Lanzados los satélites científicos Swarm mediante un cohete Rokot

Por Daniel Marín, el 22 noviembre, 2013. Categoría(s): Astronáutica • ESA • Lanzamientos • Rusia • Sondasespaciales • Tierra ✎ 7

La empresa Eurockot ha lanzado hoy día 22 de noviembre de 2013 a las 12:02 UTC un cohete Rokot-KM (Rokot/Briz-KM) con los tres satélites científicos Swarm de la agencia europea del espacio (ESA), destinados a estudiar el campo magnético terrestre. El lanzamiento tuvo lugar desde la rampa número 3 (PU-3) del Área 133 del cosmódromo de Plesetsk. El lanzamiento estaba originalmente planeado para la semana pasada y fue retrasado por problemas en la etapa superior Briz-KM.

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Los tres satélites Swarm europeos (ESA).

Swarm

Swarm es un conjunto de tres satélites científicos idénticos -FM-1, FM2 y FM-3 (Flight Model)- de 473 kg cada uno construidos por Astrium para la ESA. Se trata de la primera constelación de tres satélites de la ESA y su objetivo es medir la intensidad del campo magnético terrestre y su evolución temporal. Cada satélite tiene una longitud de 9,1 metros (incluyendo un mástil desplegable de 4 metros), un ancho de 1,5 metros y una altura de 0,85 metros. Poseen una sección de un metro cuadrado para minimizar el rozamiento atmosférico. El sistema de propulsión está abastecido por 106 kg de combustible (hidrazina).

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Swarm visto de lado (ESA).
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Interior de Swarm (ESA).
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Sección del satélite (ESA).

Dos de los satélites estarán situados en una órbita inicial de unos 460 kilómetros de altura (en cuatro años será de unos 350 kilómetros) y en planos muy similares (87,3º de inclinación). Volarán en paralelo y cruzarán el ecuador terrestre con menos de diez segundos de diferencia. El tercer satélite estará situado en una órbita de 530 kilómetros de altura y poco a poco su plano se irá separando de los otros dos (88º) que intersectará el de los otros dos. De esta forma se podrá realizar una mejor cobertura de la magnetosfera terrestre con tan sólo tres satélites durante los cinco años que debe durar la misión primaria.

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Órbitas de los tres satélites (ESA).

Cada satélite incluye los siguientes instrumentos:

  • ASM (Helium Absolute Scalar Magnetometer): es el instrumento más sensible y consiste en un magnetómetro capaz de medir la intensidad (componente escalar) de los campos magnéticos con una gran resolución. La precisión del ASM es de 65 picoteslas, una millonésima parte del valor del campo magnético terrestre a la órbita de Swarm. Para minimizar las interferencias por parte de la electrónica de la nave está situado en el extremo de un mástil extensible de 4 metros de longitud. Servirá para calibrar las medidas del instrumento VFM. Debido a su papel crítico en la misión, ASM incluye dos magnetómetros redundantes. Cada uno mide el campo magnético mediante espectroscopía de átomos de helio-4 teniendo en cuenta el efecto Zeeman. Ha sido construido por el CNES francés.
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Magnetómetro ASM francés (ESA).
  • VFM (Vector Field Magnetometer): se trata del instrumento principal y está formado por un conjunto de magnetómetros que medirá las componentes vectoriales del campo magnético. Se halla situado a mitad del mástil desplegable. Los magnetómetros se encuentran montados junto a tres cámaras para tres sensores estelares (STR) que medirán la orientación de la nave con una precisión de una milésima de grado (Optical Bench). Los datos de los sensores estelares se emplearán junto con los datos de los magnetómetros para calcular las tres componentes perpendiculares del campo magnético. Ha sido desarrollado por la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) y está basado en instrumentos que ya han volado en las misiones Ørsted, CHAMP y SAC-C.
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Cámaras de los sensores estelares (STR) de Swarm (ESA).
  • EFI (Electric Field Instrument): un detector de iones TII (Thermal Ion Imager) capaz de detectar  la energía y dirección de los iones incidentes, lo que servirá para crear un mapa tridimensional de la ionosfera. Incluye dos sondas Langmuir (LP) capaces de medir la temperatura y la densidad de los electrones de la ionosfera. Se encuentra situado en la parte frontal del vehículo (al otro extremo de la parte con el mástil) y ha sido desarrollado conjuntamente con la agencia espacial canadiense (CSA).
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Instrumento EFI (ESA).
  • ACC: un acelerómetro para medidas gravimétricas que permitirá estudiar el campo gravitatorio terrestre y la densidad de la atmósfera a alturas orbitales. Ha sido construido por la agencia VZLU de la República Checa.

