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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

17 de Septiembre de 2006

Queridos Dawntelectuales,

Queridos Dawntelectuales,

Faltan sólo unos tres cuartos de vuelta alrededor del Sol para el día en que Dawn abandonará este planeta para emprender su vuelo en solitario hacia otros mundos desconocidos. Mientras tanto, el equipo sigue trabajando para que la nave esté preparada para su misión. El trabajo avanza sin descanso a pesar del aparente caos de planetas que reina en el Sistema Solar.

Los lectores de otros sistemas solares habrán seguido sin duda con divertida expectación cómo la definición de "planeta" ha saltado a las primeras planas de este sistema solar durante el verano. Aunque la mayoría de las miradas se centraron en determinar si Plutón debería ser considerado un planeta, el segundo destino de Dawn, Ceres también se ha visto involucrado en esta vorágine lingüística. La Unión Astronómica Internacional (International Astronomical Union, IAU) aprobó una definición de "planeta enano" que incluye a Ceres, Plutón, Eris y quizás más cuerpos celestes que aún no se han analizado suficientemente o ni siquiera descubierto. Ceres es el mayor habitante del cinturón de asteroides, que se encuentra entre Marte y Júpiter, mientras que los otros planetas enanos forman parte del cinturón de Kuiper y pasan la mayor parte del tiempo más allá del planeta más lejano, Neptuno.

La resolución 5A, aprobada por la vigésimo sexta Asamblea General de la IAU describe las características que un cuerpo celeste debe tener para ser considerado un planeta enano. Como planeta, debe orbitar el Sol y tener suficiente masa para que su propia gravedad le proporcione una forma aproximadamente esférica. (Vesta, la primera parada en el viaje interplanetario de Dawn, podría cumplir los requisitos, pero todavía no se sabe lo suficiente sobre su gravedad y su forma.) A diferencia de los planetas, los planetas enanos se caracterizan por no haber barrido otros cuerpos de su entorno próximo por medio de la gravedad. Esto supone en la práctica que ningún residente del cinturón de asteroides o del de Kuiper puede entrar a formar parte del exclusivo club de los planetas. (Otro criterio, el de que no sea un satélite de otro planeta, impide a algunas de las lunas de otros planetas ser consideradas como planetas en sí mismas.)

La definición no goza de una aprobación generalizada entre la comunidad de los planetólogos y está por ver cómo se puede mejorar. Durante medio siglo después de su descubrimiento en 1801 y 1807, Ceres y Vesta fueron considerados planetas de pleno derecho. La evidencia científica demuestra que, a pesar de todos los nombres que se les han aplicado, ya sean planetas, asteroides, planetas menores, protoplanetas o planetas enanos, se han mantenido tozudamente por encima de la controversia, contemplando pasar su majestuosa vida sin muestra de interés aparente.

El equipo de Dawn nunca se ha perdido en discusiones estériles sobre cómo llamar a estos cuerpos: con una claridad y consistencia proverbiales, siempre se les ha conocido como "Ceres" y "Vesta". Los miembros del equipo siguen esperando ansiosamente la valiosa información que la nave transmitirá desde las distintas órbitas alrededor de estos fascinantes objetos. En preparación para este hecho, los ingenieros están a punto de completar otra batería de ensayos funcionales exhaustivos (tal como hemos explicado en entradas anteriores) para comprobar que los subsistemas a bordo de la nave están preparados para desarrollar las tareas que les han sido encomendadas.

Los lectores más fieles conocerán a fondo los subsistemas de Dawn a medida que progresemos con las preparaciones para el lanzamiento y acompañemos a la nave, en espíritu o en persona, en sus viajes cósmicos. [Nota del Editor: "Los lectores más fieles" es una redundancia; según una encuesta reciente el 100% de los lectores en las galaxias de estudio son fieles.] En años próximos veremos que no hay nada como guiar una nave espacial a través de las abismales profundidades del espacio para entender realmente cómo funciona. Pero pasemos ahora a una breve introducción a los subsistemas de ingeniería que permitirán a Dawn llevar a cabo su misión. En una futura entrada describiremos los instrumentos científicos que nos ayudarán a revelar la naturaleza de Ceres y Vesta.

