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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

27 de Julio de 2008

Queridos Dawnminadores,

Dawn prosigue su viaje a través del sistema solar con todos los sistemas en perfecto funcionamiento. Es de una importancia vital que la nave mantenga rigurosamente su curso y su agenda, impulsándose suave y constantemente con el brillo azulado de su sistema de propulsión iónica; y sin embargo, este tema no se presta mucho a los excitantes artículos, que te aceleran el pulso, te ponen los pelos de punta o pueden hacer estallar planetas enteros, por los que la misión Dawn ya se ha hecho famosa (al menos entre los inmigrantes procedentes de sistemas planetarios de enanas marrones que leen estos informes en las proximidades de núcleos galácticos activos): de manera que vamos a centrar nuestra atención en un aspecto muy particular de las misiones que vuelan con propulsión iónica.

¡Estamos sedientos de energía!

Probablemente sea mejor tratarlo en un poco más de detalle…

Los ingenieros están desarrollando un método que les permita determinar cuánta potencia eléctrica pueden suministrar los paneles solares. Puede parecer sorprendente que después de 10 meses de vuelo interplanetario los ingenieros no conozcan aún la respuesta a esta pregunta. (Hay otros hechos que también resultarían chocantes, como mencionar aquí la expresión "nihil ad rem". Pero vamos a tratar de aclarar estos asuntos de uno en uno.)

Cuando la nave estaba a la misma distancia del Sol que la Tierra, poco después del lanzamiento, los paneles solares habrían sido capaces de proporcionar más de 10 kilovatios, aproximadamente suficiente para alimentar 10 hogares en Estados Unidos (y casi tanto como lo que genera el gato de vuestro corresponsal, Regulus, cuando el señor Aspirador sale de su armario). Dawn no es capaz de aprovechar toda esa energía, pero a medida que se aleja por el espacio, la luz de Sol se va haciendo más débil y la potencia disminuye. Las dos alas de la nave, que miden aproximadamente 2.3 por 8.3 metros cada una (más de 7 por 27 pies), se diseñaron para ser capaces de proveer al sediento sistema de propulsión iónica y a todos los demás sistemas de la nave incluso estando en órbita alrededor del planeta enano Ceres. Para poder impulsarse hasta casi el doble de la distancia promedio entre Marte y el Sol, Dawn cuenta con los mayores paneles solares jamás empleados en una misión interplanetaria.

La única manera de medir verdaderamente la potencia de los paneles solares es hacer que la nave utilice dicha potencia, pero su capacidad de consumo es limitada. Impulsándose a máxima potencia y con todos los sistemas en funcionamiento normal, Dawn requiere 3.2 kilovatios. Incluso ahora, que está más más lejos del Sol que Marte en su máximo alejamiento, los paneles solares pueden producir cerca de 4 kilovatios. Incluso si la nave activara todos sus componentes no esenciales, no podría utilizar tanta potencia. Esto impide que los ingenieros puedan determinar con precisión la capacidad real de los paneles.

Por supuesto, los ingenieros probaron cuidadosamente el sistema de potencia eléctrica antes del lanzamiento, incluyendo cada una de las 11 480 células solares y todos los demás componentes, y a partir de los datos construyeron una simulación matemática de los paneles. Pero las medidas de laboratorio son incapaces de reproducir con absoluta precisión las condiciones en el espacio, por lo que el modelo computacional tiene un pequeño grado de incertidumbre. Para poder mejorar las predicciones de cuánta potencia pueden proveer los paneles solares a diferentes distancias del Sol es necesario hacer pruebas en vuelo.

¿Y por qué es importante saber cuánta potencia está disponible? Pues, primero y principal, es importante porque a nuestros lectores les gustaría saberlo. Después de todo, habéis seguido leyendo hasta aquí (e incluso un poco más lejos ahora), de manera que alguna razón habrá para que empleéis este valioso tiempo leyendo sobre paneles solares. El proyecto Dawn aprecia vuestro interés y está dispuesto a facilitaros la información que andáis buscando incluso si no tiene ni idea de por qué estáis de pronto tan ansiosos por comprender las prestaciones de los paneles solares.

