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Dawn Mission: Mission > Crónicas de Dawn: 30 de Diciembre de 2010

MISSION

Marc Rayman

Marc Rayman,
Ingeniero Jefe, JPL

Crónicas de Dawn

30 de Diciembre de 2010

Queridos Lectores Dawncumentados,

Dawn termina el año 2010 de la misma manera que lo empezó, impulsándose con su sistema de propulsión iónica en su incesante persecución de un mundo lejano. El año que viene, la sonda llegará por fin a su destino y comenzará con su investigación. Mientras tanto, continúa avanzando pacientemente, pero ahora con una diferencia.

Dawn está equipada con tres propulsores iónicos, aunque se diseñó para usarlos por separado. (La localización y los apodos de los propulsores se publicaron en cuanto la nave se alejó lo suficiente de la Tierra para que nadie pudiera verla.) El impulsor número 3 fue el primero en entrar en acción en la misión e impulsó la nave hasta el 16 de Junio de 2008, en que el propulsor número 1 tomó el relevo. El 4 de Enero de 2010 la nave pasó a impulsarse con el número 2. Hasta entonces, el número 2 había acumulado poco más de un día de operación entre todos los encendidos de prueba. Pero a lo largo de 2010 operó sin ningún fallo durante 304 días y Dawn obtuvo la mayoría de su aceleración este año de dicho propulsor. Aunque el número 2 está diseñado para aguantar mucho más, el 6 de Diciembre los controladores de la misión asignaron la tarea al número 3 como parte de la estrategia de distribuir el trabajo de esta prolongada misión entre los tres dispositivos.

Durante sus largas horas de trabajo este año, el propulsor número 2 consumió menos de 79 kilogramos (174 libras) de xenón. Con una delicadeza exquisita y una eficiencia nunca vista, el propulsor aceleró la nave en más de 2.2 kilómetros por segundo (4 900 millas por hora). Algunos de nuestros lectores mejor dawncumentados recordarán que la velocidad real se ve afectada por la mecánica de la órbita de la nave en torno al Sol. Hemos comentado este efecto aproximadamente 602.2 sextillones de veces (éste es un buen ejemplo), pero aun así el cambio de velocidad es una manera habitual y muy cómoda de medir el efecto de las maniobras de la nave.

El propulsor número 3 había permanecido inactivo durante 2.5 años, esperando con la misma paciencia que demuestra cuando está de servicio. A principios de este mes terminó el descanso; volvió a la vida y operó con la misma fiabilidad de siempre. Impulsa nuevamente la sonda acercándola a su cita de Julio con el extraño y misterioso mundo de Vesta.

Además de asegurarse de que el viaje de Dawn hacia Vesta continúa sin incidentes, el equipo de operaciones ha hecho enormes progresos en la preparación de las detalladas instrucciones que nuestro explorador robótico tendrá que seguir cuando llegué allí. A principios de este año echamos un vistazo a las actividades que la nave llevará a cabo cuando llegue a tan distante puerto y cómo planeará con su motor iónico para situarse en órbita; también vimos las observaciones que realizará durante dos de las principales fases científicas, la órbita de muestreo y la órbita alta de cartografía (High Altitude Mapping Orbit, HAMO). Ahora los ingenieros están preparando las listas de comandos con sus tiempos de ejecución, lo que se denominan secuencias, para la tercera fase científica. Para saber más acerca de ella, todo lo que debéis hacer es esperar un año y leer entonces la descripción de las actividades de la nave. Para los lectores más impacientes, haremos un resumen a continuación.

Desde HAMO, a una altitud de unos 660 kilómetros (410 millas), Dawn tendrá una panorámica excelente de Vesta, suficientemente cerca para observar el asteroide en gran detalle y sin embargo suficientemente lejos para permitir a la cámara científica observar casi toda la superficie de este mundo inexplorado en un mes de campaña cartográfica. Además de usar la cámara para construir mapas globales, el espectrómetro visible e infrarrojo VIR apuntará a determinadas regiones para suministrar aún mayor información sobre los minerales que componen la superficie. Después de completar el trabajo en HAMO, la nave descenderá lentamente para una inspección aún más cercana.

Vimos en Abril que, de la misma manera que nuestro viajero interplanetario ha volado en espiral alrededor del sol en su viaje desde la Tierra hasta Vesta (igual que hará en su travesía de Vesta a Ceres), describirá una espiral descendente alrededor de Vesta cuando el sistema de propulsión iónica lo impulse de una órbita a otra. Aunque la operación del sistema de propulsión iónica es independiente de si la órbita es alrededor del sol o de Vesta, la impulsión tiene muchos otros detalles de gran complejidad. De hecho habrá varias diferencias importantes en la manera en que el control de la misión planea el perfil de vuelo y opera la nave en la transición de una a órbita alrededor de Vesta, y de ello hablaremos en un próximo artículo. También veremos cómo algunas de las propiedades físicas de Vesta, que todavía no se han podido determinar con precisión, afectarán a la naturaleza de la misión. El equipo de operaciones ha estado preparándose a fondo para todas las situaciones que posiblemente nos encontremos en aquel mundo inexplorado.