El subsistema de control y procesamiento de datos (Command and Data Handling, C&DH) incluye los ordenadores centrales de la nave y la mayor parte de la electrónica. Al igual que la mayoría de los subsistemas de Dawn, el diseño comprende un ordenador principal y uno de reserva para que la misión pueda continuar con su investigación aunque se produzca un fallo en uno de los equipos. Este subsistema se encarga de que la nave funcione sin problemas y de modo autónomo. El software principal de la nave se ejecuta en paralelo en los tres ordenadores del sistema principal y consta de más de 400000 líneas de código C y ensamblador. Además de coordinar las actividades de la nave, procesa los comandos que recibe del equipo de operaciones de la misión y los reenvía a otros subsistemas cuando es necesario. También almacena los datos científicos adquiridos por los instrumentos y reúne información sobre el estado de la nave para luego transmitirlo de vuelta a la Tierra. Algunos ingenieros lo consideran el subsistema más importante de la nave

El subsistema de potencia eléctrica (vale, ya sé que este os lo sabéis) suministra la energía que necesitan todos los componentes eléctricos abordo. Los paneles solares convierten la luz del Sol en electricidad y este subsistema lo transforma en alta tensión para alimentar el sistema de propulsión iónica y en baja tensión para los demás subsistemas. Como Dawn necesitará mucha potencia eléctrica para su sistema de propulsión incluso a grandes distancias del Sol, los paneles solares son inusualmente grandes para una nave planetaria. Cada una de las alas mide casi 8.3 metros (más de 27 pies) y cuando se desplieguen en el espacio a las pocas horas del lanzamiento la nave alcanzará 19.7 metros (casi 65 pies) de punta a punta. Este subsistema también incluye una batería muy potente cuyo principal objetivo es que la sonda pueda sobrevivir mientras está dentro del cohete lanzador y en los instantes siguientes a la separación, momento en que tendrás que ejecutar una serie de maniobras imprescindibles para poder desplegar los paneles solares y apuntarlos al Sol. Los paneles producirán más de 10 kilowatios cuando Dawn esté a la misma distancia del Sol que la Tierra (aproximadamente la potencia que consumen 10 familias en EEUU). Esto es mucho más de lo que Dawn necesita, pero cuando se haya alejado hasta el triple de distancia, cada vatio que los paneles consigan suministrar será de gran valor para la nave, que tiene que alimentar a su hambriento sistema de propulsión iónica. Algunos ingenieros consideran que este el subsistema más importante de la nave.

El subsistema de control de actitud (a pesar de su nombre, este es un subsistema muy obediente y está tan entusiasmado con la misión como el resto de los subsistemas) se encarga de controlar la orientación de la nave (lo que los ingenieros denominan "actitud") durante su vuelo en gravedad cero. Este subsistema puede orientar la sonda para que su sistema de propulsión empuje en la dirección adecuada para alcanzar su meta cósmica, o para que la antena apunte a la lejana Tierra, o para que las cámaras y demás instrumentos puedan observar los objetos de su estudio. También se encargará de mantener los paneles solares orientados hacia el Sol. Para determinar su actitud, Dawn usa "sensores estelares" (una vez más, hay dos a bordo, aunque sólo hace falta uno), unas cámaras que reconocen la distribución de las estrellas y así calculan la dirección en la que están apuntando. (Para aquellos lectores que ya acompañaron a la Deep Space 1 en su viaje, recordaremos que fue un fallo del único sensor estelar durante la extensión de la misión lo que condujo al espectacular rescate de la nave. Este episodio está descrito en las entradas de 2000, disponibles en http://nmp.jpl.nasa.gov/ds1/archives.html y en la programación nocturna de la mayoría de los planetas cuya rotación no es cautiva.) Este subsistema también incorpora giróscopos que mejoran la precisión del apuntamiento. En caso de emergencia, los sensores solares pueden dar una idea aproximada de la orientación de la nave aunque el sensor estelar esté temporalmente fuera de servicio. Algunos ingenieros consideran que éste es el subsistema más importante de la nave.

