Lanzamiento de la sonda lunar LADEE (Minotaur V)

¿Está la Luna rodeada de una fina atmósfera de polvo? Para averiguarlo, hoy 7 de septiembre de 2013 ha despegado la sonda LADEE de la NAS. El lanzamiento tuvo lugar desde la rampa LA-0B del Mid-Atlantic Regional Spaceport (MARS) de Wallops Island (Virginia) a las 03:27 UTC mediante un cohete Minotaur V.

¿El brillo del limbo lunar está causado por el regolito lunar en suspensión? (NASA).

LADEE debe responder a un misterio que tiene más de cuarenta años. Los astronautas del Apolo observaron en varias ocasiones como el borde de la Luna se iluminaba justo antes de aparecer el Sol, como si una tenue atmósfera rodease a nuestro satélite. Pero la ‘atmósfera’ de la Luna es tan exigua que en teoría este fenómeno debería ser imposible. ¿Es el polvo lunar en suspensión el causante de esta anomalía o en realidad se trata de átomos de sodio, tal y como sugieren los datos de la sonda japonesa Kaguya? Ahora, y gracias a LADEE, podremos saber la respuesta. Este ha sido el primer lanzamiento de un cohete Minotaur V.

La ‘misteriosa’ aurora lunar vista por varias sondas de la NASA. ¿Qué causa este fenómeno? (NASA).

El anómalo brillo del limbo lunar visto por la sonda Clementine (NASA).

Fenómenos de la exosfera lunar que debe estudiar LADEE (NASA).

LADEE

LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) -pronunciado ladi, no leidi- es una sonda de bajo coste para el estudio de la Luna. Ha sido desarrollada, diseñada y construida por el Centro Ames de la NASA usando la plataforma modular MCSB (Modular Common Spacecraft Bus) y su objetivo es estudiar la exosfera lunar. El Centro Marshall de la NASA se encarga de la gestión del proyecto, que forma parte del programa Lunar Quest (al igual que la sonda LRO). Tiene una masa de solamente 383 kg, incluyendo 134,8 kg de helio y combustible y 49,6 kg de instrumentos. Posee un cuerpo octogonal con unas dimensiones de 2,37 x 1,85 x 1,85 metros y posee 30 células solares que suministran un total de 295 W de potencia eléctrica. El sistema de propulsión consiste en el motor principal HiPAT (High Performance Apogee Thruster) o R-4D-15 de 455 newtons de empuje y cuatro motores para orientar la nave de 22 newtons. Los motores de maniobra están situados en la parte trasera de la sonda para que su escape no contamine a los instrumentos. El sistema de propulsión ha sido construido por Space Systems/Loral y usa hidrazina y MON-3 (una mezcla de óxidos de nitrógeno).

LADEE (NASA).

Módulos de la sonda (NASA).

LADEE tiene cuatro instrumentos principales (ninguno de ellos es una cámara):

  • LDEX (Lunar Dust Experiment): pretende medir la cantidad de regolito lunar (polvo) en suspensión que existe alrededor de la Luna. Se supone que los granos de polvo son ionizados por la radiación ultravioleta del Sol y gracias a su carga eléctrica levitan sobre la superficie lunar. LDEX medirá los impactos de los granos de polvo lunar contra la nave siempre que tengan un diámetro superior a 0,1 micrómetros. Este instrumento es similar al CAPS de la sonda Cassini y a otros usados en las sondas HEOS 2 y Galileo. Por motivos obvios, debe estar situado en la parte frontal con respecto a la dirección de avance en la órbita lunar, requisito que condiciona la posición de la nave en todo momento.
  • NMS (Neutral Mass Spectrometer): buscará elementos y moléculas tales como helio, argón, metano, azufre, magnesio, monóxido de carbono, calcio, hidrógeno y aniones hidróxidos en la exosfera lunar para comprender mejor la actividad reciente de nuestro satélite y su interacción con el viento solar. Averiguará si el sodio es el culpable del brillo del limbo lunar. Es capaz de detectar moléculas de entre 2 y 150 masas atómicas.
  • UVS (Ultraviolet and Visible Spectrometer): se encargará de ver directamente el regolito lunar en suspensión que forma la exosfera lunar. Para ello observará el Sol y el limbo lunar en 230-810 nm. Este instrumento ya voló en la misión LCROSS.
  • LLCD (Lunar Laser Communications Demonstration): instrumento experimental de comunicación por láser desde la órbita lunar capaz de transmitir 622 megabits por segundo diseñado por el MIT. Es el primer experimento de este tipo en una nave espacial de la NASA. El telescopio OGS de la ESA situado en el Observatorio del Teide (Tenerife) será una de las tres estaciones terrestres encargadas de recibir los datos de LLCD. El láser tiene una potencia de 0,5 W y está acoplado a un pequeño telescopio de 10 centímetros de diámetro.


