Lanzada la sonda MAVEN a Marte

Ya tenemos otra sonda espacial rumbo a Marte. La empresa ULA (United Launch Alliance) ha lanzado hoy día 18 de noviembre de 2013 a las 18:28 UTC un cohete Atlas V 401 (misión AV-038) desde la rampa SLC-41 de la base aérea de Cabo Cañaveral, Florida. La carga útil era la sonda MAVEN de la NASA, la primera misión dedicada a estudiar la alta atmósfera marciana.

Puede que MAVEN no nos proporcione bonitas imágenes de Marte, pero se trata de la primera sonda específicamente diseñada para estudiar la interacción entre el viento solar y la atmósfera marciana. Se espera poder comprender de esta forma los mecanismos que provocaron que Marte perdiese parte de su atmósfera en el pasado. Aunque muchas otras sondas han investigado esta relación, MAVEN lo hará con una resolución sin precedentes usando una batería de instrumentos que ha volado en otras misiones para el estudio del sol y del viento solar. Este ha sido el segundo lanzamiento de una sonda para el estudio de Marte durante este año después del despegue de la sonda india Mangalyaan.

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Emblema de la misión (NASA).

MAVEN

MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) es una sonda espacial de 2454 kg (809 kg sin combustible) construida por la empresa Lockheed-Martin para la NASA usando tecnología de misiones marcianas pasadas. La misión fue propuesta para el programa Scout para el estudio de Marte de la NASA en 2006 y en enero de 2007 fue seleccionada para la Fase A de su desarrollo. En septiembre de 2008 fue aprobada formalmente por la NASA y dio comienzo la Fase B de desarrollo final. El investigador principal de la misión es Bruce Jakosky.

La estructura principal tiene forma aproximadamente cúbica con una longitud de 2,29 metros de longitud y 1,5 metros de altura. Encima de esta estructura se sitúa la antena de alta ganancia  de dos metros de diámetro, que operará en banda X (con capacidad de enviar hasta 418 kbps). A ambos lados van instalados dos paneles solares con una envergadura total de 11,4 metros capaces de producir un mínimo de 1135 vatios. El control de posición está garantizado gracias a dos sensores estelares y dos sensores solares, mientras que cuatro volantes de inercia serán los encargados de mover la nave. Por otro lado, varios giróscopos láser se usarán para ‘sentir’ los movimientos de la nave.

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Partes e instrumentos de MAVEN (NASA).
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Dimensiones de MAVEN (NASA).

MAVEN dispone además de dos antenas de baja ganancia que, junto con la antena principal, permitirán que la nave envíe la información a la Tierra dos veces por semana. En cada órbita se espera que almacene unos 3 GB de información, por lo que dispone de una memoria capaz de guardar hasta 32 GB entre las distintas sesiones de comunicación. La nave tiene seis propulsores  MR-107de unos 22 kgf de empuje para la maniobra de inserción orbital en Marte y otros seis de unos 2,2 kgf para maniobras orbitales, alimentados todos ellos por 1640 kg de hidrazina que se guarda en un tanque central. El sistema de propulsión es similar al de la sonda MRO.

Los instrumentos de MAVEN tienen una masa total de 65 kg y realizarán las medidas para entender la evolución de la atmósfera marciana. Las tasas de escape de especias neutras en la atmósfera se calcularán midiendo la importancia del escape de Jeans y la pérdida fotoquímica. Los resultados de MAVEN nos dirán cómo de importante ha sido el escape atmosférico en la historia del clima marciano, un punto clave a la hora de estudiar el potencial de habitabilidad de Marte. Los instrumentos son los siguientes:

