Damos por sentado muchas
cosas. En el espacio, es el pan nuestro de cada día contar con los satélites
para todo, desde las comunicaciones, el entretenimiento, los viajes, y la más
importante, el tiempo y el clima. Saber qué tiempo va a hacer es importante
para todos, y los satélites en órbita ayudan a hacer predicciones fiables. En esto,
son básicos los satélites meteorológicos geoestacionarios. Después de acumular
experiencia con ellos durante décadas, a veces surge la pregunta: ¿sería útil
esto en otros planetas?
El concepto de la geoestación
es permanecer orbitando un mundo sobre un punto fijo. En Mercurio sería difícil
por su propia rotación de 58 días y ciclo de día-noche de 176. En Venus, con
una rotación de 243 días, y a la inversa (porque el planeta está boca abajo)
resultaría extremadamente complicado. Pero… ¿y en Marte? Puesto que el planeta
cuenta con una rotación solo 38 minutos superior al terrestre, sería más
factible, pero complicado. Por ello, lo mejor es intentar hacer otra cosa.
Si entender el clima terrestre
es difícil, hacer lo propio en el marciano es muy complicado. Hay que tener en
cuenta que la atmósfera marciana es un 1% del grosor de la terrestre, que es
agredida constantemente por el viento solar, lo que provoca que pierda
moléculas a un ritmo casi constante, que la gravedad marciana es mucho menor
que la terrestre, y que no existen masas de agua, aunque sí casquetes y
acumulaciones heladas, tanto de agua como de dióxido de carbono. A eso hay que
sumarle la notable variación de distancia del planeta al Sol en el perihelio y
en el afelio, y que el planeta recibe, de media, un 50% menos de insolación. Por
mucho que sigamos observando, es difícil sacar patrones. Especialmente complicado
es predecir sus eventos de mayor envergadura: las tormentas globales de polvo. Se
sabe cómo se generan y aproximadamente cuándo (poco después del perihelio,
durante el verano en el hemisferio sur), pero no porque aparecen en un año y
pueden estar sin aparecer casi una década. Ahora que se plantea no solo la
recogida de muestras, sino también el desembarco humano, poder predecir la
meteorología marciana sería todo un paso para garantizar la seguridad de los
astronautas que pisen el planeta, aunque también de los robots que trabajan en
la superficie. Es en este momento en que tenemos más información de la
atmósfera que nunca, con sondas como Mars
Express, MRO o ExoMars TGO tomando datos de su
atmósfera continuamente (básicos son los instrumentos MCS y MARCI del segundo)
y con estaciones meteorológicas en Curiosity
e InSight. Comparando lo que hacemos
en la Tierra, los orbitadores serían como los satélites meteorológicos de
órbita polar como MetOp o los JPSS, mientras que los situados en
superficie actúan como las estaciones que cualquiera podría tener montada en su
propia casa. Para complementarlo, hace falta una perspectiva global, y aquí
entra un nuevo actor que nunca se ha aventurado más allá de la órbita
terrestre.
