La sonda europea ExoMars TGO comienza sus observaciones científicas

Por Daniel Marín, el 28 abril, 2018. Categoría(s): Astronáutica • ESA • Marte • Sistema Solar ✎ 53

La sonda ruso-europea ExoMars TGO (Trace Gas Orbiter), también conocida como ExoMars 2016, ya está situada en su órbita final alrededor de Marte y ha comenzado sus observaciones científicas. TGO fue lanzada el 14 de marzo de 2016 y llegó al planeta rojo el 19 de octubre de 2016, cuando encendió su motor principal para situarse en órbita (y, de paso, también llevó a la malograda sonda Schiaparelli hasta Marte). Pero esta primera órbita era, como suele suceder, altamente elíptica, con un periastro de 250 kilómetros de altura, un apoastro de 98.000 kilómetros y un periodo de cuatro días. El problema es que este tipo de órbita no permite la observación de la superficie y atmósfera marcianas durante un periodo largo de tiempo. Por este motivo la TGO primero ha tenido que cambiar sus parámetros orbitales hasta alcanzar una órbita circular de 400 kilómetros de altura con un periodo de dos horas. Pero no ha sido una aventura fácil.

a (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
Primera imagen de la cámara CaSSIS desde la órbita científica de TGO. Se trata del borde del cráter Korolev, de 80 kilómetros de diámetro (ESA/Roscosmos/CaSSIS).

Para reducir la altura de la órbita la sonda hubiera podido usar su propio combustible, pero existe una alternativa mejor, y es emplear el rozamiento con la tenue atmósfera marciana para alcanzar una órbita circular, una técnica usada por primera vez por la sonda Mars Global Surveyor de la NASA en 1997. Este proceso permite ahorrar combustible, pero la pega es que es muy largo y, además, no es uniforme, puesto que el rozamiento atmosférico varía fuertemente según la actividad solar o las tormentas de polvo. Afortunadamente esta no es la primera misión de la ESA que lleva a cabo semejante maniobra, ya que la agencia espacial pudo «practicar» previamente con la sonda Venus Express. Pero antes de comenzar aerofrenado el primer paso de la TGO fue ajustar la inclinación de la órbita, de 7º a 74º, de tal forma que la sonda pudiese cubrir la mayor parte de la superficie marciana. Esto se consiguió gracias a tres encendidos realizados los días 19, 23 y 27 de enero de 2017. Un encendido adicional el 5 de febrero redujo el periastro de 250 kilómetros a 210 kilómetros.

Modificación de la inclinación de l aórbita de 7º a 74º (ESA/C. Carreau).
Modificación de la inclinación de la órbita de 7º a 74º en enero de 2017 (ESA/C. Carreau).
La sonda Exomars TGO durante el aerofrenado (ESA).
La sonda Exomars TGO durante el aerofrenado (ESA).

Finalmente TGO quedó en una órbita de unos 200 x 33.475 kilómetros, lista para comenzar el aerofrenado. En marzo de 2017 ExoMars TGO encendió brevemente sus instrumentos para comprobar que funcionaban correctamente y permitir su calibración, aunque todavía le quedaba un año para alcanzar la órbita final. Entre el 15 de marzo y el 7 de abril la nave efectuó siete encendidos —denominados PLM (Pericentre Lowering Manoeuvres)— para reducir todavía más su periastro hasta los 150 kilómetros primero y, luego, hasta los 113 kilómetros, una altura lo suficientemente baja para hacer posible el aerofrenado. Por eso la fecha del 15 de marzo se considera el comienzo del aerofrenado de la TGO. Conviene señalar que el aerofrenado de la atmósfera marciana es muy débil y solo puede reducir la velocidad orbital en unos 17 mm/s por cada órbita.