  • SEP (Solar Energetic Particle): encargado de medir la energía de los núcleos de hidrógeno y helio que emite el sol durante las fulguraciones y las eyecciones de masa coronal. El instrumento, de 740 gramos, mide diez veces por segundo los iones más energéticos del viento solar. SEP es una réplica de un instrumento similar que ha volado en las misiones THEMIS y Wind, ambos satélites situados en órbita terrestre. SEP será sensible a iones con energías de 25 keV a 12 MeV y a electrones de 25 keV a 1 MeV.
  • SWIA (Solar Wind Ion Analyzer): medirá la temperatura, densidad y velocidad de los iones del viento solar. SWIA permitirá entender cómo se ionizan los átomos de la atmósfera y de la exosfera marciana por culpa del viento solar y cómo son acelerados estos nuevos iones según los campos eléctricos y magnéticos que rodean Marte. Este instrumento no estará en funcionamiento durante los periodos en los que la sonda reduzca la altura de su órbita (ver más abajo). El diseño de SWIA está basado en el de instrumentos parecidos que han volado a bordo de los satélites FAST, Wind y THEMIS.
  • SWEA (Solar Wind Electron Analyzer): medirá el flujo de electrones del viento solar y de la ionosfera (con una energía de 5 eV a 5 keV) capaces de ionizar los átomos neutros de la atmósfera marciana. Tiene un campo de visión de 360º x 120º y estará situado en el extremo de un brazo de 1,7 metros de longitud. Será capaz de realizar una medición cada dos segundos. SWEA es muy parecido a un instrumento que llevan las naves gemelas STEREO para el estudio del sol y el viento solar.
  • STATIC (SupraThermal and Thermal Ion Composition): este instrumento de 3,2 kg se encargará de medir la velocidad de los iones a varias altitudes (con energías de 0,1-10 eV) y estudiará cuántos de ellos son arrastrados por el viento solar. STATIC permitirá relacionar las variaciones entre la actividad del viento solar y la pérdida atmosférica del planeta rojo en la actualidad.
  • LPW (Langmuir Probes and Waves)-EUV: estudiará la distribución y densidad de la ionosfera marciana, además de medir la temperatura de los electrones de la misma. Los sensores LPW están situados en dos brazos desplegables de 7 metros de longitud. Durante la fase de crucero interplanetario los brazos estarán plegados, con una longitud de 1,5 metros. Estos sensores son similares a los que llevan las misiones THEMIS y STEREO. Además, LPW-EUV incluye tres sensores en el ultravioleta extremo (en los rangos 0,1-7, 17-22, y 121,6 nm) para observar la relación entre la intensidad de esta radiación y la formación de iones en la atmósfera de Marte.
  • MAG (Magnetómetro): consiste en dos sensores situados en los extremos de los paneles solares que medirán el campo magnético alrededor de Marte, lo que ayudará a entender mejor los resultados de los instrumentos SWEA y LPW. Aunque Marte carece en la actualidad de un campo magnético global como la Tierra, MAG ayudará a entender mejor la distribución del campo magnético residual que existe en ciertas zonas de la corteza del planeta. Medirá campos con una intensidad de 0,1 nT a 60000 nT con una resolución temporal de un segundo.
  • NGIMS (Neutral Gas and Ions Mass Espectrometer): un espectrómetro de masas para medir la composición de gases neutros e iones de la alta atmósfera marciana (de 125 km a 400 km de altura) en función de su masa y su carga eléctrica. Será vital para determinar las proporciones isotópicas de los elementos y entender el ritmo de escape al espacio de la atmósfera de Marte en el pasado. Este instrumento de 14 kg funcionará solamente doce minutos antes y después del paso de la nave por el periapsis y su diseño está basado en una de las partes del SAM de Curiosity.
  • IUVS (Imaging Ultraviolet Spectrograph): este espectrógrafo observará la atmósfera en el ultravioleta (110-340 nm, con una resolución de 0,5 nm) para determinar su composición. Es muy parecido al instrumento UVIS de la sonda Cassini.
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Instrumentos de MAVEN (NASA).
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MAVEN estudiará la interacción de la atmósfera de Marte con el viento y la radiación del sol (NASA).
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Qué estudiará cada instrumento (NASA).

