Phoenix, un tributo

miércoles, 24 de agosto de 2022

Las próximas misiones a la Luna: LunaH-Map

El problema del agua es el primero que se quiere resolver cuando se planea el retorno del ser humano a la Luna. ¿Hay de verdad? Si la hay, ¿cuánta? Ambas, muy buenas preguntas, que se están intentando responder incluso hoy. De hecho, el tema del agua en nuestro satélite data de hace casi treinta años, cuando la sonda Clementine creyó detectarla.

La clave radica en una técnica llamada espectrometría de neutrones. Consiste en la interacción de los rayos cósmicos con una superficie sólida y sus componentes. De ellos, el hidrógeno reacciona a la agresión de esta forma de partículas muy energéticas emitiendo neutrones llamados epitermales. Esos son la pista de que existe hidrógeno y, se asume, agua. En forma de hielo, al menos. El primer espectrómetro de neutrones voló en Lunar Prospector, y desde entonces, ha volado a lugares del sistema solar como Marte, Mercurio y el cinturón de asteroides. Incluso ahora, hay uno que funciona en órbita selenita.

Los espectrómetros de neutrones, como sus hermanos de rayos gamma, tienen un problema: su resolución. Para obtener buenos datos, puesto que existe mucha radiación de fondo que entorpece sus labores, necesitan tener un campo de visión ancho. Eso significa que, a mayor altitud sobre el cuerpo orbital, más cobertura y menos resolución. En el caso lunar, los diversos estudios hechos por espectrometría de neutrones han dado mapas con resoluciones muy bajas. Gran parte de las zonas se concentran en las llamadas regiones en sombra permanente, pero no son exclusivas. Otras misiones, como LCROSS o Chandrayaan-1 desde cerca, y Cassini o Deep Impact desde lejos, han detectado materiales hidratados o incluso agua.

La primera parte del programa Artemis de la NASA radica en la cuantificación de esos recursos. El agua es un elemento crucial: para los astronautas (beber y respirar) y para los cohetes (combustible). Según los datos que tenemos, la mayor cantidad se concentra en el polo sur y sus regiones en sombra permanente. ¿Por qué? ¿Cómo llegó allí? ¿Cuánto aguantará? Estas son preguntas para otras misiones.

La misión del Cartógrafo Lunar de Hidrógeno Polar, o LunaH-Map es la de cuantificar cuánto hay. Pero al ser un satélite diminuto, tipo Cubesat, sólo se centrará en la región con más posibilidades: el polo sur selenita. Esta misión pertenece a una nueva serie de misiones de exploración del sistema solar, denominado SIMPLEx (Pequeñas Misiones Innovadoras para la Ciencia Planetaria), abierto para cubrir las necesidades de aprovechar al máximo las prestaciones de los cohetes que envían misiones de espacio profundo. Con lanzadores como el Atlas V, el Falcon 9, el Ariane 5 o los futuros Vulcan y Ariane 6, estas misiones al sistema solar no aprovechan el pleno rendimiento de sus cohetes. Por lo general, queda un exceso que puede ir de  los cien kilogramos a la tonelada. Por ello, para aprovechar esta capacidad extra, la NASA buscó ideas de misión que pudieran encajar en esos espacios. SIMPLEx sigue la filosofía de su hermano mayor Discovery, pero llevada al máximo: sondas muy pequeñas, con objetivos muy, muy enfocados, sin renunciar a interesantes desarrollos tecnológicos. Sólo tienen una pequeña pega: están a merced de la carga principal. Si hay algún problema con ella (o con el lanzador, que tampoco se puede descartar), todo el perfil de misión de las sondas secundarias habría que reformularlas. Por ello, se han diseñado, también, con un alto grado de flexibilidad en lo que a planificación se refiere. Serán misiones secundarias, sí, pero su ciencia será de primera clase.