Por razones técnicas, la ruedas de reacción no bastan para llevar a cabo todos los cambios de orientación que Dawn necesitará durante su larga misión, por lo que hace falta algún sistema adicional. Además de las ruedas de reacción, que se consideran parte del sistema de control de actitud, hay otros dos subsistemas que el control de actitud utilizar para conseguir la orientación adecuada. El sistema de control por reacción consta de 12 pequeños motores cohete que utilizan un propelente convencional llamado hidracina; nadie se sorprenderá al saber que basta con 6 motores, de modo que aunque un grupo completo de 6 motores fallara, la misión podría continuar. Cada pequeño impulso de uno de los motores cambia la velocidad o la dirección de giro de la nave. Este subsistema contará con 45 kg (100 libras) de hidracina, aunque probablemente consuma mucho menos que eso durante toda la misión. Algunos ingenieros consideran que este es el subsistema más importante de la nave.

La mayoría de las naves interplanetarias usan sistemas de propulsión por hidracina no sólo para girar, sino también para cambiar su trayectoria en el espacio. Dawn será capaz de realizar una exploración minuciosa de los dos mayores objetos del cinturón de asteroides porque usa un sistema mucho más eficiente de propulsión. El sistema de propulsión iónica genera impulso ionizando gas xenón; esto quiere decir que le proporciona una pequeña carga eléctrica positiva eliminando un electrón de cada átomo de xenón, que en otras circunstancias es neutro. Una vez que el xenón está ionizado, el subsistema puede acelerar los iones y emitirlos a una gran velocidad a través de cualquiera de los tres propulsores iónicos. Cada ión de xenón, al salir de un propulsor a una velocidad de hasta 40 kilómetros por segundo (89000 millas por hora), genera una reacción que empuja a la nave en la dirección contraria. Dawn dejará la Tierra con 425 kilogramos (937 libras) de xenón - más que suficiente para el viaje hasta sus dos objetivos y las órbitas de observación, a la vez que establecerá algunos records notables de los que ya hablaremos en próximas entradas. El sistema de propulsión iónica es tan diferente de los sistemas convencionales que requiere un planteamiento completamente nuevo en el diseño y desarrollo de la misión, y próximos logs describirán esto más detalle (en cuanto nuestros abogados demuestren que las querellas por copyright del Potentado Iónico del Xenón no están justificadas). Además de su función de impulsar la nave Dawn hasta Vesta y Ceres, en algunos casos el subsistema de propulsión iónica también contribuye a controlar la dirección en la que apunta la nave (sustituyendo a las ruedas de reacción y al subsistema de control por reacción). Aunque este subsistema es obviamente muy importante, algunos ingenieros considerarán que es el próximo subsistema el más importante de la nave.

El subsistema de control térmico mantiene a todos los demás subsistemas de Dawn dentro de sus márgenes operativos de temperatura a medida que la nave abandona la Tierra, pasa por Marte y llega primero a Vesta y luego a Ceres, alcanzando tres veces la distancia entre la Tierra y el Sol. La temperatura de los delicados equipos electrónicos, de los elementos estructurales, que están alineados con gran precisión, de los dispositivos mecánicos, que son muy sensibles, y otros materiales, lubricantes, adhesivos, hidracina, xenón y muchos otros debe estar controlada en todo momento. Este subsistema debe garantizar que las unidades se mantengan razonablemente frescas incluso a pleno sol y que no se enfríen demasiado aunque se encuentren frente al paralizante frío del espacio profundo. En algunas partes de la nave existen unas persianas que se abren o se cierran en respuesta a la temperatura, con el fin de eliminar calor por radiación o retenerlo en la nave si fuera necesario. Además, algunos de los paneles de la nave contienen unos tubos de amoniaco que ayudan a distribuir el calor de manera uniforme, transportando el exceso de calor de los dispositivos que están encendidos hacia otros que están apagados o que de otra manera necesitarían calefacción adicional. Este subsistema incluye también más de 140 calefactores y es uno de los mayores consumidores de potencia eléctrica en la nave. Aunque la importancia este subsistema está fuera de toda duda, algunos ingenieros considerarán que el subsistema de propulsión iónica es el más importante de la nave.