Instrumentos de la sonda (NASA).

Funcionamiento del experimento LDEX (NASA).

Ejemplos de sesiones de observación en cada órbita según los instrumentos (NASA).

Estaciones terrestres para el experimento de comunicaciones por láser LLCD (NASA).

La ventana de lanzamiento se abrió el día 6 de septiembre y terminará el día 10. Tras el lanzamiento LADEE alcanzará una órbita terrestre altamente elíptica de 200 x 278000 kilómetros y una inclinación de 37,65º. Esta órbita no alcanzará la Luna, pero por poco. La sonda realizará varios encendidos de su motor para aumentar el apogeo de la órbita hasta que éste alcance la órbita de la Luna. En total permanecerá técnicamente 23,5 días en órbita terrestre, aunque el apogeo de estas órbitas pondrá la sonda a una distancia enorme de nuestro planeta. Tanto que tardará 6,3 días en dar una vuelta la primera órbita, 8 días para la segunda y 10,4 días para la tercera. Este sistema permite ahorrar combustible con respecto a una trayectoria directa convencional de un solo encendido. Durante estas tres órbitas se comprobará el correcto funcionamiento de todos los instrumentos y finalmente la sonda pondrá rumbo a la Luna. La trayectoria hacia nuestro satélite tendrá una duración de 5,25 días. Durante este tiempo la sonda estará orientada perpendicularmente con respecto al plano de la eclíptica, rotando alrededor de su eje.

Fases de la misión (NASA).

Órbitas intermedias antes de alcanzar la Luna (NASA).
Posición de la sonda durante el viaje a la Luna (NASA).

LADEE se insertará en una órbita lunar elíptica retrógrada con un periodo de 24 horas no antes del día 6 de octubre. El encendido de frenado (LOI-1) tendrá una duración de 197 segundos, reduciendo la velocidad de la nave unos 267 m/s. Tres días después alcanzará una órbita circular de 250 kilómetros de altura gracias a dos encendidos adicionales (LOI-2 y LOI-3). Durante cuarenta días -sesenta en caso de problemas- se calibrarán todos los instrumentos desde una órbita de 200 x 300 kilómetros, pero la altura de la órbita variará entre 20 y 60 kilómetros por culpa del irregular campo gravitatorio lunar (los famosos MASCONS). Luego comenzará la misión científica propiamente dicha desde una órbita circular ecuatorial de 20-150 kilómetros de altura con una inclinación de 157º (la inclinación variará entre 155º-180º). Para poder estudiar la exosfera lunar la sonda necesita mantenerse en una órbita ecuatorial muy baja y poder observar así las ‘salidas’ y ‘puestas’ del Sol en el limbo lunar. Serán necesarias correcciones de la órbita cada tres o cinco días debido a la díscola gravedad lunar. La fase científica tendrá una duración de cien días (tres días lunares). Terminada su misión, la sonda permanecerá en órbita unos seis meses antes de impactar contra la superficie lunar.

Gasto energético para mantener la altura de la órbita durante la fase científica (NASA).
Tres encendidos de inserción en órbita lunar para circularizar la órbita (LOI).

El programa LADEE ha costado unos 280 millones de dólares, incluyendo el lanzador (unos 67 millones). LADEE es la séptima sonda que envían los Estados Unidos a la Luna desde el fin del programa Apolo. Actualmente existen tres sondas en activo alrededor de la Luna: la LRO y las dos ARTEMIS P1 y P2 (antes THEMIS), todas ellas de la NASA.

Inserción orbital (NASA).
El fin de LADEE (NASA).
LADEE (NASA).

