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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

29 de Julio de 2013

Queridos Megadawnmaníacos,

Dawn continúa su marcha, impulsándose incansablemente a través del cinturón de asteroides, entre Marte y Júpiter, para llegar puntualmente a su cita de 2015 con el planeta enano Ceres. Después de permanecer más de un año en sus órbitas de observación alrededor de Vesta, el segundo objeto más masivo del cinturón de asteroides, el explorador robótico apunta su mira hacia el mayor objeto entre el Sol y Neptuno que aún no ha sido visitado. Esta exótica expedición para tratar de comprender misteriosos mundos alienígenas sería imposible sin el sistema de propulsión íonica de la sonda.

La propulsión iónica no es una fuente de potencia para esta nave interplanetaria. En realidad, la nave necesita una potencia sustancial para operar su sistema de propulsión iónica y todos los demás subsistemas. Necesita tanta…

¡Que estamos sedientos de energía!

El sistema de propulsión iónica requiere muchísima potencia. El proceso de ionizar el xenón y acelerarlo a alta velocidad consume una cantidad muy significativa de potencia eléctrica, toda la cual proviene de los enormes paneles solares de la nave. Con estas dos alas y su cola de iones, Dawn parece una libélula espacial. Pero éste es un odonato gigante con una envergadura de 19.7 metros (casi 65 pies). Cuando se lanzó en 2007 era, medida de punta a punta, la nave de mayor tamaño que la NASA había lanzado nunca en un viaje interplanetario. (Algunas otras naves tenían antenas flexibles como alambres, lo que les permitía alcanzar dimensiones mayores). Esta enorme superficie de células solares es necesaria para poder captar la débil luz del Sol desde la lejanía del cinturón de asteroides y cubrir así todas las necesidades eléctricas. Cada una de las alas tiene el ancho de una pista de tenis y la estructura completa llegaría desde el montículo del lanzador hasta el bateador en un campo de baseball profesional, aunque Dawn está ocupada en actividades considerablemente más inspiradoras que los deportes de competición.

Para hacer llegar este navío a su destino, los navegantes trazan complejas rutas a través del mar del sistema solar. El empuje que proporciona el motor iónico depende de su nivel de potencia; una potencia más elevada supone un mayor (pero aun así delicadísimo) empuje. Cuanto más lejos está Dawn del fulgurante Sol, tanto menor es la potencia disponible y el empuje baja consecuentemente. Por lo tanto, para mantenerlo en su curso, los planificadores de la misión necesitan saber el impulso en cualquier punto del futuro. No sería una estrategia muy recomendable impulsar la nave hasta una posición en la que no pudiera proporcionar suficiente empuje para completar el cuidadoso itinerario que la llevará hasta Ceres.

Para poder formular el plan es necesario conocer cuánta potencia habrá disponible incluso a medida que la sonda se aventura más y más lejos del Sol. Los ingenieros hacen predicciones matemáticas de la potencia que los paneles solares pueden suministrar, pero estos cálculos son sorprendentemente difíciles. Bueno, quizá no resulte tan sorprendente para algunos de nuestros lectores, pero es más complicado que simplemente reducir la potencia en la misma proporción que la intensidad de la luz solar. Por ejemplo, a mayor distancia del Sol la temperatura de los paneles en las frías profundidades del espacio es aún más baja, y la eficiencia de las células solares depende de su temperatura. En 2008 el equipo de operaciones diseñó y puso en práctica un método para afinar sus estimaciones del rendimiento de los paneles solares, y este trabajo permitió que nuestro viajero espacial llegara a Vesta antes de lo previsto y saliese hacia Ceres más tarde. Ahora han desarrollado una técnica similar pero más precisa, que nuestra nave, haciendo una vez más gala de su fiabilidad, ejecutó primorosamente el 24 de Junio.

La única forma de medir la capacidad de generación de potencia eléctrica en los paneles solares es consumir dicha potencia. Mientras el motor iónico está apagado, incluso si todos los demás subsistemas están encendidos, la nave no puede consumir toda la potencia suministrada por los paneles, por lo que no es posible hacer una medición fiable.

Durante la operación habitual Dawn mantiene los paneles solares apuntados directamente hacia el Sol. Para esta calibración en particular, los paneles giraron para que la luz solar llegase con un ángulo diferente. Esto redujo la cantidad total de luz que llegaba a las células, simulando de manera muy efectiva las condiciones que experimentará la nave cuando esté aún más lejos del Sol. A medida que el ángulo aumenta, lo que equivale a distancias cada vez mayores de la deslumbrante estrella, los paneles producen menos potencia, de manera que hay que reducir el empuje del motor iónico. (Los motores pueden operar a 112 niveles de impulsión diferentes, cada uno con diferente consumo de potencia y diferente empuje.)