Los instrumentos IUVS, NGIMS y STATIC están situados en la plataforma APP (Articulated Payload Platform), que permite orientar su campo de visión según convenga. MAVEN incluye además el sistema Electra de comunicaciones, de 6,5 kg, para transmitir datos desde las sondas de superficie a la Tierra, lo que permitirá usar esta nave como apoyo de futuras misiones al planeta rojo. La antena de este instrumento fue fabricada originalmente como la unidad de reserva de la antena de baja ganancia de Curiosity. MAEVN también incluye un DVD con más de cien mil nombres, poemas y obras artísticas de todo el mundo. El software del vehículo está basado en el de la sonda Juno.

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Plataforma APP con los instrumentos (NASA).

La ventana de lanzamiento de MAVEN a Marte se abrió el 18 de noviembre y tiene una duración de veinte días. MAVEN se situará en órbita alrededor de Marte el 22 de septiembre de 2014 mediante un encendido de sus seis propulsores principales de 38 minutos de duración. La primera órbita tendrá una inclinación de 75º. Cinco meses después alcanzará su órbita de trabajo tras realizar cinco maniobras orbitales. Será una órbita altamente elíptica de 150 kilómetros x 6220 kilómetros y con un periodo de 4,5 horas. De esta forma podrá estudiar todo el disco del planeta en el ultravioleta mientras está en el punto más alejado de su órbita al mismo tiempo que será capaz de observar y medir la interacción del viento solar con la atmósfera marciana en detalle durante su paso por el punto más cercano.

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Configuración de crucero de MAVEN
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Órbita científica de MAVEN (NASA).

A lo largo de la misión el periapsis de la órbita se reducirá en cinco ocasiones hasta alcanzar los 125 kilómetros para observaciones con más resolución. Cada uno de estos periapsis excepcionalmente bajos tendrá lugar en puntos diferentes sobre la superficie del planeta y tendrá una duración de unas veinte órbitas, lo que permitirá caracterizar mejor la atmósfera marciana, ya que será 30 veces más densa a estas alturas. Para impedir que el rozamiento atmosférico cause algún daño a los paneles, la parte externa de los mismos está doblada hacia delante 20º para mejorar la aerodinámica del vehículo. La misión primaria de MAVEN tendrá una duración de un año terrestre (52 semanas). Posteriormente el periapsis se subirá hasta los 220 km de altura, donde MAVEN podrá seguir operando durante otros seis años adicionales con un gasto mínimo de combustible.

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Periapsis de MAVEN sobre la superficie planetaria. Las estrellas marcan los puntos en los que la órbita bajará a 125 km de altura (NASA).

En cumplimiento con las normas de protección planetaria, la etapa Centaur no chocará con Marte y se ha esterilizado la sonda para que no lleve más de medio millón de esporas bacterianas cuando entre en la atmósfera. La misión ha sido considerada de Categoría III (un orbitador alrededor de Marte, Europa o un mundo similar) en la escala de protección planetaria. El coste de la misión, incluyendo el lanzador, es de 647 millones de dólares.

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Recreación artística de MAVEN en órbita marciana (NASA).

Próximas misiones a Marte:

  • 2016: ExoMars TGO (ESA).
  • 2016: InSight (NASA).
  • 2018: ExoMars rover (ESA).
  • 2020: rover basado en el Curiosity (NASA).

Atlas V

El Atlas V es un cohete de dos etapas que puede incorporar aceleradores de combustible sólido. La primera fase es un CCB (Common Core Booster) de 3,81 m de diámetro y 32,48 m de longitud. El CCB está fabricado en aluminio y tiene una masa inerte de 21277 kg. Emplea oxígeno líquido y queroseno (RP-1) con un motor de dos cámaras de combustión RD-180 construido en Rusia por NPO Energomash. El RD-180 tiene una masa en seco de 5400 kg, un impulso específico de 311,3 (nivel del mar) – 337,8 s (vacío) y un empuje de 390,2 toneladas (nivel del mar) – 423,4 toneladas (vacío).

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Coheet Atlas V 401 de MAVEN (NASA).

