Si hay una palabra que define a la ESA, es la siguiente: innovación. Al ser una agencia sin los presupuestos sin límite que tuvo la NASA en sus primeros tiempos, para sus proyectos lo han tenido que suplir con imaginación e inventiva. Puede que haya tenido en órbita terrestre uno de los mayores satélites de observación de nuestro planeta (el potente ENVISAT) pero en cuestión de sondas espaciales, los presupuestos son restringidos. Aún así, a principios de la década de 1990, la ESA lanzó un programa científico con múltiples objetivos, tanto en el sistema solar como hacia la investigación del universo. Llamado Horizon 2000, incluiría satélites terrestres, sondas cometarias y marcianas (y posteriormente a Venus), así como telescopios de infrarrojos, de rayos X, de rayos Gamma, etc. Había otro lugar que se incluía en este programa, y no era otro que la Luna.
La idea de una sonda lunar partió de la Corporación Espacial Sueca, uno de los colaboradores dentro de la Agencia Europea del Espacio. La propuesta no solo era la de un vehículo que investigara diversos aspectos lunares, sino que también serviría para la prueba de nuevas tecnologías aplicadas a la exploración espacial.
Para esta nueva serie de demostradores tecnológicos, se creó el programa SMART, acrónimo de Pequeñas Misiones para la Investigación Avanzada en Tecnologías. El principal motivo de esta sonda, llamada SMART-1, era el de probar modelos de experimentos de reducidas dimensiones que operarían con la misma eficacia que los tradicionales. Aunque, sin embargo, la mayor carga tecnológica era su sistema de propulsión.
SMART-1 era una sonda de dimensiones modestas. Su caja de electrónica, con unas medidas de 1 x 1 x 1 metros incluía todos los sistemas de control, el motor principal y los experimentos de a bordo. A cada lado, dos largos paneles solares proporcionaban la energía necesaria para alimentar los sistemas de la sonda, además de una envergadura de 14 metros. De tres secciones cada uno, equipaban células solares de arseniuro de galio, más eficientes que las tradicionales de silicio. Estaba estabilizada en sus tres ejes, usando escáneres estelares avanzados, sensores solares y una unidad de medición inercial. Un grupo de propulsores químicos ayudaban a controlar la actitud de la sonda. Comunicaba con Tierra usando nuevos componentes como sistema principal, aunque también poseía un sencillo transpondedor en banda-S unida a una antena de baja ganancia. Lo demás, eran elementos novedosos. El buque insignia de este vehículo era el SEPP, o Propulsión Primaria Solar Eléctrica. Se trataba de un propulsor de energía solar de efecto Hall (nombre técnico Snecma PPS-1350-G), que utilizaba gas xenón como propulsante. Los átomos de xenón eran inyectados en una cámara de descarga con forma de donut, y son atacados por electrones, transformándolos en iones.
Dentro y fuera de la cámara de descarga se montaron bobinas transportadoras de corriente, generando y manteniendo un campo magnético orientado como los radios de las llantas de las ruedas. Mediante el efecto Hall, los iones y los electrones son desviados en direcciones opuestas dentro del campo magnético formando un campo eléctrico, que provoca que los iones sean expulsados por la tobera, para recibir nuevos electrones para anular la carga eléctrica y evitar que los iones regresen al interior del motor, y eso consumiendo 1.350 vatios de electricidad. Si bien el impulso específico era menor que el producido por los cohetes químicos, su eficiencia resultaba enorme, proporcionando con el tiempo un impulso diez veces superior al que se consiguen con los combustibles tradicionales. Su mayor ventaja es que puede operar durante largos períodos de tiempo para que vaya acumulando impulso, consiguiendo velocidades fabulosas. Un tipo de motor parecido ya se había probado, con éxito, en la sonda de la NASA Deep Space 1, demostrando la viabilidad de este tipo de propulsores. La diferencia era que mientras que en la sonda de la NASA fue utilizado para llevar a la sonda primero hasta un asteroide, y luego a un cometa, SMART-1 lo usaría para alcanzar la órbita de la Luna. Para comprobar el rendimiento del motor y tomar datos del sistema, fue montado el llamado