Ventana al Espacio (LXIII)

Eclipse solar, 28 de febrero del 2014, desde SDO

Las Próximas Misiones a Marte: MOM

Antes que nada, disculparnos. Disculparnos porque hemos empezado a conocer muy recientemente la astronáutica hindú por lo que sabemos de ella es bastante limitado. Varias cosas sí sabemos. Por ejemplo, sabemos que en 1963 abrieron una instalación de lanzamiento de cohetes de sondeo atmosférico, y a partir de la experiencia obtenida (propia y ajena) se dieron cuenta que la mejor manera era hacerlo desde el espacio. Por ello el ISRO, la Organización de Investigación Espacial de la India, diseñó su primer satélite, llamado Aryabhata, dedicado a astronomía de rayos X y aeronomía, y lanzado por su asociada la Unión Soviética en 1975. Este satélite no tuvo fortuna, pero demostró la capacidad técnica y científica hindú. Además de diseñar y construir más satélites, decidieron comenzar a desarrollar cohetes propios para lanzar sus satélites. A medida que iban ganando experiencia establecieron instalaciones de investigación tanto tecnológica como científica. Pronto ISRO se convirtió en una agencia especializada en misiones de observación terrestre y satélites de comunicaciones, y solo les faltaba tener un lanzador propio, cumpliéndose el sueño el 20 de septiembre de 1993. Aunque la misión fracasó, las lecciones aprendidas fueron enriquecedoras y, salvo un fallo parcial, el primer lanzador hindú tiene un registro de éxitos formidable: de 25 lanzamientos, 23 éxitos hasta la fecha. Los primeros éxitos de este cohete provocó que ISRO tomara dos decisiones: ofrecerlo al mercado mundial de lanzadores, y acometer su primera misión de

espacio profundo. El resultado fue la célebre misión lunar Chandrayaan-1. Lanzada el 22 de octubre del 2009, fue la última de las tres misiones asiáticas a la Luna, y cargaba con cinco investigaciones científicas indígenas (TMC, HySI, LLRI, HEX y MIP) acompañadas por seis extranjeras (M3 y Mini-SAR de la NASA, C1XS, SIR-2 y SARA de la ESA y RADOM de la Academia de Ciencias Búlgara). Entró en la órbita lunar el 8 de noviembre de ese año, y tenía por delante una misión primaria de dos años, pero después de 312 días en el espacio enmudeció. Una deficiente protección termal había acabado con el hardware de Chandrayaan-1, pero en el intervalo proporcionó información nueva sobre la Luna, siendo sin duda lo más relevante la detección directa de vapor de agua en el entorno lunar. Con las lecciones anotadas, comenzaron a realizar estudios para una posible misión a Marte. Después de finalizar el estudio, las autoridades del país apoyaron entusiásticamente el proyecto y fue autorizado el 3 de agosto del 2012. Lo que sonaba como rumor se convirtió en realidad.

La intención de ISRO era lanzar su misión marciana en la primera oportunidad disponible, y como habréis visto, apenas tuvieron un año y tres meses desde la autorización y el lanzamiento. Muchos (un servidor incluido) dudaban que fueran capaces de cumplir un calendario tan apretado, por lo que aseguraban que tendrían que esperar hasta la ventana marciana del 2016. Pues dando una bofetada en la boca de todos los que dudaban, la nave espacial fue acabada y lanzada a tiempo.

Todo el mundo, tras la noticia de la autorización, comenzó a llamar este proyecto como Mangalyaan, o Nave Marciana en sánscrito, y ahí tampoco acertaron. La sonda recibe el anodino acrónimo de MOM, Misión del Orbitador Marciano. Hay que decir que del proyecto a lo que realmente se ha colocado en el espacio ha habido varias diferencias. La principal es el lanzador. Para esta misión ISRO pretendía usar su segundo, más moderno y potente lanzador GSLV, sin embargo este lanzador tuvo que ser quitado del calendario de lanzamientos por los repetidos fallos, en especial el penúltimo, en el que usaba por primera vez una etapa superior criogénica totalmente diseñada y construida en la India (las anteriores eran de diseño ruso). A modo de detalle, este lanzador ha vuelto al servicio, y esta vez esta etapa criogénica indígena cumplió su papel con nota alta. A causa de perder el GSLV, el único en ser capaz de colocar un vehículo espacial en ruta de escape terrestre, tuvieron que recurrir al menos potente pero más fiable PSLV. Esto provocó que la sonda perdiera instrumentación científica y ganara combustible, teniendo que cumplir un plan de vuelo similar al seguido por Chandrayaan-1 para llegar a la Luna.