Allá por el 2014 quedó
sorprendido cuando se anunció que Emiratos Árabes Unidos pretendía mandar una
sonda a Marte. Rascando más información, pronto se desveló que este esfuerzo no
era más que una parte de un programa espacial más extenso, que no solo tiene que
ver con mandar cosas a los cielos, sino que se trata de un plan de inversión a
largo plazo. Los dirigentes del país, conscientes de que su principal fuente de
riqueza, el petróleo, se terminará acabando, necesitan invertir el dinero
conseguido gracias a él para comenzar a sacar recompensas en otros lugares. De este
modo, el programa espacial del país árabe pretende crear una autosuficiencia en
cuestión de todo lo necesario para el espacio, desde un cosmódromo para lanzar
sus vehículos al espacio, un cohete para conseguirlo, y las instalaciones
necesarias para diseñar, construir, probar y controlar los vehículos, así como
instituciones tanto científicas como de ingeniería para plasmar todas estas
ideas en realidad. Como esto no se consigue de la noche a la mañana, han
lanzado a sus jóvenes al mundo para ver y aprender, y cuando vuelvan,
convertirse en los expertos que no solo pongan en pie todo esto, también para
enseñar a las nuevas generaciones lo aprendido para que ellos continúen el
legado. Por ello, la misión a Marte es, hasta cierto punto, una escuela porque,
al carecer de experiencia en algo tan complejo como una sonda interplanetaria,
han tenido que recurrir a instituciones extranjeras, y expertas, para que les
diseñen y construyan la nave que cumplirá el programa científico propuesto, y
en los equipos que se han ocupado de dar forma a todos los aspectos de la
misión, desde los componentes de la sonda hasta la instrumentación,
naturalmente ha habido un alto componente de nacionales de los Emiratos, y al
involucrarse en todas las fases de desarrollo, han aprendido el arte de
convertir un deseo en una realidad. Pues bien, esa realidad está a punto de ser
lanzada.
Técnicamente se conoce esta
misión como Emitares Mars Mission, y su nombre, Al-Amal, esperanza en árabe, no es nada informativo sobre su
misión. En general, con esta misión se buscará entender qué ocurre globalmente
en la atmósfera diurna de Marte, todos aquellos fenómenos que generan la
meteorología a corto plazo y la climatología a largo. Las sondas orbitales son
plataformas excelentes para recabar datos, pero carecen de la cobertura global
necesaria. Hay que recordar que está ahí la misión de ISRO, MOM, pero solo puede ver el planeta en
su totalidad una pequeña parte del tiempo. Además, puesto que esta sonda fue
principalmente un experimento tecnológico, no está preparada para hacer fuertes
investigaciones científicas. Para ello habrá que esperar a su sucesora.
Sin temor a equivocarnos, con
el tiempo Al-Amal se ha convertido
casi en un proyecto internacional. Tanto la idea como el programa científico ha
salido de los Emiratos Árabes, pero la experiencia técnica para el diseño,
desarrollo y construcción de la sonda y la instrumentación ha tenido que
contratarse en Estados Unidos. Lo que es el diseño y la construcción de la
sonda en sí recayó en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de
la Universidad de Colorado en Boulder. La configuración final ha primado la
sencillez por economía principalmente. La plataforma es un prisma hexagonal de
2.37 de ancho y 2.90 de alto, y se ha construido siguiendo las técnicas
habituales, con paneles formados por un núcleo en
forma de panal de abeja,
elaborado en aluminio, soportando láminas de materiales compuestos en sus caras
interiores y exteriores. El interior encierra todo lo indispensable para que la
sonda funcione, aunque lo que sabemos sobre sus componentes principales es
escaso, solo que se ha usado tecnología ya probada en su construcción. Sí sabemos
que su sistema de comunicaciones, basado en una antena de alta ganancia de 1.85
metros de diámetro, situada en su plataforma superior, y tres de baja ganancia,
se conectan al transpondedor de espacio profundo Frontier, desarrollado por el
JHU/APL, también usado en Parker Solar Probe,
con el sistema trabajando en banda-X. Su actitud será triaxial, empleando los
componentes habituales, como dos escáneres estelares, sensores solares, unidad
de medición inercial, y un complejo de 4 ruedas de reacción, complementado por
un grupo de propulsores de ocho proporcionando cada uno una fuerza de 12.5
Newtons. Mientras, para entrar en órbita, contará con seis propulsores más
