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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

28 de Marzo de 2010

Queridas Dawntoridades,

Dawn continúa con su ardua escalada de la colina del sistema solar a través del cinturón de asteroides, su residencia permanente. Después de impulsarse con su sistema de propulsión iónica durante más de 1.5 años, la nave mantiene su buena salud y su ruta al encuentro de mundos lejanos.

Nuestro aventurero interplanetario tiene todavía un buen trecho ante sí antes de comenzar la observación orbital de Vesta el año que viene. Aunque este verano estará algunas semanas sin impulsión para poder realizar ciertas actividades especiales (para no perdéroslas, os recomendamos que renovéis vuestra suscripción a este blog en cuanto nuestros persistentes vendedores telefónicos se pongan en contacto con vosotros), dedicará la mayor parte del tiempo de aquí a principios de Agosto de 2011 al vuelo propulsado, modificando continuamente su órbita alrededor del Sol.

Además de mantener la nave en curso y sin incidentes, los ingenieros de Dawn (que viven y trabajan en la ya lejana Tierra) están desarrollando los complicados conjuntos de instrucciones que guiarán a la nave hacia su órbita alrededor de Vesta y durante su año de operaciones allí. Este proceso comenzó el mes pasado y continuará incluso cuando la nave comience a ejecutar los primeros comandos en mayo de 2011.

Los controladores de la misión van ensamblando las instrucciones de Dawn asignando a cada comando su hora de ejecución. Se denomina “secuencia” a una serie de comandos con sus tiempos de ejecución. Durante la actual fase de crucero interplanetario, las secuencias duran normalmente cinco semanas, pero algunas actividades especiales utilizan secuencias de apenas unas pocas horas. Es habitual que haya más de una secuencia ejecutándose en paralelo, pero al igual que los instrumentos de una orquesta, están cuidadosamente sincronizados y se coordinan de manera que la pieza responda a las expectativas artísticas del compositor.

Los lectores probablemente recordarán que la misión se divide en varias fases. A continuación de la ”fase de lanzamiento” tuvo lugar la ”fase de comprobación”, que duró 80 días. La actual ”fase de crucero interplanetario”, que comenzó el 17 de diciembre de 2007, es la más larga de la misión. Terminará cuando comience la “fase de Vesta”. (Es posible que otras fases tengan lugar al mismo tiempo que aquéllas, como la “fase que mola un montón, tío”, la “fase de a ver qué nombre chulo le ponemos a esta fase” o la “fase de almuerzo”.) Como la misión en Vesta es muy compleja, se divide a su vez en sub-fases. Las secuencias que se están planeando actualmente pertenecen a la “fase de aproximación”. La aproximación empezará a principios de mayo de 2011 y terminará 3 meses después, una vez que Dawn haya maniobrado para insertarse en la órbita de muestreo, desde la que realizará por primera vez intensas campañas de observación científica.

La mayor parte de la fase de aproximación se reserva para que el sistema de propulsión iónica pueda darle a la nave el último empujón que la ponga en órbita alrededor de Vesta. Cada segundo de impulsión de Dawn la acerca un poco más al encuentro de Vesta, pero el impulso final se controlará de una manera ligeramente diferente. Describiremos en un futuro artículo el proceso de inyección orbital con un sistema de propulsión iónica. Mientras tanto, echemos un vistazo a alguna de las demás actividades de la fase de aproximación. Aunque se planifican con una precisión de segundos, parte de la estrategia de desarrollo de estas secuencias consiste en mantener la posibilidad de actualizar los tiempos a medida que la nave se aproxima a su objetivo. El sistema de propulsión iónica proporciona una flexibilidad en la impulsión que no se ofrece a otras misiones y para aprovechar esta flexibilidad las secuencias deben ser igualmente adaptables. La temporización dentro de una secuencia estará fijada de antemano, pero el momento en que cada secuencia se activa puede cambiar. De este modo, aunque la fecha de comienzo de la fase de aproximación puede variar en algunos días, una vez que se realicen los ajustes necesarios todos los pasos de la secuencia se trasladarán en la misma medida. Aparte de la temporización, hay otros pequeños detalles, como la orientación final de la sonda, que también pueden actualizarse con los datos nuevos que van llegando, antes de enviarlos a la nave para su ejecución dentro de más de un año.

