NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology JPL HOME EARTH SOLAR SYSTEM STARS & GALAXIES SCIENCE & TECHNOLOGY BRING THE UNIVERSE TO YOU JPL Email News RSS Podcast Video
Follow this link to skip to the main content

MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

29 de Noviembre de 2011

Queridas espirales Dawnscendentes,

Siempre avanzando en su ambiciosa campaña de exploración en las profundidades del cinturón de asteroides, Dawn se ha pasado la mayor parte de este mes descendiendo en espiral hacia Vesta. Revitalizada por el éxito cosechado durante el cartografiado de detalle de este mundo alienígena en el mes de Octubre, la nave y los miembros humanos de su equipo están dedicados a una de las partes más complicadas de la misión. La recompensa será poder seguir escrutando este fascinante protoplaneta.

Gracias a las extraordinarias prestaciones de su sistema de propulsión iónica, Dawn puede maniobrar entre diferentes órbitas según las necesidades que impongan las observaciones científicas. La sonda se dirige ahora a su órbita baja de cartografía (Low Altitude Mapping Orbit, LAMO), en la que centrará sus investigaciones en elaborar un censo de los constituyentes atómicos de la superficie mediante sus sensores de rayos gamma y neutrones y en cartografiar el campo gravitatorio para poder determinar la estructura interior del protoplaneta.

Como objetivos secundarios, Dawn también tomará imágenes con su cámara y más espectros con el espectrómetro visible e infrarrojo. Ya veremos en próximos artículos que estas mediciones recibirán una menor proporción de los recursos que los estudios prioritarios. Las espectaculares imágenes que ya se han recogido mantendrán a los científicos satisfechos durante varios años, y vosotros podéis seguir compartiendo la fascinación de realizar sorprendentes descubrimientos mientras observáis algunas de las mejores imágenes aquí, entre las que ya se encuentran algunas escenas recogidas durante el descenso hacia LAMO.

Planear la órbita baja de cartografía alrededor del enorme asteroide Vesta y de su complicado campo gravitatorio requiere una buena dosis de análisis detallados. Antes de que Dawn llegara allí, los diseñadores de la misión habían considerado una serie de valores posibles del campo gravitatorio y esbozaron los métodos que utilizarían para trazar la órbita final una vez que se pudieran determinar las propiedades detalladas del protoplaneta. Mientras tanto, el equipo estuvo empleando una órbita objetivo a una altitud de 180 kilómetros (110 millas) sobre el ecuador. Como ya hemos explicado en otros artículos, la altitud varía tanto por la ligera excentricidad de la órbita como por la excepcional topografía que Vesta exhibe. Las mayores elevaciones resultan estar en el ecuador y la altitud promedio de dicha órbita sería de unos 200 kilómetros (125 millas).

Ahora que los navegantes han medido la gravedad de Vesta están en situación de refinar el diseño de LAMO y han decidido elevar la órbita 10 kilómetros (6 millas). El objetivo es por tanto una altitud promedio de 210 kilómetros (130 millas). Pero para definir la órbita son necesarios más parámetros además de la altitud. Para cumplir todos los objetivos científicos, la orientación de la órbita debe ser diferente de las anteriores, la órbita alta de cartografía (High Altitude Mapping Orbit, HAMO) y la órbita de muestreo. Para visualizar las diferentes órbitas, repasemos nuestra descripción de cómo se modificó la órbita entre la fase de muestreo y HAMO. Los lectores que no estén interesados en estos detalles pueden saltarse con toda tranquilidad (y con mucha razón) esta explicación.

Pensemos en la órbita de Dawn como un aro que rodea Vesta, por encima de ambos polos y cruzando el ecuador en ángulo recto. Los globos terráqueos frecuentemente cuentan con un aro así, por lo que puede ser útil tener uno en mente o, mejor aún, a mano, mientras estudiáis la configuración celeste. Para el propósito de esta demostración, podemos aseguraros que ningún habitante de Vesta (ni permanente ni temporal) tendrá objeción ninguna a la suposición de que este mundo no rota, con lo que el aro que representa la órbita de Dawn estará alineado con un meridiano. Comenzaremos mencionando que la órbita de muestreo flota sobre el meridiano de 15 grados de longitud oeste (y, como se trata de un círculo completo, también flota sobre el de 165 grados de longitud este). HAMO estaría levemente girada hasta los 30 grados oeste (y 150 grados este en la parte posterior del globo). Y ahora Dawn se encamina hacia LAMO, que estará a unos 46 grados de longitud oeste (y 134 grados este). El complicado esquema que nos llevará de HAMO a LAMO requiere no sólo reducir la altitud sino también girar el plano de la órbita 16 grados. Hablaremos de cómo se seleccionó este valor una vez que hayamos llegado a LAMO.

