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MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

27 de Septiembre de 2011

Queridos Dawniversarios,

El cuarto aniversario del lanzamiento de Dawn al espacio es muy diferente de los anteriores. En todos los aniversarios anteriores la sonda estuvo dedicada a impulsarse hacia el objeto que ahora está explorando. Y en esta ocasión, mientras celebra el aniversario de abandonar la Tierra, Dawn está en órbita alrededor de otro mundo de la familia de los planetas terrestres, el antiguo protoplaneta Vesta.

Nuestro aventurero ha permanecido en las costas de Vesta durante todo el mes de Agosto y ahora está preparado para la inmersión. Dawn ha empleado la mayor parte de este mes en ir descendiendo progresivamente desde la órbita de muestreo a 2 700 kilómetros (1 700 millas) de altitud a su órbita actual a unos 680 kilómetros (420 millas) y a cambiar la orientación de la órbita. (Si queréis leer más detalles sobre la altitud, podéis ir aquí o continuar leyendo pacientemente otros seis párrafos.) La campaña de observación en la órbita de muestreo fue un rotundo éxito y nos proporcionó unas vistas asombrosas, poniendo en evidencia la complejidad de tan fascinante paisaje. Ahora que estamos cuatro veces más cerca, la sonda está casi lista para una exploración aún más exhaustiva desde la órbita alta de cartografía (High Altitude Mapping Orbit, HAMO). Los planes para HAMO apenas han cambiado desde que los comentamos en el tercer aniversario del lanzamiento de Dawn.

El descenso en espiral de Dawn transcurrió con una asombrosa perfección. Ya hemos visto que todos los cuerpos viajan a una velocidad más elevada en las órbitas más bajas, donde la fuerza de la gravedad es mayor. Por ejemplo, Mercurio orbita alrededor del Sol mucho más rápido que la Tierra para compensar una atracción mayor, y la velocidad de la Tierra es mayor que la de Vesta, mucho más distante. Del mismo modo, los satélites en órbitas cercanas a la Tierra, como la Estación Espacial Internacional, surcan el espacio más rápido que la lejana Luna. Cuando empezó el descenso el 31 de Agosto, la velocidad orbital a tan enorme distancia de Vesta era de 76 metros por segundo (170 mph), y cada vuelta duraba casi 69 horas. Sometida al tenue impulso de su sistema de propulsión iónica, la nave completó 18 vueltas alrededor de Vesta, cada una más cerca y más rápido a medida que la altitud orbital menguaba, hasta que alcanzó su nueva órbita exactamente según lo previsto el 18 de Septiembre. En HAMO, Dawn orbita a 135 metros por segundo (302 mph), y rodea el mundo que se encuentra a sus pies en 12.3 horas.

Cuando, según el plan, Dawn dejó de impulsarse, estaba ya muy cerca de HAMO, pero no exactamente. Los planificadores de la misión son conscientes desde hace mucho tiempo de que es inevitable un pequeña diferencia entre el perfil de vuelo planeado y el realizado. En los últimos años se ha llevado a cabo un extenso y detallado análisis para estimar el tamaño de estas discrepancias, de manera que los intrincados planes de trabajo alrededor de Vesta puedan tener en cuenta el tiempo y el esfuerzo necesarios para llevar a nuestro explorador robótico a su destino. Para poder completar el nutrido programa de observaciones con sus instrumentos científicos, la nave debe seguir una trayectoria orbital cuidadosamente ajustada a las secuencias de comandos que se han preparado con tan primoroso cuidado. La belleza del pas de deux de Vesta, tan artísticamente coreografiado, depende de que la música y el movimiento estén bien sincronizados.

Durante el descenso, Dawn hizo varias pausas para permitir que los controladores pudieran actualizar el perfil de vuelo para tener en cuenta algunas de las variaciones de curso. Una vez completada la impulsión, los navegantes hicieron un seguimiento más extensivo de la nave mientras rodeaba Vesta, midiendo la órbita con gran precisión. Esto no sólo desveló los parámetros orbitales en detalle (tamaño, forma y orientación) sino también muchos más detalles del campo gravitatorio de Vesta de lo que se había podido detectar a mayores altitudes. Con la nueva información, el equipo preparó dos maniobras muy cortas para ajustar la órbita. La primera, de cuatro horas de duración, tuvo lugar ayer por la noche y la segunda, media hora más corta, se llevará a cabo esta noche. Después de algunas medidas más para verificar la órbita final, el mes de observaciones en HAMO comenzará el 29 de Septiembre.