Aparte de la impulsión, la principal actividad de Dawn durante la fase de aproximación es la adquisición de imágenes de Vesta con la cámara científica principal, principalmente para la navegación. Desde su lejano puesto de observación en la Tierra, los astrónomos pueden fijar la posición de Vesta con una precisión asombrosa, y el equipo de navegación de Dawn también alcanza una extraordinaria exactitud en la determinación de la ubicación de la nave, pero esta precisión no basta para conseguir que la nave se coloque en órbita. Por eso Dawn fotografiará Vesta sobre el fondo de estrellas lejanas y los navegantes celestes analizarán las imágenes para afinar aún más las posiciones relativas de la nave y de su puerto de atraque. A fin de distinguir este método de navegación del usual, que emplea señales de radio, se le denomina “navegación óptica” (optical navigation en inglés) por ser una técnica basada en imágenes. Durante los tres meses de la fase de aproximación tendrán lugar 24 sesiones de navegación óptica. Muchas de ellas se combinarán con observaciones de Vesta diseñadas para ir preparando las campañas científicas posteriores.

Con las herramientas habituales los ingenieros son capaces de calcular las posiciones de la nave y del protoplaneta con suficiente exactitud para determinar qué estrellas aparecerán en las cercanías de Vesta desde el punto de vista de Dawn. Y es precisamente el análisis de dónde aparece Vesta respecto a esas estrellas el que nos proporcionará una navegación más afinada. Cuando Dawn esté más cerca de Vesta, el gigantesco asteroide ocupará todo el campo visual de la cámara y no se podrán ver las estrellas. En ese momento la navegación óptica se apoyará en determinar la ubicación de la nave respecto a elementos de la superficie que hayan sido cartografiados previamente.

Durante las observaciones de navegación óptica Dawn se verá forzada a detener su impulsión para conseguir que Vesta y, mientras sea posible, las estrellas se sitúen en el campo de visión de la cámara. Empleará media hora o más en tomar imágenes y las almacenará hasta la próxima sesión programada de comunicaciones. La información extraída de estas imágenes se utilizará para calcular la posición de la sonda respecto a su destino. Entonces los ingenieros actualizarán la trayectoria que la nave debe seguir para conseguir ponerse en órbita, y ajustarán el perfil de impulsión necesario para que Dawn cumpla con el plan de vuelo actualizado.

Durante la primera sesión de navegación óptica Dawn estará a unos 1.2 millones de kilómetros (750 mil millas) de Vesta, más de tres veces la distancia de la Tierra a la Luna. Por eso Dawn no cuenta con un potente telescopio de campo visual estrecho, sino una cámara con un aumento relativamente bajo pero que cubre un área mucho mayor. La cámara consigue un aumento de aproximadamente 3x comparada con el ojo humano. En esta ocasión, Vesta tendrá un tamaño aparente de sólo 5 píxeles de diámetro. Pero en ese momento los navegantes necesitarán saber su ubicación no su apariencia, y para eso las imágenes serán muy valiosas.

En ocho de los periodos de observación durante la aproximación el espectrómetro visible e infrarrojo también realizará medidas de Vesta. Al realizar estas medidas iniciales con la cámara y VIR los científicos tendrán ocasión de afinar un poco más los parámetros de los instrumentos en las secuencias para observaciones posteriores.

En una de las sesiones de navegación óptica en julio, la cámara tomará muchas imágenes del espacio alrededor de Vesta en busca de lunas. Algunos astrónomos ya han estado buscando lunas en Vesta y seguirán haciéndolo hasta que nuestro explorador alcance su destino. Aunque no se ha encontrado ninguna, la privilegiada situación de Dawn nos proporcionará más datos. La existencia de lunas es tan relevante desde el punto de vista científico como de la seguridad de la misión.

