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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

30 de Agosto de 2010

Queridos Papardawnzzi,

El obstinado viaje de Dawn hacia las profundidades del cinturón de asteroides continúa sin novedad mientras la nave sigue con su rutina de propulsarse suavemente con sus motores iónicos. Pero el viajero interplanetario ha cambiado algunas de sus costumbres, ejecutando ciertas tareas de un modo ligeramente diferente a lo que hasta ahora nos tenía acostumbrados.

Dawn está tan lejos del sol que, incluso con sus enormes paneles solares, los mayores jamás empleados en una misión interplanetaria, no recibe suficiente luz solar para alimentar todos los sistemas y a la vez proporcionar el máximo empuje.

El mayor consumidor de energía eléctrica a bordo de la nave es el sistema de propulsión iónica, que es un auténtico devorador. De hecho, la clave para su impresionante eficiencia reside en que, junto con los paneles solares, convierte la inagotable y omnipresente energía de la luz solar en empuje por medio de un haz de iones de xenón de alta velocidad. Por el contrario, los sistemas de propulsión convencional sólo puede utilizar la energía almacenada en los propelentes químicos. Ya hemos hablado de la importancia que la potencia eléctrica tiene en el empuje, especialmente en julio de 2008 y septiembre de 2009. En preparación para el momento en que la nave alcanzaría esta distancia al sol, el equipo de control de la misión ha realizado un enorme trabajo (incluyendo la calibración de los paneles solares que explicamos en el primero de los artículos y se llevó a cabo en noviembre de 2008. Ahora veremos cómo los planes de detalle se ponen en marcha para la operación de la nave.

La potencia eléctrica generada por una célula solar depende de su temperatura. Cuando la célula está caliente es ligeramente menos eficiente al transformer la luz en energía eléctrica, de modo que suministra menos potencia aunque la intensidad de la luz incidente no varíe.

Cuando Dawn no está impulsándose, el consumo de potencia a bordo es mucho menos, por lo que se demanda menos de los dos enormes paneles de células solares. Esto supone que la proporción de la energía luminosa que se transforma en electricidad es menor. ¿Dónde va entonces ese excedente de energía? Cuando los paneles solares no necesitan generar tanta electricidad, el exceso de energía debido a la absorción de la luz simplemente se transforma en calor, elevando la temperatura de los paneles. Por tanto, los paneles solares de Dawn se calientan cuando Dawn no está impulsándose; y cuando la nave enciende sus motores, los paneles solares deben enfriarse un poco antes de poder trabajar a su máximo rendimiento. En etapas anteriores de la misión, cuando Dawn estaba más cerca del sol y podía producir muchísima más potencia de la que necesitaba (aunque los paneles estuviesen calientes), esta pequeña diferencia carecía por completo de importancia. Ahora, en cambio, es muy importante.

Todas las semanas (normalmente los lunes), la sonda deja de impulsarse durante unas ocho horas para apartar el propulsor iónico de su dirección requerida para ir acercándose a Vesta y apuntar la antena principal a la Tierra para poder intercambiar señales de radio con una antena de la Red de Espacio Profundo (Deep Space Network, DSN). Finalizada la sesión de comunicación, la nave vuelve a la orientación de impulsión y reinicia su vuelo propulsado.

A lo largo de los últimos meses los paneles solares han sido capaces de cubrir la demanda a bordo cuando estaban fríos, pero cuando estaban calientes la luz era demasiado débil para proporcionar la potencia requerida por todos los subsistemas. Había varias soluciones para esto (algunas de las cuales se habrían prestad seguramente a una descripción más simple y más jocosa), y la decisión de los ingenieros fue iniciar la impulsión sin llegar a la máxima potencia, lo que requería menos energía eléctrica. Esto demandaba suficiente potencia de los paneles solares como para reducir su temperatura, lo que a su vez les permite acercarse a su eficiencia máxima. Al cabo de un rato, la secuencia de encendido, que se ejecuta en el ordenador principal de la nave, ordenaba aumentar la potencia cuando ya los paneles solares estaban en condiciones de proporcionar la potencia adicional. Esta ha sido la estrategia semanal desde el 19 de abril y siempre ha funcionado perfectamente.

Ahora que Dawn se ha alejado aún más del sol, la potencia eléctrica mengua aún más. El equipo ya sabía hace tiempo que a partir de mayo, incluso con los paneles solares a baja temperatura, no habría suficiente potencia disponible para todos los sistemas a la vez que se impulsaba a la máxima potencia. Por eso, desde el 17 de Mayo, en cuanto la nave completa su sesión de comunicación a través de la antena principal apaga el transmisor de radio. Hasta entonces, el transmisor siempre había estado encendido, incluso cuando Dawn no estaba en contacto con la Tierra. La señal de radio se había dirigido a una antena auxiliar que la transmite en un ángulo muy amplio a costa de debilitar la señal que las antenas reciben en la Tierra. (No es muy diferente de una linterna. Un haz muy concentrado puede iluminar con facilidad un área pequeña, igual que la antena principal de Dawn le permite transmitir una señal fuerte hacia la Tierra. Con la misma potencia, un cono de luz más amplio produce una iluminación más débil sobre un área más extensa; de la misma manera Dawn puede transmitir una señal débil sin tener que apuntar en una dirección específica.) Con el transmisor apagado, las necesidades de potencia de Dawn se reducen, permitiendo así que haya suficiente para la propulsión iónica.