Aunque la parte principal de la impulsión terminó el 18 de Septiembre, Dawn aún tenía cosas que hacer además de dejar a los navegantes calcular la órbita exacta. Apuntó sus sensores a Vesta y recogió una nueva y sorprendente serie de datos. Aunque estas observaciones no forman parte del cartografiado sistemático que tan meticulosamente se ha orquestado para HAMO, contribuyen de todas formas al esfuerzo por extraer el máximo rendimiento al precioso tiempo que Dawn permanecerá cerca de Vesta. Los ingenieros también hicieron pruebas con el espectrómetro visible e infrarrojo. Además, también tomaron fotos con la cámara científica de reserva, lo que les permitió confirmar que sigue estando absolutamente funcional y preparada para entrar en acción en caso de que su gemelo, a pesar de su perfecto estado de salud actual, se enferme.

Siguiendo las instrucciones que se le habían enviado con anterioridad, el 21 de Septiembre la nave reconfiguró su memoria para prepararse para el gran volumen de datos que va a recoger en HAMO. Una de las funciones de software tardó un poco más de lo previsto y ocasionó el reinicio del ordenador principal. El robot está diseñado para ponerse en modo seguro después de un reinicio, por lo que fue apagando cuidadosamente todos los systemas no esenciales, giró para apuntar al Sol (la única referencia celeste facilmente detectable a lo largo de todo el periplo de Dawn a través del sistema solar), y esperó nuevas instrucciones. Los controladores descubrieron la situación un poco más tarde esa misma noche y rápidamente identificaron la causa. Con calmada profesionalidad ejecutaron sin dilación todos los pasos para devolver a Dawn a su configuración normal de vuelo en menos de dos días, y las operaciones han continuado sin sobresaltos desde entonces.

A medida que Dawn vuela alrededor de Vesta su altitud cambia constantemente. De hecho, variaría incluso aunque la óribta fuera un círculo perfecto, porque Vesta no es una esfera perfecta. Esto es similar a volar en un avión en la Tierra. Si el avión mantiene una altitud constante respecto al nivel del mar, la distancia respecto a tierra puede cambiar, porque la elevación del propio suelo varía, acercándose al avión en las montañas y alejándose en los valles. La topografía de Vesta es incluso más acusada, reflejo de la torturada historia que ha vivido durante 4 500 millones de años en el peligroso y accidentado cinturón de asteroides.

El suceso que originó la enorme cicatriz que rodea el polo sur, que ya se llama oficialmente Rheasilvia (como la mítica virgen vestal que fue madre de Rómulo y Remo, una extraña historia que Dawn probablemente nunca consiga aclarar), no sólo creó un asombroso y caótico terreno en Vesta, sino que también le proporcionó su peculiar forma global. De hecho, aunque este astro es más pequeño que la Tierra, goza de una de las topografías más extremas del sistema solar. La enorme montaña en el centro de Rheasilvia se eleva ominosamente sobre el terreno circundante hasta casi el doble de la altura del monte Everest. A pesar de estar muy separadas, la diferencia en elevación entre los accidentes orográficos más altos cerca del ecuador y los puntos más bajos de los cráteres que perforan Rheasilvia es de más de 60 kilómetros (37 millas).

Incluso aunque nos imaginásemos que Dawn flota en el espacio mientras Vesta rota, su altitud cambiaría a medida que las irregularidades superficiales suben y bajan. Además, la trayectoria de la nave no es un círculo perfecto, y se irá desviando más a medida que la órbita sea más baja, porque el complicado campo gravitatorio tira con diferente fuerza dependiendo de en qué parte se encuentra la nave. Cuando Dawn esté en órbitas más cercanas hablaremos de nuevo sobre la altura real respecto a la superficie. Mientras tanto, por simplicidad, nuestro blog se referirá como hasta ahora a la altitud como un valor promedio, medida respecto a la distancia promedio entre el centro de Vesta y su superficie rocosa. Esto es equivalente a usar el nivel del mar en la Tierra como referencia para describir la altitud de las aeronaves y satélites. Usando esta referencia, la altitud de HAMO se establece en 680 kilómetros (420 millas).

Los tres últimos 27 de Septiembre hemos resumido el progreso de Dawn en su aventura. Ahora que ha llegado a su primer destino, la mejor medida de su progreso son las impresionantes imágenes y otros resultados científicos que ha transmitido a la Tierra. Además de los anuncios especiales en las conferencias de prensa que tendrán lugar en los próximos meses, podéis ver aquí las asombrosas e interesantes imágenes que publicamos cada día.

