velocidad a la que giran estos dispositivos, la nave puede controlar su orientación en su vuelo espacial ingrávido y sin fricción. Cuando una pequeña desviación respecto a la órbita ideal ocasiona que una de las puntas de las alas se incline mientras apunta "hacia abajo", las ruedas de reacción de la nave se encargan de evitar que sucumba al gradiente gravitatorio, contrarrestando la tendencia de las alas a desviarse aún más de su posición a nivel. Como consecuencia de esto, la nave se mantiene estable mientras que las ruedas se van acelerando poco a poco a medida que realiza sus observaciones.

Para reducir la velocidad de las ruedas, los planificadores de la misión han preparado casi cada día en LAMO un período en el que la nave enciende las toberas de su sistema de control por reacción, una actividad que se conoce como "desaturar las ruedas". De hecho, el control de la velocidad de las ruedas es la principal razón por la que Dawn está equipada con estas pequeñas toberas y un modesto suministro de hidracina, un propelente convencional para motores cohete.

Los encendidos de las toberas no sólo proporcionan el par necesario para reducir la velocidad de rotación de las ruedas, sino que también tienen el efecto colateral de impulsar ligeramente la nave. El empujón es pequeño y cambia la velocidad orbital en menos de un centímetro por segundo (aproximadamente la quinta parte de una milla por hora o unos 120 pies por hora). Pero sí ocasiona que Dawn se desvíe de su órbita planeada y la fuerza acumulada de todos los encendidos es la principal causa de divergencia entre las trayectorias en LAMO.

Para resumir, una vez que Dawn se ha desviado en cualquier aspecto del movimiento orbital predicho que los navegantes le han transmitido, sus largas alas se inclinarán ligeramente mientras observa Vesta. Para compensar el efecto resultante del gradiente gravitatorio, las ruedas se van acelerando progresivamente. Cuando las toberas del sistema de control por reacción se encienden para decelerar las ruedas, alejan a Dawn aún más de su curso y el ciclo continúa.

Por supuesto, los ingenieros han diseñado una estrategia para tener en cuenta esta contribución (y otras) a las desviaciones respecto del plan. En LAMO miden con frecuencia la trayectoria de la nave y revisan sus estimaciones sobre la posición futura. Las nuevas predicciones se transmiten a la nave dos veces por semana, de manera que el ordenador principal suele tener una predicción bastante precisa de su posición relativa a Vesta y por lo tanto de cómo orientarse para que los paneles solares se mantengan a nivel mientras va tomando las fabulosas imágenes y el resto de los datos científicos. Con las actualizaciones de la posición, Dawn puede apuntar sus sensores con precisión y mantener al mínimo el número de encendidos de sus toberas, incluso aunque no esté siguiendo la órbita de manera escrupulosa. Esta solución funciona bastante bien, pero sigamos desgranando las consecuencias de las perturbaciones orbitales.

Mientras el equipo de operaciones siempre tiene la posibilidad de actualizar regularmente la información que la nave tiene de su posición, resulta mucho más complicado hacer ajustes igualmente frecuentes a su itinerario. La programación de una innumerable cantidad de actividades debe hacerse con cierto adelanto. Las secuencias de comandos, que tienen una precisión de un segundo, son muy complicadas de construir y verificar y el equipo de operaciones no cuenta con los recursos necesarios para ajustar la temporización relativa de las actividades tan a menudo como actualizan la posición predicha de la nave.