Los ingenieros estimaron el máximo nivel de empuje que se podría conseguir para cada uno de los ángulos así como la potencia total que los demás sistemas consumirían durante el ensayo y lo programaron de tal manera que la propulsión iónica se fuese reduciendo en sincronía con el incremento del ángulo de los paneles solares. Por supuesto, no podían saber exactamente cuál sería el máximo nivel de empuje para cada ángulo; de ser así, ya habrían conocido el comportamiento de los paneles en suficiente detalle como para que la calibración no fuese necesaria. Afortunadamente no hacía falta que la predicción fuera perfecta. Este sofisticado robot es capaz de reducir el empuje en unos cuantos niveles si detecta que todos los sistemas combinados están consumiendo más potencia de la que generan los paneles solares.

En circunstancias normales la nave no necesita ajustar por sí misma el nivel de empuje. Los ingenieros conocen el comportamiento de los paneles solares con suficiente precisión como para predecir el nivel correcto durante las cuatro semanas que dura una secuencia de comandos. Pero a distancias mucho mayores, tal como está planeado el vuelo en los años venideros, la incertidumbre se vuelve relevante. Además, durante la operación habitual, si la nave necesita usar durante un corto espacio de tiempo más calefactores de lo normal (hay más de 140 calefactores distribuidos por toda la nave, cada uno encendiéndose y apagándose según se necesita), lo que incrementaría la demanda de potencia, su batería puede compensar la diferencia. Esto previene cambios innecesarios en el nivel de impulso.

A lo largo del ejercicio, los paneles se colocaron en cinco ángulos diferentes, cada uno durante una hora, y el ordenador principal fue registrando la producción de potencia y otras medidas pertinentes. Inicialmente, cuando las alas apuntaban directamente hacia el Sol, esa refulgente esfera a 2.48 UA (371 millones de kilómetros o 230 millones de millas) de distancia, producían en conjunto más de dos kilovatios. El sistema de propulsión iónica funcionaba en el nivel 53, consumiendo 1368 vatios. Cuando los paneles solares alcanzaron su máxima inclinación de 47 grados, la iluminación era equivalente a estar a 3.00 UA (449 millones de kilómetros o 279 millones de millas), y el sistema proporcionaba más de 1300 vatios. En ese punto el programa que los ingenieros habían preparado preveía tener el motor iónico a nivel 24, consumiendo 753 vatios, y la nave lo redujo de forma autónoma aún más. Una vez finalizado el ensayo, se devolvieron los paneles a su orientación habitual, apuntando directamente al lejano Sol para que produjeran la mayor potencia posible, y la brobdingnagiana libélula pudo proseguir su perfil usual de vuelo.

Esta calibración se repetirá ocasionalmente a medida que Dawn avanza en su paseo por el espacio profundo. Los ingenieros emplearán los resultados en seguir afinando los planes para alcanzar Ceres y maniobrar para colocarse en órbita una vez allí. Y sin embargo este es sólo uno de la multitud de detalles que deben establecerse con exquisito cuidado para asegurar que la exploración de tan enigmático mundo resulta tan productiva, tan tremendamente satisfactoria y tan sobresalientemente exitosa como ya fuera la investigación de Vesta.

Sólo gracias al esmero de los compañeros humanos de Dawn es posible completar una aventura tan ambiciosa. Y aunque ellos son los responsables de que la nave alcance sus objetivos, esta tarea tiene repercusiones mucho más allá de los miembros del equipo. Esta es una misión de toda la humanidad. Cualquiera que alguna vez haya mirado maravillado al cielo nocturno es parte de esta misión. Cualquiera que tenga curiosidad por la naturaleza y por el universo es parte de esta misión. Cualquiera que sienta ansias por conocer y comprender es parte de esta misión. Cualquiera que comparta la pasión de perseguir sueños imposibles y el placer de descubrir es también parte de esta misión. Cualquiera que sienta la llamada de lo desconocido es parte de esta misión. Cualquiera capaz de apreciar los grandes desafíos y las irrepetibles recompensas que promete la exploración más allá del horizonte también es parte de esta misión. Y así, mientras Dawn sigue adelante en su audaz aventura, cualquiera puede tomar parte en ella.

Dawn está a 18 millones de kilómetros (11 millones de millas) de Vesta y a 50 millones de kilómetros (31 millones de millas) de Ceres. También está a 3.47 UA (519 millones de kilómetros o 322 millones de millas) de la Tierra, o unas 1310 veces más lejos que la Luna y 3.42 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 58 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

Dr. Marc D. Rayman
4:00 p.m. PDT del 29 de Julio de 2013

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