Para garantizar la precisión de los mapas de la magnetosfera, es preciso conocer la posición de Swarm exactamente. Por este motivo los tres satélites incorporan dos antenas GPS de RUAG Space y un retrorreflector láser (LRR) para determinar su órbita. Cada satélite generará 1,8 gigabits de información al día.

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Instrumentos de Swarm (EADS Astrium).
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Dimensiones y requisitos de la misión (ESA).
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Elementos de cada satélite (EADS Astrium).

La misión Swarm será capaz de determinar las variaciones seculares del campo magnético terrestre creado en el núcleo del planeta, pero también medirá el campo magnético de pequeña escala que se genera en la corteza terrestre y podrá obtener el primer modelo global tridimensional de la conductividad del manto terrestre. También estudiará las corrientes eléctricas de la magnetosfera y la ionosfera, además del plasma. Swarm complementará así las observaciones de la magnetosfera terrestre realizadas por la misión Cluster de la ESA, cuyos satélites orbitan nuestro planeta a 10000 kilómetros de distancia.

Los orígenes del proyecto Swarm se remontan a hace una década, cuando la ESA planeaba lanzar una misión para el estudio de la magnetosfera usando cuatro satélites situados en órbita baja. Por entonces se barajaba usar como lanzador los cohetes rusos Dnepr, Rokot o Kosmos-3M, o bien el europeo Vega. El diseño de Swarm se basa en el empleado en el satélite CHAMP alemán, otra misión geomagnética. Swarm es el tercer proyecto desarrollado dentro del programa Earth Explorer de la ESA, un programa que ha permitido el lanzamiento de los satélites SMOS, GOCE y CryoSat. La misión estará controlada por ESA-ESOC a través de la estación terrestre de Kiruna. El coste de la misión ha sido de 230 millones de euros.

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Diseño preliminar de los Swarm en 2004 (ESA).
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Configuración de lanzamiento de 2004 para un cohete Dnepr (ESA).
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Diseño intermedio de los Swarm (Astrium).

Cohete Rokot

El 14A05 Rokot-KM (Rokot/Briz-KM), también escrito Rockot, es un cohete de tres etapas de 107,5 toneladas y 29,15 metros de longitud que puede poner hasta 1950 kg en una órbita de 200 km y 63º, o bien 1100 kg en una órbita de 400 km y 97º. Al ser lanzado desde el cosmódromo de Plesetsk, Rokot puede poner cargas en órbitas cuya inclinación va de 63º a 93º. Emplea propergoles hipergólicos (tetróxido de nitrógeno y UDMH) en todas sus etapas.

El cohete Rokot (en ruso Рокот, “estruendo”), es en realidad un misil intercontinental (ICBM) modificado. Sus dos primeras etapas corresponden al misil UR-100NU (también denominado UR-100NUTTKh, 15A35 ó RS-18B, conocido en occidente como SS-19 Mod 2 Stiletto) a las cuales se les ha añadido una tercera etapa Briz-KM para alcanzar la órbita. El misil UR-100NU fue desarrollado entre 1975 y 1977 por la filial nº 1 de NPO Mashinostroienia (posteriormente conocida como oficina KB Salyut y actualmente parte de la empresa estatal GKNPTs Khrúnichev), la antigua oficina de diseño de Vladímir Cheloméi. El UR-100NU es una versión avanzada del exitoso misil UR-100N, a su vez una mejora del UR-100 (15A30 ó SS-11) de los años sesenta y que todavía hoy permanece en servicio como parte de la fuerza estratégica rusa de misiles. En total se fabricaron 360 misiles UR-100NU.

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Cohete Rokot (Khrunichev).