La altura seleccionada después de que Dawn concluya HAMO es de aproximadamente 180 km (110 millas), más cercana a la superficie que la mayoría de los satélites que orbitan la Tierra. Puede llevar entre seis y ocho semanas transferir la nave de HAMO a la órbita baja de cartografía (Low Altitude Mapping Orbit, LAMO) empleando el delicado empuje del sistema de propulsión iónica. Aunque pueda parecer un tiempo muy largo, una misión a Vesta que se basara en propulsión convencional habría sido inasumible dentro de programa Discovery de NASA, y una misión a Vesta y a Ceres habría sido imposible sin lugar a dudas. En el más estricto sentido de las palabras, el tiempo de transferencia de una órbita a otra es lo más corto posible dada la actual lista de herramientas de exploración cósmica con la que cuenta la Humanidad.

Dawn permanecerá unos dos meses en LAMO, completando una vuelta alrededor del asteroide en aproximadamente cuatro horas. La cámara científica tomará desde este nuevo emplazamiento un gran número fotos, que serán sin duda de gran interés porque proporcionarán, para algunas regiones, mayor detalle que las tomadas en HAMO. Sin embargo, éste no es el objetivo primario de LAMO: las imágenes y las observaciones de VIR serán un bonus muy valioso, pero la investigación más importante provendrá de otras dos áreas.

El Detector de Rayos Gamma y Neutrones (GRaND) llevará en funcionamiento desde la fase de aproximación, pero será en LAMO cuando su resolución será máxima. (A pesar de su nombre, incluso en LAMO, donde GRaND es el primer bailarín, sigue conservando su tierna humildad.) El instrumento está diseñado para detectar los productos secundarios de los rayos cósmicos que inciden en Vesta. Los rayos cósmicos son una forma de radiación de alta energía, compuesta por una variedad de partículas, que está por todas partes en el espacio. Como la superficie de Vesta está expuesta al espacio, los rayos cósmicos golpean el núcleo de los átomos hasta una profundidad aproximada de un metro (una yarda). (La radiación llegaría igualmente a la superficie de la Tierra si no fuera por la protección de la atmósfera y del campo magnético.) Algunos de los rayos gamma y de los neutrones producidos en estas colisiones volverán al espacio con la impronta de los átomos que los originaron. Cuando GRaND esté en LAMO será capaz de captar suficientes de estas partículas para determinar la presencia de muchos tipos de átomos en la superficie. También registrará algunas desintegraciones atómicas.

GRaND es capaz de detectar algunos rayos cósmicos directamente, y así ha venido haciéndolo cada vez que se ha probado en vuelo, lejos de un cuerpo planetario (por ejemplo, aquí). También captó rayos gamma y neutrones procedentes de Marte durante la breve visita de nuestra nave el año pasado.

A diferencia de la luz que la cámara y VIR reciben reflejada por Vesta, que es bastante brillante, las partículas subatómicas que GRaND capta producen una señal extremadamente débil. De igual manera que necesitamos una exposición prolongada para hacer una foto de un objeto poco iluminado, para que GRaND puede hacer una "foto" de Vesta también hace falta mucho tiempo de exposición. Por eso la mayoría del tiempo que Dawn pasará en LAMO se dedicará a apuntar GRaND a Vesta para que mida la energía y otras propiedades de las partículas que emite.

Dawn se diseñó con todos los instrumentos apuntando en la misma dirección. Aunque GRaND sea el instrumento principal, las observaciones simultáneas adicionales de los otros instrumentos (mientras no lo impidan otras limitaciones) contribuirán sustancialmente a mejorar la calidad de los datos recogidos en LAMO.

Además de la composición elemental que proporcionarán las medidas de GRaND, LAMO está pensado para permitir la puesta en marcha de otro importante método para caracterizar Vesta. A medida que Dawn recorre su órbita, su movimiento viene dictado por la atracción gravitatoria combinada de toda la masa del enorme protoplaneta (que depende de la masa y de la distancia). Haciendo mediciones ultrasensibles de la órbita de la sonda (más precisas que las necesarias habitualmente para el control de la navegación en el espacio profundo), los científicos podrán determinar la distribución de la masa que constituye Vesta. Si, por ejemplo, existiera un volumen de roca de mayor densidad enterrado bajo la superficie, aunque los instrumentos no pudieran detectarlo, el incremento de la atracción gravitatoria lo pondría de manifiesto. Dawn aceleraría un poquito más de lo habitual cuando estuviera cerca de esta aglomeración de rocas y frenaría un poco más al pasar de largo. Estos efectos son minúsculos y su medida es extremadamente difícil, pero la visión que nos proporcionarán del interior de Vesta, desde la corteza hasta el núcleo, es un premio que merece tal esfuerzo.