Esta diferencia de orientación es un elemento crucial en la estrategia de adquisición de tan rica colección de datos de Vesta. El sistema de propulsión iónica permite que la sonda vuele de una órbita a otra sin el tremendo coste de una enorme carga de propelente. En general, cambiar el plano de la órbita de una nave requiere maniobras muy complejas. De hecho, esa es una de las razones por la que es necesario un motor iónico para viajar desde la Tierra a Vesta (y después a Ceres): porque es necesario cambiar la inclinación de la órbita alrededor del Sol. (Podéis leer una presentación mucho más detallada en el artículo del cuarto aniversario del lanzamiento, junto con una tabla que muestra la evolución de la inclinación de la órbita de Dawn alrededor del Sol.)

Ya que hemos utilizado el globo terráqueo para ilustrar las órbitas, podemos mejorar aún más los detalles para los lectores que quieran tener una imagen mental más precisa de la geometría. Supongamos que Vesta, al que Dawn ha transformado de ser un borrón de luz a un mundo lleno de detalles, tiene 30 centímetros (1 pie) de diámetro. Incluso en este universo en miniatura, el Sol está a 204 kilómetros (129 millas). (¡El espacio es enorme!) Para poder ajustar los alineamientos, supondremos que el Sol está encima (pero muy, muy lejos) del meridiano 0 de nuestro estacionario Vesta. Es importante fijar al longitud del Sol porque las órbitas de Dawn se seleccionaron por su inclinación relativa al Sol. Recordemos ahora que Vesta, al igual que la Tierra, tiene estaciones porque su eje está inclinado. Ahora mismo es verano en el hemisferio austral, por lo que el sol no estará sobre el ecuador sino a unos 25 grados de latitud sur. (El 1 de septiembre, cuando usamos por primera vez esta analogía del globo, el Sol estaba a 27 grados de latitud sur. Desde entonces, se ha movido ligeramente hacia el norte por el avance de las estaciones.) Aunque la posición de la Tierra es irrelevante pare este ejemplo, podemos ubicarla exactamente a 204 kilómetros (129 millas) a 26 grados de latitud sur y 26 grados de longitud oeste.

En este universo Vesta-céntrico la órbita de muestreo es un aro a poco más de 1.5 metros (5 pies) de altura sobre el meridiano de 15 grados de longitud oeste (e, igual que antes, de 165 grados de longitud este en el lado nocturno). Desde esta atalaya se llevó a cabo la primera sesión de cartografía en Agosto. El aro que representa HAMO está a sólo 38 centímetros (15 pulgadas) del meridiano de 30 grados oeste (y 150 grados este). La menor altitud de HAMO nos proporcionó imágenes mucho mejores de la gran variedad de formaciones superficiales que la pasada de reconocimiento desde la órbita de muestreo. Además, como la órbita se había alejado del Sol, la inclinación de la luz sobre el paisaje que la nave observaba era diferente, lo que ayudó a elaborar un retrato más preciso del terreno. Dawn se acerca ahora a LAMO, a menos de 12 centímetros (4.7 pulgadas) del meridiano de 46 grados oeste (y 134 grados este).

Aunque el sistema de propulsión iónico se encarga de la mayor parte del cambio de órbita, los navegantes de Dawn han incorporado otro novedoso sistema de propulsión: han fichado a Vesta. Parte del perfil de impulsión se diseñó para colocar a la nave en ciertas ubicaciones en las que Vesta haría girar poco a poco la órbita hacia el ángulo de LAMO. A medida que Dawn orbita y el mundo a sus pies rota (a diferencia de la imagen estática que hemos usado para visualizar la orientación de las órbitas), la nave experimenta una atracción variable. La gravedad siempre tira hacia abajo, pero debido a la estructura heterogénea del interior de Vesta, producto de su compleja historia geológica, algunas veces se produce una ligera fuerza hacia un lado o hacia el otro. Con el conocimiento que ya tienen del campo gravitatorio, el equipo ha trazado una trayectoria que se aprovecha de estas variaciones para hacer el viaje gratis. Es igual que los marineros experimentados, que no sólo cuentan con los motores de su barco sino que eligen rutas en las que las corrientes conocidas hacen parte del trabajo. Por supuesto, los marineros aprovechan el conocimiento de las corrientes que otros antes que ellos han cosechado. Dawn, en cambio, es el primero que se aventura valerosamente en mares misteriosos que nadie antes ha visitado. Pero las mediciones del campo gravitatorio durante HAMO, aunque se realizaron a mayor altura, proporcionaron suficiente información sobre lo que aguarda en el horizonte como para que los navegantes pudieran aprovechar las corrientes gravitacionales con seguridad. El plan de vuelo de HAMO a LAMO es un complicado arreglo de empuje cuidadosamente cronometrado y vuelo inercial de una precisión no inferior. Impulsada por el motor iónico, la nave vuela hacia una determinada posición en una órbita concreta en un momento determinado, espera un cierto periodo hasta que Vesta la impulsa hacia el siguiente punto de ruta y a continuación vuelve a impulsarse.