Minotaur V

El Minotaur V es un cohete de cinco etapas construido por Orbital Sciences capaz de situar 678 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El Minotaur V es un Minotaur IV+ con una quinta etapa para misiones a la órbita geoestacionaria o planetarias. Por su parte, el Minotaur IV+ es en realidad un misil intercontinental (ICBM) LGM-118 Peacekeeper dotado de una etapa adicional para alcanzar la órbita. El Peacekeeper, de tres etapas, fue el ICBM más avanzado de los EEUU hasta su retirada en 2005, de acuerdo con los tratados START-II de desarme nuclear con Rusia. Voló por primera vez en 1983 y entró en servicio en 1986. Tenía capacidad para transportar 10 MIRV Mk. 21, cada uno con una cabeza termonuclear W87 de 475 kilotones. Se construyeron un total de 114 unidades, de las cuales 51 fueron lanzadas (con dos fallos).

Minotaur V (Orbital).
Configuración de lanzamiento (Orbital).

La primera etapa TU-903 o SR-118 tiene unas dimensiones de 2,33 x 8,48 metros, una masa de 48960 kg y un empuje de 2204,5 kN. Funciona durante 58 segundos y ha sido fabricada por ATK Launch Systems Group (antes Thiokol). La segunda etapa (SR-119) funciona durante un minuto, está construida por Aerojet y tiene un motor con un empuje de 1223 kN. La tercera etapa, una creación de Alliant Techsystems (antes Hercules Aerospace), se denomina SR-120, desarrolla 289 kN y funciona durante 77 segundos. La cuarta etapa puede ser una Orion-38 o una Star-48BV, como ha sido este lanzamiento. La Star-48BV está fabricada por ATK, tiene un empuje de 93,07 kN y unas dimensiones de 1,24 x 2,03 metros. La quinta etapa es una Star-37FM y funcionará durante 64,5 segundos para situar a LADEE en una trayectoria translunar. La etapa Star 37FM gira a 60 revoluciones por minuto antes y durante el encendido para estabilizar el vehículo. Tras la ignición reduce su giro usando el tradicional sistema consistente en soltar dos contrapesos conectados al extremo de sendos cables (‘sistema yo-yo’).

Cohetes Minotaur de Orbital (Orbital).
Fases en el lanzamiento (Orbital).
Trayectoria de lanzamiento (Orbital).
Montaje de la sonda (NASA).
Preparación de la nave (NASA).
Inserción en la cofia (NASA).


El cohete en la rampa (NASA).

La cofia con la sonda (NASA).

Centro de control del lanzamiento (NASA).

Lanzamiento (Orbital).
Vídeo sobre la misión:

Vídeo simulación del lanzamiento:

Vídeo del lanzamiento:


25 Comentarios

  1. ¿El brillo del limbo marciano está causado por el regolito lunar en suspensión? (NASA). (comentario de la primera imagen)

    Daniel: tus deseos reprimidos te jugaron una mal pasada je je, interesante artículo

  2. Tengo alguna duda:
    Por ahí he leído que usará una órbita completamente retrograda (osea, 180º de inclinación) y mas o menos circular. No coincide con lo que has puesto, tienes algun link que me lo aclare?
    El experimento del láser es una autentica bomba, aunque ya se ha probado en otras ocasiones incluyendo un pequeño cubesat NAWAKA (fitsat-1) que encendía sus enormes leds (para lo que hay ahora en el mercado) de alta eficiencia y se podía ver parpadear a 10 HZ en 3 colores diferentes cuando la universidad encargada del proyecto encendía las luces. Nunca tuve la oportunidad de verlo, ya que encenderlos en esta región no tenia sentido por la poca población que lo iba a observar (creo que estaba yo solo), pero los encendieron varias veces en italia, japon, estados unidos, este de europa, etc.
    Lamentablemente no era capaz de encender sus luces continuamente porque sus módulos fotovoltaicos daban para lo que daban. Tampoco podían encender los leds en las épocas del año en que su órbita no entraba en sombra, ya que se recalentaba demasiado.
    De todos modos no deja de ser un intento de mandar datos en frecuencias mas bajas a las habituales, por lo que aparte de espectacular, no son mas que pegas, aunque la señal sufra menos atenuacion.