Para los que queráis seguir el avance de la sonda en los mismos términos que hemos usado en anteriores aniversarios (y predecimos con toda confianza que también en los que están por venir), he aquí el cuarto resumen anual, que reutiliza el texto del año pasado con las correcciones adecuadas. Aquellos que deseen reflexionar sobre la extraordinaria naturaleza de esta expedición al espacio profundo pueden encontrar interesante la comparación de este material con el comienzo de los artículos de su primer, segundo y tercer aniversario. (En este día tan especial, los miembros del equipo de operaciones seguirán reflexionando aún más acerca de la misión con la ayuda de magdalenas decoradas con el logo de Dawn y Vesta.)

En los cuatro años de viajes interplanetarios, la nave se ha impulsado durante unos 988 días, el 68 % del tiempo (y aproximadamente 0. 000000020% del tiempo desde el Big Bang). Mientras que para la mayoría de las naves el encendido de su motor para cambiar de curso es un suceso especial, para Dawn es pura rutina. Toda esta impulsión le ha costado a la nave sólo 254 kilogramos (561 libras) de su suministro de xenón, que ascendía inicialmente a 425 kilogramos (937 libras) el 27 de Septiembre de 2007.

El impulso acumulado hasta ahora en la misión es el equivalente a acelerar la sonda en 6.85 kilómetros por segundo (15 300 millas por hora). En artículos anteriores (he aquí una de las descripciones más detallas) hemos explicado que debido a los principios del movimiento orbital, ya sea alrededor del Sol o de cualquier otro cuerpo con gravedad, Dawn no está viajando mucho más rápido que cuando despegó. Sin embargo, el cambio efectivo de velocidad sigue siendo una forma útil de medir el efecto de la impulsión de una nave espacial. Después de haber completado aproximadamente la mitad del tiempo de impulsión planeado para la totalidad de la misión, Dawn ya ha excedido con creces el cambio de velocidad conseguido por cualquier otra nave por sus propios medios. (Podéis referiros a este blog anterior para ver una comparación con las sondas que se colocan en órbita alrededor de Marte.)

Desde el lanzamiento, aquellos de nuestros lectores que han permanecido en la Tierra y sus alrededores han completado cuatro vueltas alrededor del Sol, con un recorrido total de unas 25.1 UA (3 760 millones de kilómetros o 2 340 millones de millas). Dawn, que orbita más lejos del Sol y por lo tanto se desplaza a una velocidad más moderada, ha viajado sólo 19.4 UA (2 910 millones de kilómetros o 1 810 millones de millas). A medida que se alejaba en sus esfuerzos por igualar su órbita a la de Vesta, iba decelerándose progresivamente hasta la velocidad de Vesta. Desde el lanzamiento de Dawn, Vesta ha viajado sólo 16.4 UA (2 460 millones de kilómetros o 1 530 millones de millas.)

Otra forma de poner en evidencia los avances de la misión es hacer una gráfica de cómo ha ido cambiando la órbita de Dawn alrededor del Sol. Este ejercicio culminará con unos pocos números más de lo habitual, por lo que aquellos lectores que prefieran no detenerse pueden saltárselo, dejándoselo a los siempre agradecidos Numerívoros. A fin de hacer comprensible la siguiente tabla (y para cumplir con nuestra promesa de responsabilidad medioambiental), hemos reciclado aquí debajo parte del texto sobre la naturaleza de las órbitas.

Las órbitas son elipses (como círculos achatados u óvalos con ambos extremos iguales) de modo que, a medida que los miembros de la familia del sistema solar avanzan, una veces se encuentran más cerca del Sol y otras más lejos.

Además de caracterizarse por su forma o, lo que es lo mismo, por su achatamiento, que es una medida de cuánto se diferencian de un círculo perfecto, y por su tamaño, las órbitas también se pueden describir por su orientación en el espacio. Desde la perspectiva de los astrónomos terrestres el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol (conocido como eclíptica) es una buena referencia. Los demás planetas y las naves en crucero interplanetario recorren órbitas que tienen cierta inclinación con respecto a este plano. El ángulo entre la eclíptica y el plano de la órbita de otro cuerpo alrededor del Sol se conoce como inclinación de la órbita. Vesta y Ceres no orbitan alrededor del Sol en el mismo plano que la Tierra y Dawn tiene que ajustar su órbita a la de sus objetivos. (La mayoría de los planetas orbitan más cerca de la eclíptica y ninguna nave hasta ahora ha tenido que aventurarse tan lejos de este plano para alcanzar ningún otro cuerpo celeste).