Este itinerario se planeó con exquisito detalle mientras Dawn estaba todavía en HAMO, pero es imposible seguir una ruta matemáticamente perfecta. Aunque los navegantes midieron el campo gravitatorio, no pudieron detectar todos y cada uno de sus detalles, por lo que la nave está sujeta a corrientes ligeramente diferentes de lo esperado. Además los encendidos ocasionales de las toberas de la nave y pequeñas discrepancias entre el rendimiento planeado del motor iónico y el real contribuyen también a desviar la trayectoria. Los planificadores de la misión han estudiado en gran profundidad estos y otros efectos y están preparados para compensarlos.

Durante el tránsito en espiral entre HAMO y LAMO, la nave apunta su antena principal hacia la Tierra cada pocos días para que los navegantes puedan determinar su posición con precisión. El tiempo que tardan las señales de radio (limitadas universalmente, como ya todos nuestros lectores saben, a viajar a la velocidad de la luz) en hacer el viaje de ida y vuelta les permite medir la distancia a la sonda. Además, la ligera variación en la frecuencia de la señal, conocida como efecto Doppler, determina la velocidad de la nave. Combinando estas dos mediciones con la mejor descripción conocida del campo gravitatorio y otros datos, y teniendo en cuenta el plan de impulsión y vuelo inercial que la nave lleva abordo, se determina la órbita de Dawn y se calcula dónde estará en un punto determinado del futuro. Durante la mayoría del camino entre HAMO y LAMO este periodo es de tres días, que es justo lo que el equipo de operaciones necesita para ejecutar un complicado conjunto de paso cuidadosamente coreografiados.

Una vez que se calcula dónde va a estar la nave, los diseñadores de la trayectoria actualizan la curva ideal que formularon mientras Dawn todavía estaba en HAMO, incluyendo ahora las discrepancias observadas, y diseñan un nuevo perfil de impulsión y vuelo inercial. A continuación, otros miembros del equipo de operaciones traducen este perfil en una secuencia de comandos temporizados que nuestro explorador robótico llevará a cabo para completar las maniobras. (En Febrero describimos algunos de los desafíos asociados al guiado de la nave a lo largo de esta espiral descendente. Como vimos entonces, la nave incluso tuvo que simular una parte de este complicado vuelo; ahora lo está realizando de verdad, y lo está haciendo con auténtica maestría.)

Mientras todo esto acontece en JPL, Dawn sigue volando alrededor de Vesta, ejecutando el conjunto de instrucciones previo, encendiendo y apagando el motor. Justo según lo previsto, el equipo completa su trabajo, incluyendo las cuidadosas comprobaciones que le aseguran que todos los detalles son correctos, a tiempo de transmitir la nueva secuencia a nuestro aventurero a la vez que la secuencia antigua le ordena apuntar de nuevo su antena principal a la Tierra. Y en cuanto el proceso se completa, vuelve a empezar con una nueva medida de la órbita más reciente de Dawn.

En las partes más dinámicas de la transferencia de HAMO a LAMO, tres días es demasiado tiempo como para que la nave vuele sola sin una actualización del plan, por lo que el equipo tuvo que hacer todo el trabajo en sólo dos días. Gracias a una meticulosa planificación, preparación y ensayos, este trabajo tan complejo se ejecutó con la sobria profesionalidad que ha caracterizado toda la misión. El resultado es que Dawn sigue su curso según lo previsto para comenzar las observaciones científicas en LAMO el 12 de diciembre.

Aunque está muy lejos de su hogar, la nave progresa velozmente en su expedición a un fascinante mundo que, hasta hace muy pocos meses, nunca había visto una sonda de la Tierra. Esta misión tan especial a un lugar diferente de todos lo que se han visitado hasta ahora ya ha producido un fabuloso botín de imágenes y otros datos científicos de incalculable valor. Pronto estará lista para comenzar la siguiente fase de exploración, que revelará aún más detalles de este gigante del cinturón de asteroides. Con paciencia, pero también con ambición, Dawn sondea las profundidades de estas aguas alienígenas, agitando la imaginación y alentando la mente y el espíritu de todos los que, allá en la lejana Tierra, miran al firmamento sobrecogidos o ansían conocer el cosmos.

Dawn está a 240 kilómetros (150 millas) de Vesta. También está a 2.41 UA (361 millones de kilómetros o 224 millones de millas) de la Tierra, o unas 935 veces más lejos que la Luna y 2.45 veces más lejos que el Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 40 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.


Dr. Marc D. Rayman
10:00 p.m. PST del 29 de Noviembre de 2011

- Todas las entradas