EPDP, o Paquete de Diagnóstico del Propulsor Eléctrico, para así asegurar su correcto funcionamiento y para ayudar a diseñar futuros propulsores que incluir en nuevas sondas, y apenas pesaba 800 gramos. Su instrumental científico eran 6 experimentos miniaturizados. El sistema de televisión recibió el nombre de AMIE o Experimento de Micro Cámara Lunar Avanzada, que era una pequeña cámara a color acoplada a una rejilla CCD y un filtro de tres posiciones (para luz amarilla, luz roja, e infrarrojo cercano), para tomar instantáneas de la superficie selenita con una resolución máxima aproximada de 80 metros. El conjunto de la cámara solo pesaba 2’1 kg. Uno de sus espectrómetros era el D-CIXS, o Demostración de Espectrómetro Compacto de Rayos X. Combinaba un telescopio acoplado al espectrómetro, para la detección de los rayos X emitidos por los distintos minerales de la superficie lunar, y especialmente dedicado a la observación de magnesio, silicio y aluminio, aunque también era capaz de detectar, dependiendo de la actividad solar a la que era sensible el aparato, calcio, hierro y titanio. En conjunción con este instrumento, también llevaba el XSM o Monitorizador de los rayos X Solares, para detectar la variabilidad de la actividad solar para ayudar a la tarea del D-CIXS y hacer estudios individuales del Sol. Estos dos experimentos en su conjunto pesaban apenas 5’2 kg. El segundo espectrómetro era el SIR, o Espectrómetro Infrarrojo de SMART-1, se encargaba básicamente de realizar un mapa mineralógico centrado en la olivina y en el piroxeno con 256 longitudes de onda distintas, y apenas pesaba 2’3 kg. También equipaba el SPEDE, o Experimento de Polvo, Electrones y Potencial Energético de la sonda, lo utilizó para monitorizar la exosfera lunar y la cantidad de polvo en el entorno selenita. Apenas pesaba 800 gramos. Y el último era el KaTE, o Experimento de Telemetría, Seguimiento y Control en banda-Ka, se trataba de un sistema experimental de telecomunicaciones de alto rendimiento para el envío y retorno de datos de alta velocidad, además de para realizar las funciones radio científicas en la órbita lunar a través del experimento RSIS (Investigación de Radio Ciencia de SMART-1). Todo este sistema pesaba 6’2 kg. Otros componentes interesantes eran elementos tecnológicos puestos a prueba en la misión. Junto con KaTE, el motor iónico y el SPDP, cargaba dos interesantes elementos. Laser Link era un sistema de comunicaciones mediante un emisor láser que disparaba pulsos para que estaciones en Tierra especialmente preparadas recibieran esta emisión, en este caso, a una estación óptica situada en Tenerife. Las comunicaciones con láser son enormemente atractivas, pero problemáticas para una misión de espacio profundo. Con este experimento, y contando con AMIE como aliado, se esperaba poder dirigir el haz láser directamente a la estación de Tierra. OBAN, Navegación Autónoma de A Bordo, podría decirse que es el hermano europeo de AutoNav, desarrollado para las sondas americanas. Este complejo programa informático usaría toda la información a su alcance (a través del sistema de control de actitud) en conjunción con AMIE para que la propia sonda administrara su navegación durante todo el viaje hacia la Luna. De esta manera, la cámara de SMART-1 adquiriría imágenes de la Tierra, la Luna y de asteroides en el fondo estelar para poder establecer su posición y actuar en consecuencia. La masa total de SMART-1 en el momento del lanzamiento era de 370 kg, siendo 82 los correspondientes al combustible de xenón.
SMART-1 fue construida, ensamblada y realizó todos sus tests ambientales en las instalaciones de Saab Space situadas en Linköping, Suecia. Posteriormente, fue embarcada rumbo a Kourou para su lanzamiento a bordo de un Ariane 5, en compañía de dos satélites de telecomunicaciones, debido a las reducidas dimensiones de los tres vehículos y gracias a las tremendas capacidades del lanzador francés. Finalmente el lanzamiento se produjo el 27 de septiembre del 2003, y tras 42 minutos del proceso, SMART-1 quedó en una órbita de transferencia geoestacionaria de 7.035 x 42.223 km. de altitud sobre la Tierra. Entonces, llegó el momento de actuar para el motor iónico.