A estas alturas ya resulta evidente el trabajo que ha llevado a cabo Dawn, tomando en consideración la progresión en tamaño y forma (expresados conjuntamente por medio de las distancias máxima y mínima al Sol) y en inclinación de su órbita a lo largo de sus tres aniversarios. (Los expertos enseguida argumentarán que hacen falta más detalles para describir completamente una órbita. Nuestra política sigue siendo la de añadir un enlace a las páginas web de los expertos en cuanto su audiencia sea mayor que la nuestra por una sola galaxia.)

La tabla siguiente muestra cuál habría sido la órbita final de Dawn si hubiese dejado de impulsarse en cada uno de sus aniversarios. Para comparar hemos incluido también las órbitas de Vesta y Ceres. Por supuesto, cuando Dawn estaba en la plataforma de lanzamiento el 27 de Septiembre de 2007 su órbita alrededor del Sol era exactamente igual a la de la Tierra. Después del lanzamiento su órbita ya era independiente de la de la Tierra.

Mínima distancia al Sol (UA) Máxima distancia al Sol (UA) Inclinación
Órbita de la Tierra 0.98 1.02 0.0°
Órbita de Dawn el 27 de Sept. de 2007 
  (antes del lanzamiento)
0.98 1.02 0.0°
Órbita de Dawn el 27 de Sept. de 2007 (después del lanzamiento) 1.00 1.62 0.6°
  Órbita de Dawn el 27 de Sept. de 2008 1.21 1.68 1.4°
  Órbita de Dawn el 27 de Sept. de 2009 1.42 1.87 6.2°
 Órbita de Dawn el 27 de Sept. de 2010 1.89 2.13 6.8°
  Órbita de Vesta 2.15 2.57 7.1°
Órbita de Ceres 2.54 2.99 10.6°

Para aquellos lectores que no se ven desbordados por la cantidad de números, la tabla puede ayudar a ver cómo Dawn ha ido modificando su órbita en el transcurso de la misión. Obsérvese que la órbita de la nave alrededor del Sol es la misma que la de Vesta. Éste era, por supuesto, el objetivo del largo vuelo que comenzó en la misma órbita solar que la Tierra. Aunque sobrevolar Vesta habría sido muchísimo más fácil, alcanzar su misma órbita requería de las capacidades extraordinarias de un sistema de propulsión iónica. Sin él, el Programa Discovery de NASA no habría podido permitirse una misión que explorase este mundo fascinante, y una misión a Vesta y a Ceres habría sido simplemente imposible.

Por impresionante e inspirador que resulte su viaje hasta ahora, escalando la colina del sistema solar a lomos de una columna verde-azulada de iones de xenón, modificando delicadamente su órbita con la finura de un escultor que crease una obra maestra del cosmos y viajando lejos de su planeta de origen a través de la solitaria inmensidad del espacio interplanetario, es el destino y no el viaje el que proporciona el premio gordo. Durante casi dos siglos antes de la llegada de Dawn, Vesta no supuso más que un pequeño borrón en medio de las estrellas. La detalladísima visión que vamos construyendo poco a poco de este complejo mundo alienígena, con una historia llena de accidentes y un carácter único, es una gran recompensa por todos los años y los miles de millones de kilómetros (o de millas) que han sido necesarios para llevarnos allí. A medida que la expedición avanza, ¿es posible que alguien no se conmueva ante la experiencia de ver cómo Vesta se convierte a la vez en un mundo más conocido pero también más misterioso?

En estos días el equipo de operaciones está completando los preparativos para la siguiente fase de investigación en Vesta, mientras Dawn se embarca en su quinto año de vuelo espacial haciendo lo que siempre ha sido su labor. Al límite de la inventiva del género humano, impulsada por el cello de aquellos que se empeñan en observar y entender la belleza del cosmos, nuestro incansable navío avanza con denuedo en su exploración de una reliquia de los albores del sistema solar.

Dawn está a 680 kilómetros (420 millas) de Vesta. También está a 1.59 UA (238 millones de kilómetros o 148 millones de millas) de la Tierra, o 665 veces más lejos que la Luna, y 1.59 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 26 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.


Dr. Marc D. Rayman
4:34 p.m. del 27 de Septiembre de 2011

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