Imagen de Noctis Labirybthus tomada por la cámara CaSSIS en marzo de 2017 (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
Imagen estereográfica de Noctis Labyrinthus tomada por la cámara CaSSIS en noviembre de 2016 (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
Nubes de hielo de agua sobre la región de Tharsis vistas por la cámara CaSSIS en noviembre de 2016 (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
Nubes de hielo de agua sobre la región de Tharsis vistas por la cámara CaSSIS en noviembre de 2016 (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
Funcionamiento de los distintos instrumentos de TGO en función de la órbita (ESA).
Funcionamiento de los distintos instrumentos de TGO en función de la órbita (ESA).
El cráter Mellish visto en marzo de 2017 por CaSSIS (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
El cráter Mellish visto en marzo de 2017 por CaSSIS (ESA/Roscosmos/CaSSIS).

El 25 de junio de 2017 la sonda suspendió sus maniobras de aerofrenado durante dos meses mientras Marte pasaba cerca del Sol visto desde la Tierra, una geometría —que recibe el nombre de conjunción— que impide las comunicaciones con la nave. Para entonces el periodo de su órbita ya era de casi 14 horas. El aerofrenado se reanudó en agosto y el 16 de noviembre la sonda ya había reducido su periastro por debajo de la órbita de Fobos. Por supuesto, el control de misión se aseguró de que la luna más grande Marte estuviese en el otro lado del planeta cuando la sonda pasaba por la órbita para evitar cualquier colisión o perturbación por culpa de Fobos.

Reducción del periodo de la órbita de TGO durante los primeros meses de aerofrenado. En azul la variación real, en rojo la prevista (ESA).
Reducción del periodo de la órbita de TGO durante los primeros meses de aerofrenado. En azul la variación real, en rojo la prevista (ESA).
Uno de los expertos en dinámica de vuelo de la misión señalando las distintas órbitas de aerofrenado de la TGO (ESA).
Uno de los expertos en dinámica de vuelo de la misión señalando las distintas órbitas de aerofrenado de la TGO (ESA).

El 30 de enero de 2018 la Delta-V acumulada debida al aerofrenado ya era de 781,5 m/s, una energía que, recordemos, le ha salido gratis a la sonda. La órbita ya era de 110 x 2.700 kilómetros solamente y el periodo alcanzaba las 2 horas y 48 minutos. El 20 de febrero la TGO realizó su última maniobra de aerofrenado. Una vez finalizada se encendieron los propulsores durante 16 minutos para elevar el periastro hasta 200 kilómetros (con un apoastro de 1.047 kilómetros), por encima de la atmósfera del planeta. En total, la ExoMars TGO ha efectuado 952 vueltas de aerofrenado alrededor de Marte.

Aerofrenado de Exomars TGO (ESA).
Aerofrenado de ExoMars TGO (ESA).

Una vez finalizada la etapa de aerofrenado quedaba circularizar la órbita para comenzar la fase de observaciones científicas continuadas. Este hito se alcanzó el 9 de abril de 2018. Los instrumentos científicos de la nave ya están funcionando desde entonces y el 15 de abril la cámara CaSSIS tomó la imagen que abre esta entrada, hecha pública el 26 de abril. No es, a pesar de lo que se ha comentado en algunos medios, la primera imagen de Marte de la TGO desde la órbita, pero sí es la primera desde la órbita de trabajo casi circular de 400 kilómetros de altura (en realidad de unos 370 x 420 kilómetros).

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Primera imagen de CaSSIS desde la órbita científica (ESA/Roscosmos/CaSSIS).
Cráter Korolev (Google Earth).
Cráter Korolev (Google Earth).

Ha sido un largo camino para la sonda ExoMars TGO, pero ya está al fin en su órbita científica. Ahora puede comenzar a estudiar Marte a fondo, sobre en todo lo que respecta a la composición atmosférica (¡metano!). Veremos qué sorpresas nos revela durante los próximos años.



53 Comentarios

  1. Parece un poco tibio el ahorro de combustible con el aerofrenado aplicado así. Yo no sé si termina siendo muy beneficioso considerando el acondicionamiento de la nave para poder realizar aerofrenado, el combustible utilizado en las maniobras y mayor duracion de la inserción en la orbita cientifica.
    Quizá para una sonda más grande o con un acercamiento más agresivo sí sea un factor determinante de ahorro.

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Por Daniel Marín, publicado el 28 abril, 2018
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