Para alcanzar la órbita lunar, iba a realizar a lo largo de dieciséis meses múltiples órbitas en combinación con el uso del motor iónico durante aproximadamente un tercio del tiempo de cada órbita en el perigeo. Aprovechando el impulso provocado por el motor iónico y el tirón gravitatorio terrestre, dedicaría ese tiempo para elevar el apogeo de la órbita hasta hacerla coincidir con la de la Luna, hasta dejarse atrapar por la gravedad selenita. Durante el tiempo de viaje, tuvo oportunidad de que sus experimentos funcionaran a modo de calibración, incluyendo las primeras imágenes de la cámara AMIE, enseñándonos tanto África como América del Sur en blanco y negro, y demostrando unas extraordinarias capacidades.
Llegado el mes de noviembre del 2004, dos meses antes de lo previsto gracias a la eficacia del motor iónico, SMART-1 había alcanzado un apogeo que la colocaba en la posición idónea para ser capturada por la gravedad lunar. Así, el 11 de noviembre llegó al punto Lagrange 1, en las cercanías de la Luna, entrando en su esfera de influencia. Posteriormente, el 15 de noviembre realizó su primer periselene, para luego completar su primera órbita lunar, altamente elíptica, a unas altitudes de 6.704 x 53.208 km., tardando unas 129 horas para completarla. Una vez confirmada su órbita, el motor iónico fue usado para decrecer la órbita de SMART-1 para adoptar la de trabajo. Al tiempo, comenzó a usar sus experimentos para la observación selenita.
Tras un período de tres meses, en febrero del 2005 fue aprobada una extensión de sus operaciones hasta agosto del 2006, posteriormente alargado hasta el mes de septiembre de ese año para combinar sus estudios con observaciones realizadas desde Tierra. No solo consiguió tomar desde su órbita imágenes sobresalientes, sino que detectó depósitos de calcio en el Mare Crisium.
Poco combustible quedaba en el depósito, y la financiación del proyecto se estaba consumiendo. Así, se preparó su tosco fin de misión para el 3 de septiembre del 2006. Mientras, fue bajando su órbita para ofrecer en sus imágenes detalles sorprendentes de la superficie lunar. Finalmente, su labor concluyó estrellándose contra la superficie selenita aproximadamente en las coordenadas lunares 34º 24’ S, 46º 12’ W, y pudo ser visto desde el continente americano y las islas del Océano Pacífico.
Los logros de esta diminuta sonda son más tecnológicos que científicos. SMART-1 ha sido uno de los mayores alardes tecnológicos de la ESA, demostrando que con pocos recursos e instrumentos se pueden conseguir resultados comparables a los de vehículos mayores. Pero sobre todo, el excepcional funcionamiento del motor iónico permitió que SMART-1 adoptara de manera tremendamente eficiente una órbita lunar mediante la cual realizar operaciones científicas. Durante todo su tiempo de misión, el motor iónico acumuló unas 5.000 horas de operación continua sin ningún problema. Fue tal el éxito cosechado por este sistema que el actual satélite de estudios de gravedad terrestre GOCE (que ha confeccionado el más preciso mapa de gravedad terrestre del momento) de la ESA montó una evolución de él, y en el futuro el proyecto europeo-japonés para la exploración de Mercurio BepiColombo, para su largo viaje hacia el primer planeta, montará el llamado MTM, o módulo de transferencia a Mercurio, que equipará tres motores iónicos con sus correspondientes paneles solares, que transportará a las dos sondas para el estudio mercuriano hasta allí a partir del 2014.
Por último, el éxito en las operaciones científicas de SMART-1 llevó a la ESA a contribuir en la misión lunar hindú Chandrayaan-1 con tres experimentos, siendo dos de ellos versiones mejoradas de dos usados en el pequeño demostrador tecnológico (SIR-2 y CIXS), que operaron maravillosamente hasta que la deficiente protección termal del vehículo hindú acabó con las electrónicas de control tras 312 días de operación selenita.
Y si queréis conocer otros alardes tecnológicos de la ESA, existe el programa PROBA, primo hermano del SMART, que está cosechando resultados realmente impresionantes.
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