Los ingenieros analizaron una gran variedad de factores durante la selección de las órbitas que Dawn utiliza para sus observaciones científicas. Ya vimos en Noviembre que las órbitas se caracterizan no sólo por su altitud sino también por la orientación del plano orbital. En un próximo artículo explicaremos en más detalle cómo se seleccionó esta inclinación, pero por ahora baste con decir que, entre otras consideraciones, las órbitas se seleccionaron de manera que Dawn se mantenga permanentemente al sol, siempre fuera de la sombra de Vesta. Lo que no fue parte del diseño fue mantener la Tierra permanente a la vista, por lo que en cada una de las casi 600 revoluciones que ha completado alrededor del enorme cuerpo rocoso desde el 28 de Agosto (el séptimo ciclo de observación en la órbita de muestreo), la nave ha sufrido periodos en los que Vesta bloqueaba la visión de la Tierra. En su órbita actual, estos ocultamientos duran aproximadamente media hora en cada órbita de 4.3 horas.

Cuando Dawn está observando Vesta, este hecho no importa. Mientras se está impulsando con su motor de propulsión iónica para trasladarse de una órbita a otra, tampoco importa. Sí importa, sin embargo, cuando está en contacto con la Tierra, porque Vesta bloquea las señales de radio. Los controladores de la misión proporcionan a la nave una planificación detallada de cuándo transmitir y qué datos transmitir, haciendo el mejor uso posible del precioso enlace de comunicaciones que cruza el sistema solar. La planificación le indica que no transmita datos de alta prioridad durante el tiempo de bloqueo de la radio, pero la temporización de los ocultamientos puede variar ligeramente a medida que la órbita se va separando de la planificada.

La estrategia para compensar las ligeras desviaciones en la sincronización de las interrupciones del enlace de radio se basa esencialmente en incluir algo de margen en el plan. La agenda de transmisiones de los datos de alta prioridad establece que se transmitan bien alejados del momento esperado de interrupción, de manera que no se produzca ninguna pérdida importante si Dawn se adelanta o se retrasa ligeramente (lo que causaría que la interrupción ocurra unos minutos antes o más tarde).

¿Y qué se puede hacer entonces en una sesión de comunicaciones durante y alrededor del momento en que la nave previsiblemente se va a ocultar detrás de Vesta? Dawn gira demasiado despacio para que merezca la pena apuntar los sensores a la superficie durante esos períodos. Por supuesto, podría no transmitir absolutamente nada. Sin embargo, el equipo ha decidido que transmita los datos que, en caso contrario, se perderían. Nunca hay suficiente tiempo para mandar de vuelta a la Tierra toda la información que la sonda genera y recopila. De manera que la mayoría de las veces cuando se esconde detrás de Vesta transmite muchas de las medidas de sus propios subsistemas que no pueden almacenarse para su transmisión posterior. Y durante los periodos inmediatamente anteriores y posteriores a la ocultación, en los que es posible que la señal llegue a la Tierra, lo que transmite son imágenes adicionales y espectros de VIR. Si las desviaciones respecto a la órbita predicha son pequeñas, la antena tendrá visión directa de la Tierra y estos datos llegarán de vuelta a casa. Y si la nave entra en el periodo de ocultación tarde (o temprano), también saldrá tarde (o temprano), de modo que las mediciones adicionales enviadas antes (o después) de la ocultación llegarán sin problemas. Pero en el resto de los casos Dawn enviará esos bits directamente al lugar de donde partieron, y las fotos y los espectros acabarán de vuelta en la vasta superficie rocosa que se interpone entre la nave y la Tierra.

El mes pasado describimos una de las limitaciones a la cantidad de información adicional que se podía obtener durante LAMO. Y ahora acabamos de ver otra. En resumen, como la sonda puede tomar más imágenes y datos de los que se pueden transmitir con seguridad, tiene que enviar algunos durante periodos en los que es posible, pero no seguro, que lleguen a la Tierra. Y debido a causas muy reales que modifican la órbita frente a la trayectoria prevista, algunas de estas mediciones se transmitirán cuando Vesta, contemplado desde el punto de vista de Dawn, oculte la Tierra, impidiendo con ello que las señales de radio lleguen a su destino. Las observaciones de GRaND (así como la telemetría esencial para asegurar la salud de la nave) se programan en los periodos de tiempo en los que, incluso con un cierto nivel de discrepancia con la órbita predicha, el enlace de comunicaciones no se verá afectado. De este modo, los planificadores de la misión consiguen la mayor cantidad posible de datos, aprovechando al máximo el tiempo que Dawn está apuntando su antena principal a la Tierra. El hecho de tener un sofisticado robot en órbita alrededor del segundo residente más grande del cinturón de asteroides representa una oportunidad realmente única para la exploración del sistema solar, y el equipo han puesto todos los medios a su alcance para emplear este tiempo de la manera más productiva posible.