La primera etapa puede incorporar entre cero y tres cohetes de combustible sólido (SRB) de 1,55 m x 19,5 m, con 1361 kN de empuje cada uno (y un Isp de 275 s). Las toberas de cada SRB están inclinadas 3º. La segunda etapa es la última versión de la clásica etapa criógenica Centaur (oxígeno e hidrógeno líquidos). Tiene 3,05 m x 12,68 m y hace uso de uno o dos motores RL 10-A-4-2 (Isp de 450,5 s) que proporcionan 99,2 kN de empuje en la versión con un sólo motor (SEC) o 198,4 kN en la de dos (DEC). Tiene una masa inerte de 2,086 toneladas y está fabricada en acero. Posee además 8 propulsores de hidrazina de 40 N y cuatro de 27 N para el control de actitud de la etapa.

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Características del Atlas V serie 400 (ULA).
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Versiones del Atlas V según su capacidad (ULA).

Las versiones de los Atlas V se identifican mediante un número de tres dígitos: el primero (4 ó 5), indica el tamaño de la cofia (4 ó 5 metros de diámetro respectivamente). La cofia de esta misión se denomina LPF (Large Payload Fairing), ya que era la cofia de mayor tamaño usada en otras versiones antiguas del Atlas. El segundo dígito señala la cantidad de cohetes de combustible sólido empleados (entre cero y tres para el Atlas V 400 y entre cero y cinco para el Atlas V 500). El último dígito indica la cantidad de motores que lleva la etapa Centaur, uno o dos (actualmente no existan Centaur de dos motores). En el caso de este lanzamiento, se trataba de un Atlas V 401, es decir, incluye una cofia de 4 metros, ningún cohete sólido y un sólo motor en la etapa Centaur.

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Fases en la integración del Atlas V (ULA).
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Mapa de Cabo Cañaveral (ULA).
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Rampa SLC-41 de Cabo Cañaveral (ULA).
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Actividades dos días antes del lanzamiento (ULA).
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Actividades del día del lanzamiento (ULA).
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Fases del lanzamiento (ULA).
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Eventos durante el lanzamiento de MAVEN (NASA).
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Trayectoria del lanzamiento (ULA).
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Montaje de MAVEN
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Instalando la antena de alta ganancia (NASA).
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Los paneles solares de MAVEN (NASA).
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Probando MAVEN en la cámara de vacío (NASA).
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Primera etapa del cohete Atlas V de MAVEN (NASA).
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La etapa Centaur llega a Cabo Cañaveral (ULA).

Inserción en la cofia de MAVEN:

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Integración con el cohete y traslado a la rampa:

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Vídeo sobre la misión MAVEN:

Vídeo del lanzamiento:

 



18 Comentarios

  1. Tengo entendido, o al menos así lo habían comentado en algunas webs, que MAVEN tiene combustible para seguir en activo durante más de una década, especialmente como relé de comunicaciones. ¿Esto es así o son los 7 años que comentas?

    1. No, no caerá, al ser un Categoría III en la escala de protección planetaria, parte de la misión es que no caiga nunca (si no habrían tenido que esterilizarla más), para lo que se deja una reserva de combustible para en caso necesario alejarlo/sacarlo de la órbita, o como en este caso mandarlo lo suficientemente lejos.

    2. No es más que una forma de atraer la atención de la gente de la calle, haciéndoles participar, aunque sea de forma tan simbólica, en las misiones interplanetarias. Creo que todas o casi todas llevan en su interior algo parecido. Hay que saber venderse y la NASA lo sabe mejor que nadie.

  2. Hola. Una pregunta respecto a la nueva ubicación del blog. ¿Tendrá una versión para lectura desde los smartphones?. Suelo leer el blog con el iphone y desde que publicas aquí es complicado por el tamaño de letra y la maquetación. El antiguo tenía una versión mobile que se leía estupendamente en el teléfono.
    En cualquier caso, gracias por este magnífico blog y acercarnos el espacio a los menos entendidos.
    Un saludo.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 18 noviembre, 2013
Categoría(s): ✓ General • Lanzamientos • Marte • NASA • Sondasespaciales