Pues resulta que hay otra razón para tratar de determinar la capacidad real de los paneles solares. Como ya hemos explicado en muchos (pero menos de 10 001) artículos anteriores, la irrepetible misión de Dawn no sería posible sin el uso continuado de su sistema de propulsión iónica. En lugar de impulsarse algunos minutos, como hacen la mayoría de los vehículos espaciales, Dawn se pasará años impulsándose. A medida que la potencia se reduce en las profundidades cada vez más oscuras del espacio, Dawn tendrá que ir disminuyendo el empuje de su propulsor iónico para reducir su consumo eléctrico.

Como el nivel de empuje depende de la potencia disponible, es necesario determinar con precisión cuánta energía pueden producir los paneles en función de la distancia al Sol para poder calcular con detalle la trayectoria de la nave y hacer otros planes para la misión. A fin de cuentas, es ligeramente incorrecto pensar que la propulsión iónica es una función del sistema de propulsión iónica; en realidad es una función de la nave en su conjunto que requiere de la cooperación de la mayoría de los subsistemas. Al margen de las inevitables (y ciertamente impredecibles) sorpresas y anomalías que se puedan producir en la nave y alguna que otra aparición de tartas de cumpleaños en la sala de control de la misión, y en contra de las nociones preconcebidas de mucha gente, la mayor incertidumbre en la planificación de Dawn, desde mucho antes del lanzamiento, ha sido la potencia que suministrarían los paneles solares. Hasta ahora los ingenieros de la misión han tenido que utilizar estimaciones razonables pero prudentes en la simulación de los paneles solares, pero para afinar los planes es necesario verificar que sus números son correctos.

Aunque los paneles producen actualmente más potencia de la que se puede medir, esta cifra se reduciría si no apuntasen directamente hacia el Sol. De hecho se podría reducir hasta que la nave fuera capaz de consumir toda la potencia suministrada, lo que proporcionaría los datos necesarios. (Los ingenieros tendrían que extrapolar para predecir la potencia que los paneles pueden generar estando orientados a Sol a diferentes distancias.) Como suele ser habitual cuando hablamos de naves en crucero interplanetario, los detalles hacen que este ensayo resulte mucho menos sencillo de lo que puede parecer a primera vista.

Como los calentadores que regulan la temperatura se encienden y se apagan constantemente, la potencia total consumida por la nave fluctúa, lo que añadiría "ruido" a la medición, haciendo más difícil la interpretación de la medida y sus resultados menos precisos. Si la nave intentase extraer más potencia de la que pueden proporcionar los paneles solares, la batería podría compensar temporalmente la diferencia pero, dependiendo de las circunstancias, el software de protección de la nave podría intervenir, apagando algunos de los subsistemas y poniendo la nave en modo seguro. Aunque esto no supondría ningún riesgo para la nave, sí que invalidaría por completo la calibración de los paneles solares. (Por cierto, la batería sólo puede almacenar energía para operar la nave durante una hora aproximadamente. Los paneles solares la mantienen cargada para cuando sea necesaria.)

El grupo de trabajo para la calibración de los paneles solares (uno de los más serios competidores en el disputado Concurso al Nombre de Equipo Menos Impresionante) diseñó un método que permite calibrar los paneles solares teniendo en cuenta todas estas y muchas otras consideraciones, incluyendo el tiempo de equilibrio térmico de los paneles solares, la variación con la temperatura de la curva de potencia-voltaje, el margen de fase del convertidor de alto voltaje, el voltaje nominal de los paneles, las alarmas de bajo voltaje de la unidad de gestión de potencia, el sistema de regulación del voltaje y la temperatura de la batería en la toma de bajo voltaje, y la seguridad de la nave incluso aunque durante la prueba se produzca una anomalía no relacionada.

Aunque conceptualmente parecía sencilla (girar los paneles solares un cierto ángulo y medir cuánta potencia puede extraer la nave de ellos), la calibración resultó suficientemente complicada como para justificar una versión simplificada del ensayo. El objetivo era comprobar cómo se comportaría la nave en las condiciones de ensayo antes de meterse de lleno en él. El plan original era hacer la prueba el 21 de Julio y, si todo resultaba bien, intentar la ejecución final al día siguiente. El año pasado, cuando comenzaron los planes para esta actividad, se decidió asignar una fecha de reserva a finales de 2008 para el caso de que la primera medición no produjera los datos necesarios. (Además, la calibración tendrá lugar varias veces a lo largo de la misión para hacer un seguimiento de las características de los paneles solares y asegurarse de que las predicciones siguen siendo correctas.)