potentes, entregando cada uno 120 Newtons de fuerza, usando una combinación de
cuatro o los seis para la maniobra de inserción orbital. Sobre la generación de
energía, contará con dos paneles solares de dos secciones cada uno, alimentando
los sistemas de a bordo, y cargando las baterías, probablemente de ión-litio. La
ciencia la entregarán tres instrumentos científicos. EXI, la Cámara de
Exploración de los Emiratos, es un sistema dual, que tomará imágenes de Marte
en luz visible y en el rango
ultravioleta. Los dos canales están montados en
una misma carcasa, aunque cuentan con ópticas separadas. El canal visible
cuenta con un sencillo sistema de de lentes que proporciona una longitud focal
de 51 mm. (f/4.25) sirviendo a un
sensor CMOS de 4096 x 3072 pixels, proporcionando una resolución a la distancia
mínima a Marte de 2.2 km., cubriendo todo el globo marciano. Una rueda de
filtros permitirá seleccionar la longitud de onda a observar: azul (437 nm),
verde (546 nm) y rojo (635 nm). En cuanto al canal ultravioleta, dispone de un
sistema óptico de 48 mm. de longitud focal (f/3.6)
que sirve a un idéntico sensor CMOS, permitiendo una resolución en el perigeo
de 2.3 km. mientras observa Marte globalmente. También cuenta con rueda de
filtros, permitido observar el planeta en tres bandas ultravioleta: 220, 260 y
320 nm. Además, el sistema cuenta con una tapa capaz de abrirse y cerrarse
según las necesidades. Además de captar instantáneas a color del planeta rojo,
desde su alta percha sobre el planeta podrá observar en su totalidad el polvo
en suspensión así como la aparición de espesas nubes levantadas desde la
superficie en luz visible (635 nm) y ultravioleta (220 nm), la formación y
evolución de las nubes de hielo de agua mediante la banda ultravioleta de los
320 nm, y estudiar la abundancia del ozono con la banda de los 260 nm. De
hecho, en estos dos últimos objetivos, EXI se ha diseñado para compartir
longitudes de onda con el sistema MARCI de MRO.
El desarrollo de este instrumento ha sido dirigido por LASP, con contribuciones
del Laboratorio de Ciencias del Espacio de la Universidad de California en
Berkeley y, por supuesto, del Centro Espacial Mohammed Bin Rashid de Dubai.
EMIRS, el Espectrómetro Infrarrojo Marciano de los
Emiratos, se trata de un
sistema interferométrico de transformación Fourier. Es un paquete pequeño, de
50 x 30 x 30 cm., y cuenta con un espejo de apuntamiento como elemento
principal. De ahí pasa a un divisor de haz de diamante al interferómetro, con
una sección óptica fija y otra móvil, hasta que los haces se encuentran en un
conjunto de detectores piroeléctricos 3x3, detectando la luz infrarroja desde 6
a más allá de 40 micrones. El sistema apunta a estudiar las nubes de polvo y de
hielo de agua, seguir el ciclo del agua, observar el estado termal de la
atmósfera y determinar las condiciones fronterizas para la atmósfera baja, y
ello con resoluciones de entre 100 y 300 km. El instrumento será capaz de obtener
aproximadamente 20 escáneres del planeta por órbita, totalizando 60 por semana.
EMIRS entra en la familia de los instrumentos TES, como los que volaron en MGS, los MER y el que vuela en OSIRIS-REx,
convirtiéndole en el sexto en volar al espacio. El desarrollo del aparato ha
sido compartido entre la Universidad Estatal de Arizona y el Centro Espacial Mohammed
Bin Rashid. El último es EMUS, el Espectrómetro Ultravioleta Marciano de los
Emiratos. Consiste en un espectrógrafo de
imágenes de círculo Rowland, en el
que la luz entra en el telescopio, rebotando en el espejo primario, yendo a la
rejilla giratoria del espectrógrafo y, de ahí al detector, un fotocátodo de
ioduro de cesio que actúa como sensor de conteo de fotones y localizador. Registrará
la luz ultravioleta entre los 100 y los 170 micrones, y una abertura de tres
posiciones permite espectrografía con tres resoluciones espectrales distintas:
1.3, 1.8 y 5 nm, y alcanzando resoluciones espaciales sobre Marte similares a
las de EMIRS. EMUS apunta al estudio del escape de oxígeno e hidrógeno de la
atmósfera marciana viendo cómo se comportan entre sí y junto al monóxido de
carbono. Además, buscará medir las características globales y la variabilidad
de la termosfera, y a observar las coronas de hidrógeno y oxígeno. Como EXI, el
desarrollo se ha compartido entre LASP, el Laboratorio de Ciencias del Espacio
de la Universidad de California en Berkeley y el Centro Espacial Mohammed Bin
Rashid. A plena carga en el momento del lanzamiento pesará unos 1500 kg.
