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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

31 de Marzo de 2011

Queridos Dawnnoisseurs,

Después de tres años y medio, Dawn prosigue su viaje alrededor del Sol, maniobrando para alcanzar el mismo camino orbital que Vesta. Como ya viene siendo habitual, la nave ha dedicado la mayor parte del mes pasado a impulsarse suavemente con su sistema de propulsión iónica. Sin embargo, parte del impulso de este mes no contribuyó a acercar Dawn a Vesta. Por contra, los controladores de la misión interrumpieron en algunos momentos la impulsión para llevar a cabo otras actividades que estaban planeadas.

Las naves espaciales que utilizan propulsión convencional vuelan por inercia la mayor parte del tiempo, de la misma manera que la Luna se mueve por inercia alrededor de la Tierra y los planetas y los asteroides alrededor del Sol. Dawn, en cambio, se propulsa de forma casi constante, haciendo uso de su sistema de propulsión iónica para cambiar progresivamente su órbita. El plan de vuelo requiere que el propulsor apunte en la dirección adecuada en cada momento para que nuestro aventurero alcance su objetivo. Al orientar la nave para que el propulsor apunte en esa dirección la antena principal acaba orientada de manera arbitraria. Ya hemos visto que nuestro explorador robótico interrumpe su rutina de impulsión durante unas ocho horas todas las semanas para poder enfocar la antena hacia la Tierra y establecer una comunicación con el control de la misión.

Ya desde los diseños más básicos de la trayectoria de Dawn, mucho antes del lanzamiento, ésta incluía periodos de vuelo inercial para acomodar actividades cuyas orientaciones fueran incompatibles con la rutina de impulsión. Uno de estos periodos fue la semana del 14 de Marzo; el anterior fue en Julio de 2010.

Los ingenieros y los científicos encienden los instrumentos científicos aproximadamente dos veces al año para asegurarse de que se mantienen en buen estado. Esta es la última vez que se prevé usar los sensores antes de comenzar las observaciones de Vesta. Todos los ensayos concluyeron que los sensores están en excelentes condiciones y preparados para revelar los misterios del mundo que están a punto de visitar.

Los controladores transmitieron a cada una de las dos cámaras científicas idénticas un software actualizado, que contenía unas pocas mejoras respecto a la versión que se instaló en Julio. El proceso se desarrolló con total normalidad, al igual que en ocasiones anteriores, incluida la primera vez que se llevó a cabo en toda la misión. Después de recibir la nueva versión del software, cada una de las cámaras ejecutó un conjunto estandarizado de ejercicios idéntico al que ejecutaron tan sólo tres semanas después del lanzamiento. Las pruebas confirmaron que en ambas cámaras la electrónica, la óptica, el sensor, la cubierta frontal y la rueda de filtros están en perfectas condiciones.

En algunas de estas ocasiones, la nave gira para apuntar las cámaras hacia un conjunto de objetivos astronómicos cuidadosamente seleccionados; otras veces, simplemente toman imágenes de las estrellas que encuentran frente a sí. Los ensayos de este mes eran del segundo tipo, y la orientación de la nave se estableció para que mantuviera la antena apuntando a la Tierra. Esto puso en el campo de visión de las cámaras una región cercana a la frontera entre las constelaciones de Piscis y Cetus, muy apropiado para una nave que surca el océano cósmico hacia una tierra lejana y desconocida.

El espectrómetro visible e infrarrojo también fue sometido a su propia rutina de comprobación y demostró que se encuentra igualmente en perfecto estado. La próxima vez que se enciendan estos instrumentos, será para contemplar Vesta.

