¡Rosetta se ha despertado! (historia de un explorador de cometas)

Por Daniel Marín, el 20 enero, 2014. Categoría(s): Astronáutica • ESA • General • Rosetta • Sondasespaciales ✎ 66

La agencia espacial europea (ESA) ha despertado hoy 20 de enero de 2014 a las 10:00 UTC a la sonda Rosetta después de una hibernación de 31 meses. La señal confirmando su activación exitosa se recibió unas seis horas más tarde, a las 18:19 UTC. El próximo agosto la sonda debe entrar en órbita alrededor del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko y en noviembre se espera que la pequeña subsonda Philae se pose en la superficie. Será la primera vez que un artefacto humano orbite y aterrice un núcleo cometario y la culminación de una misión que lleva diez años en el espacio.

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La sonda Rosetta y el aterrizador Philae (ESA).

Para poder alcanzar al cometa Churyumov-Gerasimenko, Rosetta ha tenido que viajar casi más allá de la órbita de Júpiter, todo un récord para una sonda dotada de paneles solares. Pero precisamente por culpa de la falta de luz solar y las frías temperaturas del Sistema Solar exterior ha sido necesario apagar la mayoría de sistemas de la nave con el fin de garantizar su correcto funcionamiento. El 8 de junio de 2011 Rosetta fue puesta en hibernación, algo que nunca se había intentado antes en una misión de este tipo. Todos los sistemas de la nave dejaron de funcionar con excepción del ordenador de a bordo con los ‘relojes despertadores’ y algunos calefactores. La sonda comenzó a girar sobre sí misma, asegurando así su estabilidad en ausencia de cualquier tipo de intervención humana.

Con el fin de garantizar que la sonda pueda despertarse sin problemas, la nave incluye cuatro relojes redundantes. La señal para la activación se genera cuando al menos dos de los relojes finalizan la cuenta atrás hasta cero. Una vez que la sonda estuvo despierta, el primer paso fue calentar los instrumentos encargados la navegación -sensores estelares- hasta una temperatura óptima de 30º C para permitir que la nave pueda saber exactamente cómo está orientada con respecto a la bóveda celeste. El siguiente paso fue frenar la rotación -una vuelta cada minuto y medio- mediante los propulsores secundarios -la nave cuenta con 24 propulsores de 10 newton de empuje para esta tarea- con el fin de orientarse en los tres ejes, una maniobra necesaria para poder apuntar los paneles solares de 32,7 metros de envergadura hacia el Sol. Aunque los paneles pueden generar hasta 8700 W de potencia eléctrica, a la distancia a la que se encuentra actualmente la sonda apenas llega un 4% de la luz que baña la Tierra, por lo que la potencia se reduce a 395 W.

Cuando se logró asegurar el flujo de electricidad la sonda de tres toneladas pudo apuntar a la Tierra su antena de alta ganancia de 2,2 metros de diámetro y transmitir una señal confirmando su activación. Desde las 14:35 UTC la antena de 70 metros de Goldstone (NASA DSS-14) comenzó a observar la región del cielo donde está Rosetta por si acaso. El transmisor en banda S de la Rosetta fue activado a las 17:00 UTC aproximadamente para mandar la señal, que fue recibida a las 18:19 UTC por la antena de Goldstone tras recorrer los 800 millones de kilómetros que nos separan de la sonda. El control de la misión situado en el ESOC (European Space Operations Centre) de Darmstadt (Alemania) sería el encargado de anunciar oficialmente la recepción de la señal. Posteriormente se mandó a la nave la orden para que envíe su telemetría. Todo el proceso, desde la activación hasta el envío de la señal, ha durado unas seis horas. La ventana de comunicaciones de hoy duraba hasta las 18:30 UTC. De no haberse establecido contacto, la sonda estaba programada para repetir todo el proceso de activación.

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Simulación de la señal que confirma que la sonda se ha despertado (ESA).