Haciendo el proyecto aún más
internacional, se ha recurrido a otro socio distinto para proporcionar los
servicios de lanzamiento. El cohete escogido es el potente vector japonés HII-A, lanzador de dos etapas que ya
tiene experiencia lanzando sondas interplanetarias, como Kaguya a la Luna, Akatsuki
a Venus y Hayabusa2 a Ryugu. Ésta,
sin embargo, será la primera vez que se use para un lanzamiento a Marte, si
bien tiene prestaciones de sobra. El despegue se producirá no antes del día 14,
hora de Japón, desde el Complejo de Lanzamientos de Yoshinobu del Centro
Espacial de Tanegashima, en la isla del mismo nombre. Una vez finalizado el
proceso, Al-Amal volará libre a
Marte.
El crucero, según se afirma,
puede durar unos siete meses, o 200 días, lo que pone su entrada orbital hacia
finales de enero-principios de febrero del 2021, dependiendo de cómo vayan las
cosas. La inserción orbital situará a Al-Amal
en una órbita elíptica, con un perigeo de 1000 km. y un apogeo de 49.000 km. A
partir de ese momento la sonda usará su propulsión para hacer la órbita más
circular, un proceso que puede durar hasta finales de abril, para situarse en
una trayectoria de 20.000 x 43.000 km., inclinada 25º con respecto al ecuador
marciano, tardando 2.25 soles marcianos en completarla, y haciendo coincidir el
perigeo con el cruce del ecuador del planeta. Esta trayectoria es especial, no
solo porque podrá observar el planeta en su totalidad todo el tiempo, sino
porque en la fase cercana al perigeo rotará en sincronía con Marte. Esta curiosa
trayectoria le permitirá ver TODO el planeta, incluyendo los polos.
Entrando en fase científica,
su tarea primaria, de un año marciano de duración, apuntará a ver el ciclo
meteorológico y climatológico del planeta, viendo cómo cambia día a día, semana
a semana, mes a mes, estación a estación. Convirtiéndose casi en un satélite
meteorológico, estudiará las capas atmosféricas, seguirá las tormentas de polvo
que se desarrollen, aunque también ayudará a los estudios actuales sobre la
pérdida atmosférica (realizados por MAVEN),
y la conexión entre las distintas capas atmosféricas. La órbita de Al-Amal cuenta con otro beneficio
añadido: su distancia mínima a Marte coincide prácticamente con la de Deimos,
su satélite más lejano, por lo que cabe la posibilidad de que la sonda sea
capaz de obtener información útil de él, al que no vemos de cerca desde las
sondas Viking. Como suele ocurrir, si
finaliza su misión principal y se encuentra en buen estado, su tiempo en Marte
se ampliará sin duda.
Se une un nuevo actor, con una
misión modesta pero que podría revolucionar cómo entendemos el clima de Marte,
ayudando así a entender el terrestre. Como la primera de la flotilla enviada al
planeta rojo este verano, marcará el camino, tanto para Perseverance, el nuevo rover de la NASA, y la misión china Tianwen-1, que conjuga un orbitador
notablemente instrumentalizado (con una cámara que rivalizará con HiRISE de MRO) y un rover. En cuanto a ExoMars, no les esperéis hasta el 2022.
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