La clave de la rapidez de la construcción de MOM ha sido la disponibilidad de piezas de repuesto de otros proyectos, tanto de satélites terrestres como de la nave lunar. Su estructura es una estructura cúbica de aproximadamente 1.5 metros de lado elaborada en aluminio y materiales compuestos, y se basa en el bus I-1 K usado en satélites geoestacionarios y en Chandrayaan-1, y de él nacen dos apéndices en lados opuestos de la estructura. La infraestructura informática es la básica usada en sus muchos proyectos centralizada en un procesador MAR31750, una variante del 1750A usado en Mars Global Surveyor y Mars Express, y dispone de dos grabadores de datos con capacidad de 16 gigabits de información cada uno. Está estabilizado en sus tres ejes, empleando en su orientación una unidad de referencia inercial con acelerómetros y giróscopos, dos escáneres estelares, un grupo de sensores solares (uno en el panel solar y 9 en la estructura) y ruedas de reacción. La propulsión se basa en sistemas también masivamente usados en proyectos anteriores. El motor principal recibe el nombre de LAM, Motor Líquido de Apogeo, y entrega potencia suficiente para la inserción en órbita marciana. Para esta misión ha sido modificado para poder encenderse después de casi un año de viaje. En cuanto a los propulsores de maniobra, cuenta con ocho de menor potencia que complementarán a las ruedas de reacción y proporcionarán el cambio de velocidad y rumbo durante las maniobras de corrección camino de Marte. Su sistema de comunicaciones resulta ser un sistema muy sencillo: un transmisor-receptor de banda-S (ISRO tiene capacidad de banda-X, como demostró Chandrayaan-1), que ha sido montado más por llegar a la fecha de lanzamiento que por carecer de sistemas más

potentes. Este sistema está conectado a una antena de baja ganancia, una antena de media ganancia, y a una antena de alta ganancia de 2.2 metros fija sobre la estructura. Este sistema permite que, en los momentos óptimos de alineamiento entre la Tierra y Marte, el ratio de transmisión de datos sea de 40 kbps., poco comparado con los hasta 6 Mbps. de MRO.  En el lado opuesto se encuentra el único panel solar de MOM. Mide 1.8 x 1.4 metros, rota sobre un eje y dispone de tres secciones, alimentando una batería de ion-litio. En cuanto a la protección termal, está compuesta por mantas multicapa, calentadores eléctricos y radiadores. Su instrumentación está compuesta por cinco experimentos científicos indígenas. Su sistema de televisión recibe el nombre de MCC, Cámara a Color de Marte. Se trata de un sistema muy ligero (apenas 1.27 kg.) equipado con un sistema CCD y un filtro Bayer para hacer imágenes a todo color de la superficie marciana. Básicamente es un instrumento de campo medio capaz de obtener secuencias del planeta con una resolución máxima de 25 metros, mientras que en el apogeo es capaz de observar todo el globo marciano. Entre sus objetivos también está el adquirir imágenes de las dos lunas marcianas a distintas resoluciones, monitorización atmosférica, así como contexto para los otros instrumentos. Equipa un experimento para estudios mineralógicos llamado TIS, Espectrómetro de Imágenes de infrarrojo Termal. Este instrumento, la verdad, hará el mismo trabajo que han hecho los sistemas TES de