La misión Rosetta fue aprobada en enero de 1985 como la lógica sucesora de la exitosa sonda Giotto que sobrevoló el cometa Halley en 1986. Fue seleccionada como parte del programa Horizonte 2000 de la ESA y en principio era una misión de retorno de muestras. La misión, conocida como Comet Nucleus Sample Return Mission (CNSR), debía haber contado con la participación de la NASA. La agencia norteamericana estaba planeando por entonces lanzar la misión CRAF (Comet Rendezvous and Asteroid Flyby) para estudiar de cerca un cometa. CRAF sería la segunda misión que usaría el diseño Mariner Mark II después de la misión Cassini a Saturno, pero los sobrecostes amenazaban con llevarse por delante todo el programa. La participación de la ESA se consideró clave para salvar el proyecto. A finales de 1985 la sonda fue bautizada como Rosetta en referencia a la famosa piedra del mismo nombre que permitió descifrar los jeroglíficos egipcios. No en vano, los cometas son auténticas piedras de Rosetta que resultan claves para comprender el origen del sistema solar.

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Diseño original de la sonda CNSR entre ESA y NASA, básicamente una sonda Mariner Mark II con un tren de aterrizaje y una cápsula europeos (ESA).
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Otra vista de la sonda Rosetta CNSR (ESA).

A finales de los 80 se concretaron los detalles de la misión Rosetta Comet Nucleus Sample Return (CNSR) entre la ESA y la NASA. El diseño general de la sonda se completó en 1991. La nave estaría formada por una sonda CRAF remozada, de tal forma que la estructura principal sería la sonda Mariner Mark II suministrada por la NASA con los sistemas de propulsión, la aviónica, los generadores de radioisótopos RTG y varios instrumentos principales. La ESA se encargaría del tren de aterrizaje cometario dotado de un taladro y la cápsula para el retorno de muestras. Según el plan original, Rosetta despegaría mediante un cohete Titán IV y, después de realizar un sobrevuelo de la Tierra, alcanzaría el cometa elegido varios años después, donde aterrizaría para estudiarlo y recoger muestras. Completada su misión, la sonda ‘despegaría’ del cometa, dejando el tren de aterrizaje europeo en el núcleo. La cápsula con las muestras entraría en la atmósfera terrestre dos años y medio más tarde. Se estudió llevar a cabo la misión Rosetta CNSR como una variante de la misión CRAF o como una misión separada, pero la agencia espacial norteamericana no estaba nada convencida con ninguna de las dos propuestas.

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Otro diseño de la sonda Rosetta CNSR creada entre ESA y NASA (ESA).

En 1992 la NASA canceló la sonda CRAF y un año después se retiró de la misión Rosetta, por lo que la ESA tuvo que simplificar drásticamente sus planes. Después de flirtear durante un tiempo con la posibilidad de mantener la capacidad de traer muestras a la Tierra usando propulsión iónica, finalmente Rosetta estaría formada por un simple orbitador de 3000 kg (810 kg sin combustible) de fabricación europea alimentado por paneles solares que usaría la plataforma de un satélite de comunicaciones para ahorrar costes. El cohete elegido para lanzar la nave sería el Ariane 5. Se mantuvo la opción de añadir un pequeño aterrizador o penetrador de superficie si el presupuesto lo permitía.

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Diseño híbrido de Rosetta con propulsión iónica. En la parte superior se aprecia la cápsula de retorno de muestras (ESA).

En 1994 la ESA anunció que la sonda llevaría dos pequeños aterrizadores de 45 kg cada uno. El DLR alemán propuso la sonda RoLand (Rosetta Lander), mientras que el CNES francés optó por el aterrizador Champollion, diseñado conjuntamente con la NASA. Originalmente RoLand tenía forma cilíndrica, pero posteriormente se adoptó una configuración pentagonal. Por su parte, Champollion debía tener una estructura muy parecida, pero con forma hexagonal. En verano de 1996 la NASA se retiró de Champollion, por lo que el CNES francés se sumó a la propuesta RoLand para crear un único aterrizador de mayor tamaño y unos 100 kg de masa. El vehículo, conocido inicialmente como Rosetta Lander, sería bautizado como Philae en honor a la isla egipcia del mismo nombre donde se descubrió la Piedra de Rosetta original. Philae terminaría por tener una masa de 98 kg, de los cuales 26,7 kg serían instrumentos científicos.

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Diseño original del aterrizador RoLand para Rosetta (ESA).
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Diseño original de Champollion (ESA).
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Aspecto definitivo de RoLand (ESA).
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Representación artística de Philae sobre el cometa (ESA).
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Philae ya vez construido (ESA).