LunaH-Map se basa en una arquitectura de Cubesat 6U, con la ya clásica forma de 10 x 20 x 30 cm, conteniendo en su interior todo lo necesario para funcionar. Todo a bordo es compacto y ligero. Para su construcción, se ha recurrido a elementos comerciales y tecnologías innovadoras. Por ejemplo, conjuga su ordenador principal y su sistema de control de actitud en un único paquete. Es el sistema XB1-50, producido por la firma Blue Canyon Technologies. De dimensiones comedidas, apenas ocupa 10 x 10 x 13 cm y una masa de 1.3 kg. La parte del ordenador gestionará las operaciones de forma autónoma, funcionando con una versión del software de la usada en MarCO. Cuenta con dos tarjetas SD de ocho
gigabytes para almacenamiento, una de ellas como repuesto. En cuanto al sistema de control de actitud, cuenta con tres ruedas de reacción, un escáner estelar y otros elementos para proporcionar un control firme y estable. Para comunicar, usará el transpondedor Iris, conectado a cuatro antenas, siendo capaz de transmitir a distintas velocidades de entre 62.5 bits por segundo a 128 kilobits por segundo. En cuestión de energía, cuenta con dos paneles solares de cuatro secciones, generando la energía suficiente como para funcionar, y al tiempo cargar la batería de a bordo. Los paneles solares rotan, así siempre generarán la energía suficiente. Lo más interesante en el plano tecnológico es el uso de impulsión iónica. El sistema elegido es compacto, ligero y de alto rendimiento. Producido por la firma Busek, el motor iónico BIT-3 es una versión miniaturizada de los
usados en sondas como Deep Space 1 o Dawn. Su tobera cuenta con un diámetro de apenas tres centímetros, no usa un cátodo para inyectar electrones en su cámara de conversión, sino que usa radiofrecuencias y descarga de plasma inductivamente acoplado y, sobre todo, ioduro sólido como combustible. Todo el aparataje ocupa 180 x 88 x 102 milímetros, con una masa de 2.9 kg incluyendo el combustible. Funciona de forma no muy diferente a la de otros motores iónicos, aunque es más sencillo: el ioduro se mantiene en un depósito rodeado de calentadores y sensores de temperatura. Se aplica calor, y el ioduro se empieza a convertir en gas. Una serie de conductos y válvulas, previamente calentados para evitar condensación, llevan el ioduro gasificado tanto a la cámara como al neutralizador. Una unidad de procesado de energía en miniatura y altamente eficiente controla en funcionamiento. El empuje inmediato es escaso, nimio, yendo de 0.64 milinewtons a 1.23 (lejos de los 92 del NSTAR), con consumos energéticos que van de entre 55 vatios a ochenta. Pero como motor iónico, su ventaja es su capacidad de funcionar durante largos periodos, por lo que con el paso de los días, semanas, meses… será capaz de acelerar la sonda hasta los 2.5 km/s. Aún más: cuenta con un sistema pivotante para gestionar la dirección del empuje en dos ejes, moviéndose 10º en cada dirección. Como su único sistema de propulsión, servirá para grandes cambios de velocidad y desaturación de las ruedas de reacción. En cuanto su control termal, es el típico, pero con mayor necesidad de disipación de calor por su motor iónico. Sólo porta un instrumento llamado Mini-NS, o
Espectrómetro de Neutrones en Miniatura. Se aloja en un paquete de 25 x 10 x 8 cm con una masa de 3.4 kg. Se ha recurrido a nuevos materiales para dar forma a su sistema detector. Es un sistema tipo centelleador, usando por primera vez en el espacio cristales de elpasolita o CLYC. En total, cuenta con dos bloques de detectores de 4 x 6.3 x 2 cm cada uno, con cuatro pequeños cristales por bloque, conectados a tubos fotomultiplicadores. Para hacerlos sensibles a los neutrones epitermales, además, están protegidos por una capa de gadolinio (0.5 mm. de grosor). Su área total de detección es de 200 centímetros cuadrados, registrando neutrones de energías entre 0.3 eV y 10 keV, cubriendo áreas de hasta 15 km cuadrados. El sistema, además, cuenta con su propia memoria de a bordo. Con todo montado, su masa no superará los 14 kg.

Si todo va bien, se lanzará junto con la primera nave Orion el próximo día 29, en el primer vuelo del coloso SLS. Una vez en el espacio, LunaH-Map se separará a una altitud sobre la Tierra de unos 70.000 km, evitando lo peor de los cinturones de radiación.

Su camino a la Luna será largo y tortuoso. Al principio, tirará hacia el punto L2, con un sobrevuelo lunar cinco días y medio tras su despliegue, acercándose a menos de 3000 km. de su superficie. Después, retornará, aprovechando el límite de estabilidad débil para llegar con baja velocidad y baja energía hasta Selene y entrar en su órbita. Así, se situará en una suerte de espiral alrededor de la Tierra con una distancia mínima superior a los 100.000 km. En este tiempo hasta la inserción orbital, usará su impulsión iónica para situarse en posición antes de entrar en órbita. Esta fase puede llevar un mínimo de dos meses. Una vez en una órbita estable y firme, arrancará su etapa más larga de misión, la de bajar a la de trabajo. Por supuesto, el motor iónico será básico para ello, realizando espirales para ir bajando gradualmente y alcanzar su trayectoria elíptica final. Durando más de un año, o incluso más, puede
incluir muchas variaciones, incluso situarse en una órbita circular como fase previa al descenso final. Su trayectoria de trabajo será muy curiosa, con apogeo de más de 3000 km., y un perigeo sobre el polo sur lunar que puede variar entre los 20 y los ocho kilómetros, obteniendo así datos de alta resolución. Esta fase científica puede llegar a durar unos 60 días, o más si aguanta el combustible, para acabar colisionando deliberadamente con la Luna cerrando la misión.

Apuntar al polo sur es apuntar a las regiones en sombra permanente donde más señal de hidrógeno se detecta. Y con la muy baja altitud sobre esta zona, se confía en alcanzar una resolución lo suficientemente alta como

para poder apuntar a zonas específicas y cuantificar su cantidad.

Paquete pequeño, gran responsabilidad. Lo mejor será que nos pongamos cómodos.

No hay comentarios:

Publicar un comentario