Hay razones suficientes para creer que Vesta, al igual que otros habitantes rocosos del sistema solar interno como el que vuestro corresponsal tiene bajo sus pies, posee una estructura interna compleja. La creencia es que además de la Tierra y Vesta, Mercurio, Venus, la Luna y Marte estuvieron sometidos a altas temperaturas durante su formación, lo que permitió que los minerales en su interior se organizasen en capas de diferente composición. En este proceso, que los geólogos planetarios denominan diferenciación, los materiales más densos tienen tendencia a hundirse, mientras que los más ligeros ascienden hacia la superficie y, a medida que el planeta se enfría, las capas se consolidan en esta configuración. A lo largo de la historia del planeta, existen otros procesos pueden dar lugar a formaciones rocosas de mayor o menor densidad.

Vesta podría ser la reliquia más pequeña del proceso de diferenciación durante la formación del sistema solar, y la información que los científicos pueden obtener estudiando la estructura interior (en combinación con todos los demás instrumentos de Dawn) contribuirá a comprender el proceso de formación de los planetas. Aunque es liliputiense en comparación con los planetas, es brobdingangiano comparado con la mayoría de los asteroides. En el contexto de los mecanismos de formación planetaria, su parentela más próxima son los planetas rocosos que hemos mencionado antes.

Para obtener un mapa suficientemente detallado de la estructura interior, es necesario hacer medidas del movimiento orbital de Vesta sobre toda su superficie. En el fondo, los científicos utilizarán a Dawn para medir las variaciones del campo gravitatorio de Vesta. Para ello son necesarios varios tipos de datos, pero el principal es el efecto Doppler en las ondas de radio transmitidas desde las antenas gigantes de la Red de Espacio Profundo de NASA hacia Dawn, que a su vez devuelve la señal a la antena de partida. Esta técnica se empleó para calibrar el leve empuje de los motores iónicos de Dawn al principio de la misión, y se llevará a cabo nuevamente en Vesta con un cuidado tan exquisito que será capaz de detectar incluso cambios de velocidad tan pequeños como 0.1 milímetros por segundo (1 pie por hora o 1/5000 de una milla por hora). Así que, mientras la nave sobrevuela este mundo alienígena, la cartografía del campo gravitatorio se obtiene no con los instrumentos apuntados a la superficie sino con la antena apuntado a la Tierra.

Es probable que las irregularidades en el campo gravitatorio no sólo nos peritan vislumbrar el interior de Vesta, sino que también perturbarán la órbita de Dawn lo suficiente como para que la nave tenga que maniobrar para devolver su rumbo a las condiciones necesarias para las operaciones. Por eso se prevé que el sistema de propulsión iónica se encienda una vez a la semana durante algunas horas para ajustar la órbita. Los detalles precisos de estas maniobras dependerán de las irregularidades en el campo gravitatorio, que por supuesto no se conocerán hasta que Dawn las mida. Aun así, los ingenieros ya han programado ventanas de operación para las correcciones orbitales y harán los ajustes una vez que hayan tenido la oportunidad de medir la órbita de la nave.

Para poder recoger los datos necesarios para determinar la distribución de los elementos superficiales y del campo gravitatorio, Dawn dedicará a LAMO más tiempo que a cualquiera de las otras fases orbitales de la misión. En las dos fases precedentes, la órbita de muestreo y HAMO, al igual que la cuarta fase, serán objeto de discusión en próximos artículos. A lo largo de su estancia en Vesta, Dawn dedicará la mayor parte del tiempo que esté sobre la parte iluminada de Vesta a recoger datos con la cámara y VIR, y transmitirá su preciosa recolecta sobre el lado no iluminado. Sin embargo, ni GRaND ni las medidas gravitatorias dependen de la iluminación del sol para poder recoger datos, por lo que la operación en LAMO seguirá un patrón diferente. Teniendo en cuenta que una órbita dura cuatro horas, no sería eficiente ni cómodo hacer rotar la nave constantemente para apuntar la antena a tierra o los instrumentos hacia Vesta. En lugar de esto, se ha diseñado el horario de transmisión de modo que permita obtener una buena cobertura global de las dos mediciones principales, transmitir datos cuando la memoria esté llena y respetar muchas otras reglas de operación.

Aunque LAMO será para Dawn la órbita de observación más cercana, no será la última fase de la misión en Vesta. Cuando la nave esté lista para elevar de nuevo su altitud por encima de LAMO, habrá transmitido una enorme pila de valiosísima información que permitirá a los científicos transformar este mundo desconocido en algo familiar. A medida que Dawn vaya retirando el velo de secretos que envuelve Vesta, todos aquellos que buscan la alegría de los nuevos conocimientos, la excitación de la aventura y la exploración, y la satisfacción de los descubrimientos, verán cumplidos sus deseos.

Dawn está a 0.060 UA (8.9 millones de kilómetros o 5.5 millones de millas) de Vesta, su próxima parada. También está a 2.96 UA (442 millones de kilómetros o 275 millones de millas) de la Tierra, unas 1175 veces más lejos que la luna y 3.01 veces la distancia al Sol. Las señales de radio, limitadas universalmente a viajar a la velocidad de la luz, tardan 49 minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

Dr. Marc D. Rayman
9:30 p.m. PST del 30 de Diciembre de 2010

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