A principios de 1999 se pensó en resucitar la sonda Champollion como parte de una misión de bajo coste franco-norteamericana llamada Deep Space 4 para aterrizar en el cometa Wild 2 en 2006 y traer muestras de su superficie. Aunque se simplificó la misión y se decidió no retornar muestras, la misión, que formaba parte del programa New Milennium de la NASA, duró poco y sería cancelada a finales de 1999.

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Recreación artística de la misión Deep Space 4 entre CNES y NASA que debía haber usado el aterrizador Champollion de Rosetta (NASA).

El objetivo elegido inicialmente para Rosetta fue el 67P/Churyumov-Gerasimenko, un cometa de cuatro kilómetros de diámetro descubierto en 1969. Probablemente originario del Cinturón de Kuiper, este cometa se formó hace 4600 millones de años y tarda 6,6 años en dar una vuelta al Sol. Cuando finalmente se decidió lanzar la sonda en 2003 hubo que elegir otro cometa de periodo corto, por lo que se optó por el 73P/Schwassmann-Wachmann 3. Lamentablemente, este cometa comenzó a desintegrarse en 1995, así que se decidió enviar la sonda al 46P/Wirtanen. Estaba planeado que Rosetta alcanzase este cometa en 2011 después de realizar dos sobrevuelos de la Tierra y uno de Marte, pero un fallo en el cohete Ariane 5 obligó a posponer el lanzamiento un año. Otra vez fue necesario cambiar de cometa. El ganador sería el 67P/Churyumov-Gerasimenko, paradójicamente el objetivo inicial de la misión. Todos estos cometas tienen en común una órbita que apenas está inclinada con respecto a la eclíptica -el plano orbital de la Tierra-, por lo que pueden ser visitados por Rosetta sin gastar mucho combustible. El coste total de la misión sería de mil millones de euros.

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La sonda Rosetta y el aterrizador Philae durante su montaje (ESA).
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Fotografía de Marte desde Philae tomada durante el sobrevuelo de 2007. Se aprecia la estructura de la sonda (ESA).
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Asteroide Lutetia (ESA).
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Asteroide Šteins (ESA).
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La Tierra vista desde Rosetta durante el sobrevuelo de 2009 (ESA).
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Las luces del hemisferio nocturno de la Tierra. A la derecha África y Europa. India en el centro (ESA).

Rosetta fue lanzada el 2 de marzo de 2004 mediante un cohete Ariane 5G+, pero para alcanzar su objetivo ha tenido que realizar varias maniobras de asistencia gravitatoria. En total ha sobrevolado tres veces la Tierra (el 4 de marzo de 2005, el 3 de noviembre de 2007 y el 12 de noviembre de 2009) y una vez Marte (25 de febrero de 2007). Para entretenerse, la sonda ha aprovechado este periplo y ha sobrevolado dos asteroides, el 2867 Šteins en septiembre de 2008 y el 21 Lutetia en julio de 2010, por lo que podemos decir que, desde el punto de vista científico, la misión ya ha sido un éxito.

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Trayectoria de Rosetta (ESA).

A diferencia de otras misiones que han estudiado cometas durante un fugaz sobrevuelo (Giotto, VeGa, Stardust, Deep Impact/EPOXI o Deep Space 1), Rosetta estudiará el cometa Churyumov-Gerasimenko -apodado Chury por algunos científicos- hasta diciembre de 2015 como mínimo. Usará para ello un total de 21 instrumentos científicos (tres de ellos suministrados por la NASA), de los cuales 11 están situados en la sonda y el resto en Philae. Para el gran público, no cabe duda de que la cámara OSIRIS será la gran protagonista.

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Instrumentos científicos de Rosetta (ESA).
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Localización de los instrumentos científicos  de Rosetta (ESA).
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Instrumentos científicos de Philae (ESA).
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Philae (ESA).
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El arpón que clavará Philae para asentarse en la superficie cometaria (ESA).