El subsistema de telecomunicaciones permite que Dawn intercambie información con la Tierra incluso a enormes distancias. La antena principal de la nave tiene 1.52 metros de diámetro (5 pies) y otras tres antenas más pequeñas permiten las comunicaciones incluso cuando no es posible o conveniente apuntar la antena principal hacia la Tierra. Dawn se comunicará con los controladores de la misión a través de las antenas de 34 y 70 metros (112 y 230 pies respectivamente) que la Red de Espacio Profundo (Deep Space Network, DSN) posee en California, España y Australia Oriental. Cuando Dawn esté transmitiendo los datos científicos de Ceres desde su máximo alejamiento, la señal del transmisor de 100 vatios, después de atravesar la enorme distancia que lo separa de la Tierra, será menos de un décimo de una milésima de una billonésima de vatio al alcanzar la antena de 34 metros en la Tierra. Si su energía fuese acumulada durante un tiempo igual a la edad del universo, sería suficiente para alimentar la bombilla de la nevera durante un segundo y sin embargo basta para transportar todas las imágenes y otros datos científicos de vuelta a la Tierra. El receptor de Dawn, siempre alerta a los murmullos que pueda recibir desde su lejano hogar, es capaz de interpretar una señal de menos de una trillonésima de vatio. Algunos ingenieros considerarían este... bueno, ya os hacéis una idea.

Después de este breve repaso de los subsistemas sería muy fácil perder de vista lo que algunos ingenieros considerarían más importante que cualquiera de los subsistemas. Todos ellos deben trabajar coordinadamente para que la nave funcione. Además de los instrumentos, hemos obviado también algunos elementos esenciales para la misión, como la estructura en la que todos van montados. También son imprescindibles para conectar todos los elementos de los subsistemas entre sí más de 9000 cables con una longitud total de unos 25 kilómetros (15 millas). Los cables y los conectores constituyen en conjunto más de 83 kilogramos (183 libras) de la masa que viajará a Vesta y a Ceres. Cuando esté completamente ensamblada y cargada con sus propelentes, Dawn pesará ligeramente más de 1200 kilogramos (2650 libras).

Algunos ingenieros considerarán que existe un sistema aún más grande y aún más importante que la totalidad de la nave, que también es necesario para que Dawn triunfe. De hecho, el sistema completo no incluye sólo lo que vuela por el espacio; el sistema completo de Dawn tiene muchísimos elementos que permanecen en la Tierra, incluyendo redes de ordenadores, muchísimo software, antenas, transmisores, receptores y un equipo de gente dedicada e inquisitiva que reconoce la buena suerte que supone poder participar en esta grandiosa aventura.

Ahora, aunque parezca sorprendente, hay evidencias de que al menos dos de nuestros lectores más leales no han enviado todavía sus nombres para que sean transportados al espacio a bordo de la nave. Al final del último artículo describíamos nuestro plan de incluir los nombres de todos los miembros de lo que realmente es el sistema más grande e importante de esta misión: la gente cuya imaginación vuela al contemplar los esfuerzos de la humanidad por comprender el cosmos. No seas el último en añadir tu nombre a la nave.

Dr. Marc D. Rayman
17 de Septiembre de 2006

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