La primera etapa mide 17,2 m de largo y 2,5 m de diámetro. Utiliza tres motores RD-0233/15D95 (470-520 kN cada uno y 285-315,5 s) de ciclo cerrado y una cámara, así como un RD-0234/15D96, diseñados por la KB Khimavtomatiki (antigua oficina de Semyon Kosberg) de Voronezh. El RD-0234 es un RD-0233 con las conducciones necesarias para presurizar los tanques de propergoles. Incluye además cuatro pequeños cohetes de combustible sólido en la parte inferior para garantizar la separación con la segunda fase. El control de actitud se realiza mediante el movimiento completo de los motores.

La segunda etapa tiene 3,9 m de longitud y 2,5 m de diámetro. Incluye un motor principal RD-0235/15D113 (240 kN y 320 s) y un vernier RD-0236/15D114 (15,76 kN y 293 s) de cuatro cámaras. También incorpora cuatro cohetes sólidos para asegurar la separación con la carga útil. La separación de la segunda etapa es del tipo “semicaliente”, al igual que la mayoría de misiles con propergoles hipergólicos: primero se encienden los vernier, cuyos gases escapan por unos orificios situados en la sección de la primera etapa que conecta la segunda fase. Después se separa la primera etapa y entonces se enciende el motor principal RD-0235. El sistema de control es similar al empleado en el ICBM R-36M (SS-18 Satán), diseñado por Vladímir Sergeyev de la NII-692.

La etapa superior Briz-K (14S12) fue desarrollada por Khrúnichev para el Rokot, pero a mediados de los 90 se decidió sustituirla por una variante basada en la Briz-M (14S43) del cohete Protón para ahorrar costes. Esta nueva variante se denominaría Briz-KM (14S45) y es básicamente una versión menor de la Briz-M sin el tanque anular característico de ésta. El desarrollo de la Briz-KM -o Breeze KM, como se conoce en el mercado internacional- se financió en parte durante el periodo 1997-1998 gracias al acuerdo que firmó Motorola para lanzar veinte Rockot con dos satélites Iridium cada uno, acuerdo que posteriormente no vería la luz.

La Briz-KM tiene una longitud de 2654 mm y un diámetro de 2490 mm. Posee una masa en seco de 1600 kg, a los cuales hay que sumar 3300 kg de ácido nítrico y 1665 kg de UMDH. Emplea un motor principal S5.98 M (14D30) de 20 kN de empuje y 325,5 s de impulso específico, así como cuatro pequeños impulsores vernier 11D458 (de 40 kgf e Isp de 252 s) y doce 17D58E (de 1,36 kgf e un Isp de 247 s) para maniobras. Estos impulsores fueron diseñados por la empresa KBKhM A. M. Isayev, actualmente integrada en Khrúnichev y son similares a los empleados en los motores de maniobra de la nave TKS y sus variantes (incluyendo los módulos 77K de la Mir o el Zaryá de la ISS). El motor 14D30 es un derivado del S5.92 empleado en la etapa superior Fregat y puede encenderse hasta en 8 ocasiones durante cada misión.

La Briz-KM tiene tres baterías de plata-zinc que duran unas 7 horas y puede cambiar el plano orbital de su carga útil hasta 10º, ofreciendo un rango de órbitas mayor que el permitido por el azimut del cosmódromo. El primer lanzamiento de un Rokot con la etapa Briz-KM se produjo el 16 de mayo de 2000. La combinación Rokot/Briz-K aparece bajo la denominación Rokot-K y la Rockot/Briz-KM como Rokot-KM.

La cofia (GO según sus siglas en ruso), también fabricada por Khrúnichev, tiene un espacio útil interno de 1,8 m de altura y 8,8 m3. Su armazón es de aluminio, recubierto por una estructura de fibra de carbono. Sus dimensiones son de 6,7×2,5 m y emplea motores sólidos para su separación.

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Cofia y etapa Briz-KM del Rokot (Eurockot).

El lanzamiento 

El cohete se traslada de forma similar al misil UR-100NU, dentro de un contenedor, denominado TPK (Transportno-Puskovoi Konteiner/Транспортно-Пусковой Контейнер, ТПК), “contenedor de transporte y lanzamiento”.

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Contenedor TPK del Rokot.