A partir de hoy, la sonda encenderá todos sus sistemas e instrumentos progresivamente. El 28 de marzo se procederá al encendido de Philae y se espera que todos los sistemas de la nave estén plenamente activos en abril. El 21 de mayo, Rosetta realizará una maniobra orbital cuando se encuentre a dos millones de kilómetros de Chury para frenar su velocidad. Durante las semanas siguientes llevará a cabo hasta nueve maniobras menores para corregir su velocidad y trayectoria de tal forma que el próximo 6 de agosto se acerque al cometa a unos cien kilómetros de distancia mientras viaja a 2 m/s de velocidad relativa con respecto al núcleo, lo que permitirá una correcta inserción orbital. La sonda deberá determinar su situación de forma autónoma con respecto al cometa en la fase final de la aproximación, ya que solamente conocemos la posición de Chury con una precisión de diez mil kilómetros. La primera órbita tendrá una altura de unos cien kilómetros, que pronto se reducirán a cincuenta una vez el control de la misión determine que es seguro. La órbita de trabajo estará situada a unos 25 kilómetros de altura.

El aterrizaje de Philae en noviembre requerirá que la sonda reduzca su órbita hasta alcanzar los 2,5 km de altura. La zona de aterrizaje tendrá una superficie de un kilómetro cuadrado aproximadamente y el descenso, que durará una media hora, será totalmente automático por culpa del retraso en las comunicaciones. Philae se separará de Rosetta a 0,05-0,5 m/s y aterrizará con una velocidad no superior a la de una persona andando y se anclará en la superficie usando una especie de arpón, ya que la débil gravedad cometaria no permite un aterrizaje firme. Al mismo tiempo que se dispara el arpón, un propulsor situado en la parte contraria empujará a Philae contra la superficie para evitar que salga volando por efecto del retroceso. Su misión primaria estará dictada por la duración de las baterías, que durarán 64 horas. Aunque dispone de paneles solares, los científicos no saben cuánta potencia podrán proporcionar en el polvoriento medioambiente cometario, pero esperan que aguante varias semanas o meses. Durante todo este tiempo, Philae emitirá en banda S y mandará los datos a la Tierra a través de Rosetta. El instrumento estrella de Philae será su taladro, capaz de perforar el núcleo hasta 20-30 cm de profundidad.

Los datos de Rosetta nos permitirán saber, entre otras muchas cosas, si la composición isotópica del hielo de Churyumov-Gerasimenko es similar al de la Tierra, un dato que reforzaría el origen cometario del agua de los océanos terrestres. O si las sustancias orgánicas del cometa son preferentemente levógiras o dextrógiras. 2014 es el año en el que Rosetta nos desvelará los secretos del cometa Churyumov-Gerasimenko. ¿Estás preparado?

Vídeo sobre la misión:

[youtube]http://youtu.be/spVbLXJa5VA[/youtube]

Vídeo sobre el despertar de Rosetta:

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

Vídeo de Rosetta orbitando el cometa:

[youtube]http://youtu.be/YJkuY4hDNns[/youtube]

¿Quieres saber dónde está Rosetta y cómo ha sido su viaje? Pincha en este enlace.



66 Comentarios

  1. Hola. ¿Por qué se mantiene la sonda en rotación durante la hibernación y viaje? Luego se detenie pero se vuelve a poner a girar pero más lentamente. Gracias.

    1. Tengo entendido que el motivo es porque rotando la trayectoria que sigue la sonda es mas estable, y por lo tanto se puede determinar con mayor precisión su ubicación al momento de despertarse.
      El motivo por el que frena, según lo explicado por Daniel y por lo que se ve en el video, es para orientar los paneles hacia el sol. Esto es necesario ya que durante el período de hibernación la sonda cambió su posición relativa respecto al sol, pero estos no fueron corrigiendo su orientación ya que justamente la sonda estaba dormida.
      Volviendo a lo primero, el fondo de l acuestión de porque es mas estable la trayectoria mientras la sonda gira, no estoy seguro, intiutivamente me resulta algo lógico, pero desde el punto de vista físico si alguien lo pudiera explicar me sacaría a mi también de la duda… Tiene que ver con el momento angular? o para que la fuerza de gravedad actúe de forma mas pereja en la sonda?

      1. Un satélite que rota es más estable por el principio de conservación del momento angular y no necesita de ningún sistema activo para estabilizarse, a diferencia de un satélite orientado en tres ejes. Saludos.

  2. Con “éxito ecológico” quería decir simplemente que me parece increíble que un aparato eléctrico, eso es la sonda, haya podido funcionar tan lejos del Sol utilizando únicamente paneles solares. Efectivamente en el espacio exterior hay tanta radiación ionizante que no pasa nada por una pila de plutonio. Bueno, sí, algunas personas pueden asustarse si les dicen que el lanzamiento puede salir mal. Para lo que si puede valer la sonda es para publicitar la energía solar en nuestra Sociedad porque demuestra que no es tan ineficiente. La sonda ha funcionado donde sólo funcionaban las “sondas nucleares”.