    1. Lo dice porque las tres primeras etapas del Minotaur V eran un misil Peacekeeper. La gravedad lunar es irregular debido a las inhomogoneidades en las concentraciones de masa, de ahí que ninguna órbita lunar de baja altura sea estable.

    2. Joer, con ese nombre, Peacekeeper, quién lo diría, el que se lo puso advertiría el negro sarcasmo que sería para toda la humanidad si llegara a utilizarse…En todo caso, lo resaltable es que su misión ahora es científica.
      Gracias por la aclaración de lo de la gravedad. No conocía ese efecto.

      Un saúdo

  3. Enhorabuena a EEUU por este lanzamiento. !

    Los vectores sólidos junto con la tecnología Air-breathing es el futuro de la ciencia aeroespacial.

    Por cierto Daniel Marín yo también estoy a favor de que hagas un artículo sobre SpaceShipTwo de la Virgin, el motor híbrido (gas hilarante y goma) de SpaceShipTwo, es una excelente primera etapa para alcanzar Mach 6 y arrancar un Scramjet (Air-breathing)

    A mi juicio, los sistemas Air-breathing van a dejar tirados como colillas a los demás sistemas de propulsión (como segunda etapa)

  4. Una buena forma de ahorrar combustible en un despegue es la técnica de Julio Verne.

    Se usa para lanzar algunos tipos de misiles militares.

    Consiste en meter el cohete en un tubo y lanzarlo mediante presión de gas a modo de bala de fusil, en su primera etapa. el gas se produce por explosión pirotécnica o vapor.

    El cohete es lanzado al esteraos y puesto en marcha a una velocidad aceptable para que la posterior ignición de sus motores continúen el ascenso.
    Para misiones con tripulación no es valido por las fuerzas G que se generan, pero para el resto de lanzamientos seria interesante.

    Tampoco seria necesario meter el cohete en un tubo, bastaría con que un resorte, fuese introducido en el tubo y este luego impulsara el cohete de forma mecánica.

    El ahorro de combustible seria importante. Algo similar como poner el coche en marcha con la 6ª y con la velocidad de crucero desde el inicio.

    Edu
    Cordial saludo Terrícolas

    1. Bueno, son varias las técnicas que se están barajando para acelerar “vehículos” espaciales dentro de un cañón. Tanto los sistemas químicos, como los electroquímicos. De hecho en EEUU hubo un proyecto HARP que luego ha sido trasladado a Irak (completamente destruido) y se puede leer en una excelente novela (con visos de realidad). Titulada “El Puño de Dios” de Frederik Forsyth.

      El fundamento es un acelerador quimico-magnetico. El problema son las altas G que se alcanzan en el lanzamiento (pueden llegar a 40 G). Ni que decir tiene que no es posible para un ser humano. Y muchas cargas de satélite quedarían destruidas. De hecho en muchos vectores se minimiza la curva de aceleración G para disminuir las cargas estructurales y los posibles daños a satélites.

      Estos cañones electro-químicos, más que aplicaciones espaciales tienen aplicaciones militares como cañones embarcados en destructores o tanques avanzados.

      http://es.wikipedia.org/wiki/Ca%C3%B1%C3%B3n_Gauss

      Un cañón Gauss (también conocido como coilgun, cañón Gauss o rifle Gauss) es un tipo de cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnéticamente un proyectil a una gran velocidad. La denominación “arma Gauss” proviene de Carl Friedrich Gauss, quién formuló las demostraciones matemáticas del efecto electromagnético usado por los cañones Gauss.

    2. Y no solo las fuerzas G son peligrosas para humanos y satélites. También el volumen sonoro (Decibelios). A partír de un nivel un ser humano puede morir (por el nivel de ruido) y ciertas cargas de satélite pueden quedar completamente destruidas. De hecho los mejores constructores de Payload Fairing (Contraves Space, también llamados Ruag Space) hacen estos protectores para el Ariane V y para el Atlas V. Sin estos protectores los satélites quedarían destruidos por la presión y la fricción atmosférica y por el nivel de ruido (Db)

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 7 septiembre, 2013
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Lanzamientos • Luna • NASA • sondasesp