El detector de rayos gamma y neutrones (GRaND) también demostró estar en buena forma. Al igual que en el caso de las cámaras, las actividades de GRaND incluían algunas mejoras. Uno de los sensores de rayos gamma contiene un cristal que va perdiendo su sensibilidad a medida que sufre la radiación espacial, pero se pueden restituir sus propiedades mediante un calentamiento cuidadoso. Como este es un comportamiento bien conocido, el instrumento se diseñó con capacidad para llevar a cabo esta operación. Los incondicionales de GRaND recordarán que en el ensayo de Julio se comprobó que el cristal alcanzaba la temperatura adecuada. De modo que este mes, ahora que Vesta está casi a su alcance, los controladores elevaron la temperatura del cristal hasta los 56 grados Celsius (133 grados Fahrenheit) durante cinco días. A continuación, igual que en otras ocasiones en que GRaND se ha puesto a prueba, se configuró para que midiera la radiación cósmica y permaneció encendido hasta el 28 de Marzo.

Este rejuvenecido GRaND operará de manera continuada desde el comienzo de la fase de aproximación a Vesta a principios de Mayo hasta la partida en Julio de 2012. Durante varias de las fases científicas, la mayor parte de las señales que detectará serán originadas por los rayos cósmicos. Pero a medida que se vaya acercando a Vesta recibirá más rayos gamma y neutrones procedentes de la superficie rocosa, permitiendo que los científicos vayan compilando un censo de sus diferentes componentes atómicos. La sensibilidad de GRaND a esta debilísima radiación será máxima durante la órbita baja de cartografía.

Además de usar el periodo de vuelo inercial para llevar a cabo las comprobaciones finales de todos los instrumentos científicos antes de llegar a Vesta, los ingenieros recalibraron los dos propulsores iónicos que planean usar mayoritariamente en órbita. El mes pasado comentamos que incluso minúsculas diferencias entre el impulso programado y el real pueden ser importantes a medida que Dawn desciende en espiral hacia Vesta.

Incluso los lectores ocasionales saben que el impulso del sistema de propulsión iónica es muy delicado. De hecho el impulsor empuja la nave con una fuerza equivalente al peso de una sola hoja de papel sobre vuestras manos. Cuando Dawn esté maniobrando en las proximidades de Vesta, la aceleración producida por el impulsor será unas 200 000 veces menor que la de la gravedad en la Tierra. Sin embargo, gracias a la extraordinaria persistencia de este suave empuje, basta con 5 mareantes micro-g de aceleración para que la nave pueda desarrollar su cuidadosa exploración de Vesta. Pero el empuje es tan ligero que no se puede medir con precisión mediante sensores abordo.

Para determinar el empuje real los ingenieros utilizaron el mismo método que usaron poco después del lanzamiento para verificar las prestaciones de la propulsión. La técnica se basa en medidas exquisitamente precisas del cambio de frecuencia en las señales de radio de Dawn a medida que el impulsor acelera la nave. De la misma manera que el sonido de una sirena de policía cambia según la velocidad sea hacia nosotros o al contrario, el tono de las ondas de radio cambia según la velocidad con que la nave se aleja de la Tierra. Este fenómeno tan familiar se conoce como efecto Doppler. Todas las misiones interplanetarias lo usan para la navegación. Además de usar medidas Doppler para determinar el impulso iónico, Dawn las usará para cartografiar la gravedad de Vesta y con ello la estructura interior del protoplaneta.

El procedimiento de calibración difiere en varios aspectos de la rutina habitual de propulsión interplanetaria. Mientras Dawn trepa por la colina del sistema solar para alcanzar Vesta, la órbita elíptica del protoplaneta también lo aleja del Sol. Para cuando Dawn lo alcance y comience a maniobrar en su órbita, ambos estarán más lejos del Sol que ahora. A lo largo del año en que permanecerán juntos, el explorador y su objetivo viajarán desde 2.22 UA de distancia al Sol a 2.54 UA. En este periodo de tiempo, como la luz del Sol que llegue a los paneles solares será cada vez más débil, también irá bajando progresivamente la intensidad de la propulsión iónica. Por eso la calibración se ha llevado a cabo con los niveles de propulsión que se utilizarán en Vesta, no con el máximo impulso posible en su posición durante la semana de 14 de Marzo. El sistema tiene 112 niveles posibles de propulsión (cada uno con su correspondiente consumo de potencia eléctrica y fuerza propulsiva), y estas pruebas se centraron en 13 niveles de los que se utilizarán en Vesta.