Mars Global Surveyor y THEMIS de Mars Odyssey: la cartografía de la superficie marciana, así como de las lunas marcianas, en infrarrojo termal, tanto en luz diurna como en la oscuridad. Lo interesante de TIS es que recurre a una tecnología de detectores que no necesita refrigeración activa, lo que simplifica enormemente su operación. Otros dos experimentos tienen como labor examinar la atmósfera. LAP, Fotómetro Lyman-Alpha se trata de un sistema basado en una célula de absorción enganchado a un tubo fotomultiplicador. Escaneando a través de la importante línea de absorción ultravioleta situada a 121.6 nanómetros, la sensible al hidrógeno, pretende estudiar la relativa abundancia de hidrógeno e hidrógeno pesado (también conocido como deuterio) en la atmósfera de Marte, así como averiguar el ratio de deuterio a hidrógeno como indicador del agua perdida a lo largo de la historia del planeta. Este es el segundo instrumento de este tipo enviado al planeta rojo después del colocado en la sonda soviética Mars 5. MSM, Sensor de Metano para Marte, supone

una interesante primicia en la exploración de nuestro vecino. Su propósito es confirmar o descartar el descubrimiento realizado por Mars Express: que existe una pequeñísima, pero detectable, cantidad de metano en la atmósfera marciana. Si este instrumento infrarrojo lo detecta, será capaz de calcular la abundancia con una exactitud de partes por billón y cartografiar sus fuentes. Por ello se adelanta a la exclusiva misión ExoMars TGO de ESA/Roscosmos (prevista para su lanzamiento a principios del 2016) en cuanto a la búsqueda de este gas importante tanto para la biología como para la geología. El último es MENCA, Analizador de Composición Neutral de la Exosfera Marciana, es un espectrómetro de masa cuádruple con la misión de descubrir la composición y relativa abundancia de gases neutrales en la exosfera marciana. Resulta similar en estructura y objetivos al NGIMS de MAVEN, y harán ciencia correlacionada ya en órbita. Con la carga de combustible y lista para el lanzamiento, MOM declaraba una masa de 1340 kg.

Su lanzamiento se programó para el 28 de octubre del 2013, pero se pospuso al 5 de noviembre para dar tiempo a los buques equipados con instrumentación de seguimiento a colocarse en sus puestos en el Océano Pacífico. El lanzador fue el PSLV-XL, la variante más potente de este tipo,

cuyo primer vuelo había sido el de Chandrayaan-1. La fecha se cumplió, y el cohete se elevó estupendamente, y aunque las tres primeras etapas proporcionaron algo más de energía de la prevista, la cuarta etapa entregó MOM en la trayectoria geocéntrica prevista. El PSLV es el primer lanzador desarrollado y producido por la India, y alterna etapas sólidas y líquidas, siendo la primera una de las mayores etapas de cohete de combustible sólido del mundo. Además de las cuatro etapas (habitual en los PSLV) porta seis aceleradores de combustible sólido. Todos los lanzamientos realizados usando tanto el PSLV como el GSLV se hacen desde el Centro Espacial Satish Dhawan, ubicado en la isla de Sriharikota.

El objetivo del lanzamiento era colocar a MOM en órbita de transferencia geoestacionaria, a partir de la cual emplearía su motor principal en el perigeo para ir aumentando progresivamente su apogeo. Estaban previstos cinco encendidos para modificar su apogeo de casi 24.000 km. sobre la Tierra a unos 200.000 km. Las tres primeras maniobras (días 6, 7 y 8) se completaron sin problemas. La cuarta, el día 10, fue más corta de lo proyectado. En aquellos momentos estaban probando los sistemas redundantes del motor LAM y parece que la configuración en la que se encontraba no era aceptable para el ordenador de a bordo, que canceló la maniobra. Tras reconfigurar los sistemas de control de acuerdo con la experiencia obtenida, se tuvo que realizar una maniobra suplementaria (día 12) que proporcionó el resto del cambio de trayectoria deseado. Después, el 15, llegó la última maniobra que la colocó en el apogeo buscado, y allí se quedó dos semanas hasta que la alineación planetaria fuera óptima. Ese tiempo lo dedicó a la

prueba del resto de sistemas de a bordo, incluyendo su instrumental científico, y de esas pruebas tenemos la única imagen realizada por la sonda que ha sido publicada hasta ahora, mostrando de lo que será capaz una vez en Marte. Llegado el 30 de noviembre, el motor LAM se encendió una última vez para iniciar la trayectoria marciana, maniobra completada con enorme éxito.