La nave apunta GRaND hacia Vesta la mayor parte del tiempo para obtener una buena representación del débil brillo nuclear. Los controladores de la misión han planeado tres períodos por semana de unas ocho horas de duración en las que apunta la antena a la Tierra. Las predicciones orbitales han sido extremadamente precisas, ajustándose bastante bien al movimiento real. Además, también se ha asignado cierta cantidad de tiempo a la transmisión de datos de la cámara y VIR además de las ocasiones en las que Vesta esté bloqueando la conexión. Como resultado, el equipo se ha visto recompensado con más de 3200 fotos en lo que llevamos de LAMO. ¡Todas y cada una son un extra, y todas y cada una son excelentes!

Después de cuatro años largos de viajes a través del espacio profundo y algo más de medio año en órbita alrededor de Vesta, los ingenieros han encontrado un bug agazapado en el software de la nave. Como es costumbre en estos bugs, éste llevaba mucho tiempo esperando el momento en que se dieran las circunstancias justas para provocarlo. Esa combinación de condiciones se dio en la tarde del 13 de Enero, y el bug hizo que el ordenador de abordo se reiniciara. Dawn reaccionó correctamente poniéndose en modo seguro. El equipo de control de la misión se dio cuenta de la situación a la mañana siguiente y enseguida comenzaron a investigar la causa. No tardaron mucho en determinar la naturaleza del bug (ni en encontrar una manera para que no vuelva a activarse) y devolvieron la nave a su configuración habitual de operación para LAMO. Incluso con las comunicaciones de baja velocidad que caracterizan el modo seguro, el largo tiempo que necesitan las señales de radio para viajar desde la Tierra hasta Dawn y las constantes interrupciones debidas a las repetidas ocultaciones ocasionadas por Vesta, todos los sistemas estaban de nuevo en funcionamiento el 19 de Enero. Tuvieron que pasar algunos días más hasta que GRaND estuvo configurado, pero tanto éste como el resto de los instrumentos está de nuevo inspeccionando Vesta con gran dedicación.

Vimos el mes pasado que la misión se había desarrollado tan exitosamente que el tiempo que inicialmente se había asignado a la resolución de anomalías no había sido necesario y se había asignado a extender la duración de LAMO. Esto nos permite llevar a cabo más observaciones científicas en ésta, la más baja de las órbitas. Alejado del planeta que dejó atrás en 2007, en una región del sistema solar en la que ninguna otra nave ha residido de forma permanente, Dawn continúa su exploración de Vesta, alternando entre examinar este mundo alienígena y transmitir sus descubrimientos a la Tierra. Mientras tanto, todos los que se preguntan qué tierras ignotas se esconden más allá de nuestra vista, los que están ansiosos por enfrentarse a excitantes retos y nobles aventuras, y sobre todo aquellos que aprecian el valor de conocer lo desconocido pueden participar del festín que nuestro concienzudo embajador cósmico envía a su antiguo hogar, una tierra muy lejana que nunca volverá a visitar.

Dawn está a 210 kilómetros (130 millas) de Vesta. También está a 3.08 UA (461 millones de kilómetros o 286 millones de millas) de la Tierra, o unas 1155 veces más lejos que la Luna y 3.13 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 51 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

Dr. Marc D. Rayman
7:00 a.m. PST del 27 de Enero de 2012

- Todas las entradas