Desde Mayo de 2010 Dawn ha tenido el transmisor de radio apagado en los periodos de impulsión para poder suministrar al sistema de propulsión iónica la máxima potencia disponible. Para la calibración fue necesario dejar el transmisor encendido para proporcionar señal para las medidas Doppler. Aun así había suficiente potencia porque los niveles de propulsión eran relativamente bajos.

La nave está equipada con tres impulsores, aunque sólo usa uno en cada momento. Los impulsores 2 y 3 son los que más se usarán en Vesta, y por eso fueron sometidos a esta calibración. El método Doppler sólo funciona para movimientos que se acercan o se alejan del observador, no en dirección transversal a la línea de visión. Por eso, para obtener la mejor medida posible se dirigió el impulso hacia la Tierra. Mientras se calibraba el impulsor 2 estaba apuntando directamente hacia el lejano planeta, mientras que durante la calibración del impulsor 3, éste apuntaba exactamente en dirección contraria. Ambas orientaciones se seleccionaron teniendo en cuenta qué partes de la nave estarían expuestas al calor del Sol.

El sistema que controla el flujo de propelente desde la fuerza brutal que existe en el tanque principal de alta presión hasta el céfiro que entra en el propulsor es muy complejo. (Los lectores especialmente puntillosos pueden pararse a considerar que este calificativo puede aplicarse a todos los sistemas a bordo de esta sofisticada sonda interplanetaria. El resto puede simplemente seguir leyendo.) Cada nivel de impulsión requiere un flujo de xenón específico y además el sistema tarda un cierto tiempo para ajustarse a los cambios en el nivel de impulsión. Durante las operaciones normales, este tiempo no es significativo porque los cambios de impulsión son infrecuentes, aproximadamente uno por semana. Durante la calibración, que incluía muchos niveles diferentes para cada impulsor, se programó el tiempo necesario para cada ajuste y luego 90 minutos adicionales para llevar a cabo las medidas Doppler una vez que las presiones se habían equilibrado.

La calibración completa duró casi dos días y medio de impulsión en los que se midieron cambios de velocidad tan ínfimos como 0.5 milímetros por segundo (menos de 6 pies por hora, caracoles, ¡tomad nota!) El efecto acumulado de toda la impulsión sería equivalente a incrementar la velocidad de la nave en unos 15 metros por segundo (33 millas por hora). Como se orientaron los dos impulsores en direcciones contraria para sus respectivos ensayos, la mayor parte de la impulsión se canceló, pero aun así la diferente implementación de las calibraciones produjo un resultado neto de unos 4 metros por segundo (9 millas por hora). Y esto sería suficiente para alterar el perfil de vuelo de la sonda hacia Vesta, que tan cuidadosamente se ha diseñado. Ahora bien, como la calibración se planificó con suficiente antelación, el diseño de la trayectoria ya tenía en cuenta el incremento de velocidad producido durante este periodo que, por lo demás, es de vuelo inercial.

Después de una fructífera semana atiborrada de pruebas de los instrumentos y del sistema de propulsión iónica, Dawn retomó su rutina habitual, impulsándose al encuentro de Vesta. Si estuvierais abordo ahora mismo, estaríais hambrientos, muertos de frío e hipóxicos, pero podríais observar que el siguiente destino de vuestro viaje es la joya más brillante en la hermosa colección de las gemas celestiales. La paciencia que Dawn ha demostrado en su inverosímil viaje se verá recompensada pronto, cuando el brillante punto de luz crezca para revelar un mundo lleno de intrigantes secretos a la espera de ser revelados.

Dawn está a 2.5 millones de kilómetros (1.5 millones de millas) de Vesta, unas 6.4 veces la distancia media de la Tierra a la Luna. También está a 2.25 UA (337 millones de kilómetros o 209 millones de millas) de la Tierra, u 830 veces más lejos que la Luna y 2.25 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 37 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

 

Dr. Marc D. Rayman
11:00 pm PDT del 31 de Marzo de 2011

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