No hace falta decir que MOM es el vehículo hindú que más lejos ha ido de la Tierra, y en su camino hacia Marte ya ha realizado una maniobra de corrección de rumbo (11 de diciembre). Le esperan tres más, una este mes, otra en agosto y una última a pocos días de

entrar en órbita. De momento el viaje de crucero está siendo bastante tranquilo, con poca información acerca de sus actividades, aunque bueno, pocas o ninguna noticia suelen ser buenas noticias. Si todo va bien, MOM entrará en órbita marciana el 24 de septiembre, dos días después de MAVEN. La órbita escogida para el orbitador hindú será elíptica, con un perigeo de 365 km. y un apogeo de 80.000 km., inclinada sobre el ecuador del planeta 150º. Si lo consigue será la cuarta organización astronáutica en lograrlo (recordemos que el Japón lo intentó con Nozomi y China con Yinghuo-1).

Los objetivos de esta misión, como los de su proyecto lunar, son eminentemente tecnológicos. ISRO quiere probar su capacidad de diseñar y construir un orbitador marciano capaz de sobrevivir a un largo viaje de crucero de más de 300 días, ejecutar su inserción orbital y operar en órbita marciana, su capacidad de seguimiento de una sonda de

espacio profundo con instalaciones propias (ISTRAC), de navegar una sonda de la Tierra a Marte, y de planificar y dirigir sus operaciones. Aunque la más importante será la de probar características autónomas para manejar situaciones de contingencia, en esencia un software capaz de responder ante cualquier problema sucedido a bordo sin asistencia de los ingenieros en la sala de control debido al gran retraso en el tiempo de viaje ida y vuelta de las comunicaciones, que puede ser de un máximo de 42 minutos. Los objetivos científicos no son tan específicos: en esencia estudiar la geografía, morfología, topografía, mineralogía y la atmósfera marciana con instrumentos desarrollados en instituciones hindúes.

No queremos ser gafes, pero esta situación (emplear componentes preparados para órbita terrestre para una sonda de espacio profundo) nos recuerda a lo acaecido en las cercanías de Marte en agosto de 1993. Sí, nos referimos a Mars Observer. La primera misión marciana de la NASA después de Viking usó en su mayoría mucha tecnología usada en satélites de observación terrestres, y se afirmaba que este empleo en un proyecto de espacio profundo provocaría un ahorro de costes (que no se produjo, por cierto) que haría las misiones más allá del sistema Tierra-Luna una alternativa barata. El caso es que una válvula se rompió en pleno proceso de presurización del sistema de combustible, un procedimiento normal antes de encender un motor para cualquier tipo de maniobra, que se hacía con el transmisor apagado. Debido a ello, nunca volvimos a saber de ella, y ahora es un derrelicto flotante en órbita solar. Como hemos dicho, gran parte del hardware de MOM es adaptado del usado en satélites terrestres, incluyendo el importante motor principal LAM. Aunque es capaz de un tiempo de servicio de más de 11.000 segundos, nunca ha sido sometido a una prueba tan dura. Para garantizar su funcionamiento han añadido toda una serie de sistemas no solo por duplicado, sino que por triplicado, incluyendo toda una serie de válvulas que se pretenden usar para la inserción orbital. No decimos que vaya a ocurrir, decimos que el precedente está todavía muy cercano. Desde aquí le mandamos a MOM toda la suerte que tengamos por aquí.

Nos imaginamos lo que estáis pensando: ¿cómo es posible que la India tenga un programa espacial? Este no es el lugar para hablar o debatir de esas cosas. Este es un lugar en el que hablar de astronomía y astronáutica, y no nos importa de donde venga, siempre es bienvenida. Y si MOM llega a Marte con éxito, lo aplaudiremos y lo remojaremos sin dudar.

¿Por qué redactar esto ahora y no antes del lanzamiento? Bueno, si miras al cielo, es posible que encuentres un punto rojo prominente en el cielo. Eso significa que este mes Marte está en oposición, por lo que la distancia entre nosotros y el planeta rojo es mínima. Si tenéis un telescopio a vuestro alcance, no perdáis oportunidad.