Todas las semanas (normalmente los jueves o los viernes), la Red de Espacio Profundo se pone a la escuchas de los susurros radiofónicos de Dawn mientras la nave sigue impulsándose. Aunque la señal es débil, la recepción es suficiente para confirmar que la nave se encuentra en buen estado de salud. Aunque el transmisor se apaga sistemáticamente desde mayo siempre que la nave se impulsa, una secuencia de comandos se encarga de encenderlo durante dos horas para permitir la verificación del estado de la nave a medio camino entre las sesiones principales de comunicaciones de los lunes. La batería de a bordo podía suplir el exceso de demanda durante este corto periodo de tiempo. (Así que si os estáis preguntando por qué últimamente no oíais nada de la nave durante el resto de la semana, ya sabéis por qué. Ahora la nave viaja en silencio de comunicaciones salvo cuando hay una conexión programada.)

Sin embargo, desde el 26 de julio esta estrategia tampoco es suficiente para compensar el menguante suministro de potencia eléctrica. Desde esa fecha ha sido necesario reducir el empuje del motor iónico durante las sesiones de comprobación a mitad de semana. Rebajar la potencia del sistema de propulsión permite destinar la electricidad sobrante a alimentar el transmisor.

Según los exhaustivos análisis realizados en 2009, los ingenieros habían estimado que Dawn no podría mantener el impulso máximo hacia la última semana de julio de 2010, incluso con la radio apagada. Sin embargo, la nave ha desbordado las expectativas y ha resistido hasta el 23 de agosto. Al final, a una distancia de 2.02 UA del sol, fue necesario reducir el empuje del motor iónico. A partir de ahora Dawn irá reduciendo progresivamente su empuje a medida que se aleja aún más de la rutilante estrella. Sin embargo, incluso a niveles bajos de potencia, la eficiencia del sistema de propulsión iónica supera con creces la de los sistemas químicos.

En febrero dimos un repaso detallado al cambio de velocidad que Dawn experimentaba en un día y concluimos que seguiría aumentando (gracias a una menor masa total) mientras el sistema de propulsión siguiera operando a su máxima potencia. Como ya predijimos entonces, nuestro viajero espacial ha alcanzado su máxima aceleración de 7.6 metros por segundo al día (17 millas por hora por cada día de impulsión). Todo esto ya se tuvo en cuenta durante el diseño de la trayectoria y motivó algunos de los ensayos que se realizaron poco antes del lanzamiento, con lo que las futuras reducciones de empuje se incorporaron ya al plan para mantener la nave en su curso hacia Vesta y Ceres.

Mientras la nave continúa su ambiciosa expedición a través del cinturón de asteroides, los ingenieros han cambiado otro aspecto de su operación. El 23 de agosto, siguiendo las instrucciones que se introdujeron en el ordenador de a bordo la semana anterior, Dawn apagó por completo sus cuatro ruedas de reacción. (Es pura coincidencia que ésta fuera también la fecha en la que se redujo el empuje del motor iónico para ahorrar potencia eléctrica y el día en que se produjo un apagón en la tienda de helados junto al Tributo a las Coincidencias.) Era la primera vez desde el lanzamiento que todas las ruedas de reacción estaban apagadas. Durante casi toda la misión hasta ahora, Dawn ha usado tres de estas unidades en todo momento para mantener o cambiar su orientación en el entorno espacial, carente de gravedad y fricción, acelerando o decelerando la velocidad de giro de las ruedas. El 17 de junio la rueda número 4 experimentó un incremento de fricción que originó su apagado y las ruedas 1 a 3 habían seguido funcionando desde entonces. Al final los controladores de la misión decidieron apagar todas las ruedas para poder utilizarlas en Vesta y en Ceres.

Con las ruedas apagadas, es el sistema de control por reacción el que se hereda sus tareas. Este sistema expulsa propelente convencional (a lo mejor incluso la misma variante de hidracina que usáis en vuestros cohetes) a través de pequeñas toberas orientadas en diferentes direcciones para producir un adecuado cambio de orientación de la nave.

Desde que realizó la transición sin incidentes, Dawn ha recuperado su actividad habitual de impulsarse el 95% del tiempo, modificando gradualmente su órbita para que se encuentre con la de Vesta dentro de unos 11 meses.

Los breves impulsos de hidracina que ocasionalmente generan los cohetes son muy eficientes para mantener a la nave estable, pero resultan demasiado débiles para contribuir significativamente a modificar su trayectoria alrededor del sol. Incluso si se emplease la totalidad de los 45.6 kilogramos (101 libras) de hidracina para cambiar la velocidad de la sonda, el efecto sería menos de 0.1 kilómetros por segundo (229 millas por hora), absolutamente insignificantes en comparación con los 4.81 kilómetros por segundo (10800 millas por hora) producidos por el xenón que el sistema de propulsión iónica ha consumido (e incluso eso es menos de la mitad de lo que se planea para toda la misión). El sistema de propulsión iónica es tan eficiente que es el único sistema a bordo que puede llevarla a sus lejanos objetivos, Vesta primero y luego Ceres.

El viaje de Dawn sigue progresando a un excelente ritmo hacia esos ancianos e inexplorados mundos. En el próximo artículo, revisaremos cuánto ha viajado y echaremos una ojeada a lo que le espera en la primera de estas sugerentes paradas.

Dawn se encuentra a 0.19 UA (29 millones de kilómetros o 18 millones de millas) de Vesta, la próxima estación. También está a 2.82 UA (421 millones de kilómetros o 262 millones de millas) de la Tierra o 1070 veces la distancia de la Tierra a la Luna, y 2.79 veces la distancia de la Tierra al Sol. Las señales de radio, viajando a la insuperable velocidad de la luz, tardan 47 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.


Dr. Marc D. Rayman
9:30 p.m. PDT. 30 de Agosto de 2010

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