    1. Y hay que tener en cuenta que los paneles solares de la sonda Rosetta son de la generación de hace 10 o 15 años, el rendimiento de unos paneles solares actuales es muy superior.

      Muy bien por la ESA, desarrollando misiones avanzadas con tecnologías limpias.

      1. ¿Tecnologías limpias? No existen “tecnologías limpias”. Toda tecnología humana “contamina” en mayor o menor grado. Veo que hay mucha obsesión ecologista con la energía solar, pero la fabricación de los paneles también deja sus residuos (pocos, pero deja).

        En la producción de un panel solar se producen residuos, como partículas de NOx, SO2, CO2 etc. La emisión de polvo de sílice es uno de los inconvenientes de su producción. La purificación del silicio implica el uso de materiales tales como xilano, y es preciso usar también pequeñas cantidades de compuestos tóxicos, tales como diborano y fosfina, además de agentes agresivos como el ácido sulfúrico. Todo esto es común a la industria metalúrgica y electrónica.

        Y ello por no hablar del combustible más habitual para las tareas de control de posición en las naves espaciales, la hidrazina, que si bien tiene un gran rendimiento para su función es también una sustancia altamente tóxica.

        Por otro lado, el uso de paneles solares en misiones espaciales en el sistema solar interior es práctico, pero cuando quieres ir a Júpiter y más allá, o bien usas enormes paneles que te obligan a reducir la masa útil de la misión, o bien no te queda otra que usar sistemas RTG (generadores termoeléctricos de radioisótopos) siempre que dispongas del combustible (plutonio-238 o mejor americio-241).

        La ESA no está usando paneles solares en sus misiones al espacio profundo porque sea especialmente ecologista, sino porque no le queda otra: simplemente, no dispone ni de plutonio ni de americio. Esos materiales radiactivos que tan útiles le serían están disponibles sólo en pequeñas cantidades y en las celosas manos de los estados europeos que disponen de reactores nucleares militares y civiles. Sería necesario que en Europa hubiese una única autoridad nuclear federal (como en EEUU) que administrase esos recursos en exclusiva y los pusiese a disposición de la agencia. Pero no creo que eso vaya a pasar, al menos mientras británicos y franceses sigan creyendo ser “grandes potencias”.

        1. Si no hay “tecnologías limpias”, habrá desde “tecnologías un poco sucias” hasta “tecnologías cochinas”.

          Espero que para cuando la sonda JUICE cumpla su misión en el sistema joviano, la ESA tenga aceptada una misión con paneles solares para “más allá de Júpiter” (y que lo podamos comentar aquí).

          1. La ley de la inversa del cuadrado de la distancia es muy jodida. Yo espero (y veo más probable) que esa misión lleve RTGs rusos o (soñar es gratis) ASRGs europeos.

          2. Pues yo espero que la ESA, la NASA y RosKosmos colaboren en el uso de RTG o que Francia, RU y EEUU se pongan las pilas y empiecen a producir el plutonio -238 o el americio-241 que se necesitará en las próximas décadas para misiones al sistema solar exterior. Más que nada porque me gustaría ver misiones automáticas a Europa, Ganimedes o Titán antes de pasar a mejor vida. Y sobre todo porque sólo con sistemas nucleares será posible enviar vehículos pesados, aterrizadores, etc.

            Es sencillamente imposible enviar sondas alimentadas por energía solar a Saturno o a Neptuno. Y la superioridad de los sistemas RTG para las misiones al espacio profundo sobre los sistemas de energía solar queda de manifiesto con citar un solo caso (aunque podríamos citar más): VOYAGER.

  3. Enhorabuena ESA. Ahora a esperar los resultados.

    Como cosa curiosa, deciros que un radioaficionado frances , ¡con sus propios medios! ha recibido el despertar de Rosetta. Os dejo el enlace donde podeis leer y ver parte de sus medios (envidia cochina me da…ya me gustaria tener semejante “antenita”)
    http://www.ure.es/component/docman/cat_view/179-microondas/180-.html?orderby=dmdate_published
    (Pinchais en el enlace y hay un pdf con la info)

    Saludos

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