El TPK llega al Área 133 de Plesetsk en posición horizontal y es colocado en vertical sobre la rampa. La modificación del Área 133 (11P865PR) para dar cabida al Rockot fue obra de la empresa KBTM de Moscú. Igualmente fue modificado para el programa Rockot el edificio de montaje 32T (MIK 130 ó 11P568R) del Área 32 destinado al Tsiklon-3, dotándolo de una habitación limpia de estilo occidental, así como otras mejoras. El primer lanzamiento de un Rockot (con Briz-K) desde Plesetsk se produjo el 24 de diciembre de 1999 y se saldó en fracaso. La rampa de lanzamiento del Área 133 incluye una torre de servicio móvil, un mástil fijo con umbilicales al que se acopla el TPK y un anillo de lanzamiento donde se instala el TPK -parecido al del Kosmos 3M- con capacidad de giro para ajustar el azimut.

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Esquema del cosmódromo de Plesetsk y las instalaciones del Rockot (Eurockot).
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Plano del MIK 103 (Eurockot).
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rampa 3 del Área 133 (eurockot).

El TPK con las dos primeras etapas es transportado en ferrocarril en horizontal hasta el Área 133 y después se coloca en posición vertical apoyado en el mástil de servicio fijo. La carga útil llega por lo general en un Antonov An-124 al aeropuerto de Talagi, en Arkhangelsk, y de allí es transportada hasta Plesetsk por ferrocarril, aunque cabe la posibilidad de utilizar el aeropuerto Pero de la ciudad de Mirny, junto al cosmódromo. Tras ser integrada en el MIK 130, la carga útil con la etapa Briz-KM y la cofia se transporta en vertical mediante ferrocarril. Al llegar al Área 133 se integra en posición vertical con el cohete en el TPK usando las grúas de la torre de servicio. La torre incluye unas puertas que permiten mantener en buen estado el cohete con la carga útil en cualquier condición meteorológica.

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Traslado de la carga útil (Eurockot).
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Esquema de la rampa de lanzamiento y la operación de integración de la carga útil con el cohete (Eurockot).

Debido a la presencia de zonas pobladas, el cohete sólo puede despegar en seis direcciones (azimut) diferentes, correspondientes a seis órbitas distintas, aunque puede luego cambiar su plano orbital gracias a la etapa Briz-KM:

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Preparaciones antes del lanzamiento (Eurockot/Khrunichev).
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Fases del lanzamiento (Eurockot/Khrunichev).
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Trayectoria de lanzamiento (Eurockot/Khrunichev).
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Órbita de Swarm (Eurockot/Khrunichev).
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Configuración de lanzamiento (EADS Astrium).
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Recreación artística de la separación de Swarm de la Briz-KM (ESA).
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Detalle de un satélite Swarm en configuración de lanzamiento (ESA).
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Los tres Swarm (ESA).
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Los Swarm tras su llegada a Plesetsk (ESA).
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Los satélites en Plesetsk (ESA).
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Integración de los tres satélites (ESA).
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Cofia del cohete (ESA).
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Inserción en la cofia (ESA).
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La carga útil unida a la Briz-KM (ESA).
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Contenedor TPK con las dos primeras etapas del Rokot (ESA).
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Traslado de la carga útil a la rampa (ESA).
SWARM on Rockot launcher
Se coloca la carga útil sobre el cohete (ESA).
SWARM on Rockot launcher
Rampa de lanzamiento en el Área 133 (ESA).
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Lanzamiento (ESA).

Vídeo sobre los preparativos del lanzamiento:

[youtube]http://youtu.be/EmpLE-Wpkho[/youtube]

Vídeo del lanzamiento:

[youtube]http://youtu.be/Q69S1h9mbzM[/youtube]

 



7 Comentarios

  1. Me he chupado el launch event completo de la ESA. Son dos horas pero se hace muy entretenido ya que hay entrevistas, conexiones con Plestek, el ESOC, etc.

    El tema de la caida de la intensidad del campo magnético es fascinante y sus posibles efectos sobre la Tierra da un poco de miedo.

  2. La misión es muy interesante, yo creo qu eno ha habido una oportunidad semejante de estudiar el campo magnético de l aTierra con tanto detalle a lo largo de unos años.

    Y también puedo decir que son los satélites más raros que se han construido, podrían ser naves de la Guerra de la Guerra de las Galaxias 😀

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Por Daniel Marín, publicado el 22 noviembre, 2013
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