Cuando Dawn deje de impulsarse para comprobar la presencia de lunas aprovechará también para hacer fotos de Vesta durante su rotación. Al igual que la Tierra y todos los demás cuerpos del sistema solar, Vesta gira alrededor de su eje. Una vuelta (un día en Vesta) dura aproximadamente 5 horas y 20 minutos. Estas medidas contribuirán aún más a caracterizar este mundo alienígena para facilitar la navegación y ayudar en la preparación de las observaciones posteriores de los instrumentos científicos. La búsqueda de lunas tendrá lugar durante la segunda de tres observaciones rotacionales.

A lo largo de los tres meses de la fase de aproximación será fascinante ver cómo Vesta pasa de ser poco más que un pequeño borrón en las primeras imágenes de navegación óptica a ser demasiado grande para caber en el campo visual de la cámara al final de la aproximación. A principios de Junio de 2011 las imágenes sobrepasarán la calidad que nos proporciona el Telescopio Espacial Hubble. Y todas las observaciones posteriores irán aumentando más y más su resolución, premiando nuestros esfuerzos y cautivándonos a la vez a medida que Dawn se prepara para los estudios más intensivos que se producirán en fases posteriores de la visita a Vesta.

La nave entrará en una órbita muy alta a finales de Julio y seguirá impulsándose tan suavemente como siempre hasta principios de Agosto, cuando entrará en la órbita de muestreo a una altitud de aproximadamente 2700 kilómetros (1700 millas). Describiremos las actividades que tendrán lugar en la órbita de muestreo cuando los planificadores de la misión estén trabajando en ellas.

Mientras tanto, el equipo está probando algunas de las secuencias de la fase de aproximación en el simulador de la nave que hay en JPL a la vuelta de la esquina del centro de control de la misión. El simulador incluye algunos equipos que son virtualmente idénticos a los que se encuentran a bordo de la nave, mientras que un conjunto de programas sustituye al resto de los dispositivos simulando su comportamiento. Este simulador es uno de los métodos empleados para verificar las complicadas secuencias antes de que puedan ser aprobadas para su ejecución en vuelo.

Es imposible, y también innecesario, probar todas las secuencias. El simulador trabaja en tiempo real, de manera que llevaría 3 meses ejecutar todas las secuencias de la fase de aproximación y el equipo de Dawn tiene muchísimas otras cosas que hacer en el simulador. Como una gran parte de la fase de aproximación consiste en impulsarse con el motor iónico, que es una actividad bien conocida no sólo para la nave sino también para los controladores de la misión (y para los lectores asiduos de estas líneas), no es necesario probar los periodos de impulsión. Los ingenieros revisan las secuencias para determinar qué fragmentos necesitan ser probados en el simulador.

Mientras el simulador de la nave trabaja duramente en JPL, la nave de verdad prosigue su trabajo en un entorno muy diferente. El 28 de Febrero, Dawn y el Sol estaban a la misma distancia de la Tierra. Y mientras nuestro lejano explorador sigue propulsándose al encuentro de Vesta, ya está más lejos de la Tierra que el Sol. Lo que es más, aunque la sonda y el planeta siguen caminos diferentes alrededor del Sol, Dawn seguirá estando más lejos de la Tierra que el Sol. Las órbitas de Mercurio, Venus, Marte y muchos otros miembros del sistema solar los acercan ocasionalmente a una distancia inferior a 1 UA, pero la órbita de Dawn se ha hecho tan grande que nunca más volverá a la región del sistema solar donde comenzó su viaje de descubrimiento.

Dawn está a 1.27 UA (191 millones de kilómetro o 118 millones de millas) de la Tierra, unas 525 veces la distancia a la Luna y 1.28 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 21 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

Dr. Marc D. Rayman
8:00 pm PDT. 28 de Marzo de 2010

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