Como el suministro eléctrico es esencial para la operación de todos los subsistemas, una prueba de estas características exige que el personal de todos los subsistemas analice con sumo cuidado la telemetría de la nave en busca de indicios de un comportamiento inesperado e inoportuno. Todos los comandos se transmitieron a la nave en un único fichero y una intervención inmediata no sería físicamente posible, ya que las señales de radio que revelarían una condición anómala en la nave tardarían 18 minutos en llegar a la Tierra y los comandos enviados en respuesta necesitarían el mismo tiempo para alcanzar la nave. Sin embargo, el equipo tenía que estar preparado para actuar en el improbable caso de que se presentase un problema, por lo que se adoptaron dos medidas clave: todos los puestos en el centro de control de la misión estaban ocupados y se encargó suficiente pizza para rellenar los posibles tiempos muertos en este ensayo vespertino mientas las señales de radio surcaban el sistema solar de un lado a otro.

El resultado: el ensayo fue bien en general, aunque se encontraron un comportamiento inesperado en la nave e ingredientes inesperados en la pizza. Para lo primero no fue necesaria ninguna respuesta del equipo de vuelo, ya que la nave ejecutó todos los comandos que se le habían enviado y volvió a su configuración habitual al final del ensayo. Sin embargo, la prueba sólo proporcionó parte de los datos de calibración esperados, aparentemente porque algunas de las reconfiguraciones que se hicieron en el sistema eléctrico y el de propulsión iónica para el ensayo desencadenaron algunas respuestas con las que no se había contado. La nave transmitió un gran volumen de datos de referencia, que tardarán más en ser procesados que la pizza, y cuando los ingenieros se hayan saciado, determinarán qué modificaciones son necesarias para el próximo ensayo. Un próximo artículo describirá esta prueba y cualquier cambio que se produzca en la comida que se recibe en el centro de control de la misión.

El equipo cambió de actividad el 22 de Julio, cuando modificaron el software de uno de los ordenadores de abordo. En Enero, sin permiso ni anuncio previo, una partícula subatómica que viajaba a través del sistema solar impactó en un componente electrónico delicado de la nave, lo que desencadenó una rápida secuencia de sucesos que culminaron con la entrada de la nave en modo seguro. Desde entonces los programadores han desarrollado un método para evitar que la radiación espacial que pueda alcanzar dicho circuito vuelva a tener el mismo efecto. Con el software actualizado, la única consecuencia de un suceso semejante será una notificación a los controladores de que el componente ha sido alcanzado nuevamente, y la nave no tendrá que entrar en modo seguro ni interrumpir sus actividades.

La prueba de los paneles solares y la actualización del software tuvieron lugar durante una pausa planeada de dos días en el perfil de impulsión. Siguiendo la agenda, el 23 de Julio Dawn volvió a impulsarse con iones de xenón. Una vez más, se encendieron las luces que adornan una de las paredes del centro del control de la misión, y su brillo azulado recuerda a todos los que por allí pasan, ya sea en su trabajo o de visita, la paciente labor que está realizando la sonda a la caza de intrigantes mundos inexplorados en el cinturón de asteroides.

A medida que Dawn viaja por el espacio, la Tierra y el Sol se van alejando. Aunque el viaje nunca volverá a llevarla cerca de la parte del sistema solar que solaría ser su hogar, veremos en el próximo artículo que su camino hacia Vesta y más tarde a Ceres no es tan directo como cabría esperar. Como parte de la explicación, el artículo posiblemente revelará algo respecto a este herror ortográfico.

Dawn está a 324 millones de kilómetros (202 millones de millas) de la Tierra, o más de 885 veces más lejos que la Luna y 2.14 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 36 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

Dr. Marc D. Rayman
8:30 p.m. PDT del 27 de Julio de 2008

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