La sonda japonesa SLIM y por qué es tan difícil sobrevivir a la noche lunar

Por Daniel Marín, el 30 marzo, 2024. Categoría(s): Astronáutica • blog • Japón • Luna ✎ 40

Recientemente la agencia espacial japonesa JAXA anunció que la sonda espacial SLIM había sobrevivido a su segunda noche lunar. El 19 de enero de 2024 a las 15:20 UTC SLIM hizo historia al convertirse en la primera sonda japonesa que aterrizó en la superficie lunar, aunque de forma un tanto movida: uno de los dos motores falló durante el descenso y la tobera se desprendió a unos 50 metros de altitud, provocando una velocidad lateral y de giro no prevista que terminó con el morro de la sonda clavado en el suelo. No obstante, la misión cumplió con la mayoría de sus objetivos —el principal era demostrar un aterrizaje de precisión en una zona predeterminada con antelación— y el 31 de enero se transmitió la orden de hibernación a la nave de cara a la noche lunar. Previamente se transmitió la última imagen del primer día lunar, en la que ya se veían largas sombras proyectadas por las rocas con el Sol bajo en el horizonte.

Imagen de la zona del cráter Shioli tomada antes de la primera noche lunar de SLIM (JAXA).

SLIM no fue diseñada para sobrevivir a la gélida noche de nuestro satélite y todos esperaban que sucumbiera a las bajas temperaturas, del mismo modo que la sonda india Chandrayaan 3 fue incapaz de despertar el año pasado tras completar su misión de un día selenita. Más recientemente, el módulo lunar estadounidense Nova-C Odysseus de la misión IM-1 tampoco fue capaz de sobrevivir a la noche después de finalizar una azarosa misión en la que cayó de costado durante el aterrizaje. En cualquier caso, el 15 de febrero el Sol volvió a salir en la zona de aterrizaje de SLIM, al este del cráter Shioli (13,31549º sur, 25,24889º este), y una semana más tarde, con la región suficientemente iluminada, la JAXA comenzó a intentar comunicarse con la sonda. El 25 de febrero a las 10:00 UTC aproximadamente, contra todo pronóstico, la sonda respondió. Después de todo, había podido aguantar el frío de la noche, aunque no mandó datos debido a las altas temperaturas del mediodía. El 21 de febrero JAXA publicó una imagen de la cámara de navegación tomada por SLIM en su segundo día lunar. Más adelante se hizo pública otra foto con el Sol mucho más bajo.

Imágenes tomadas en distintos momentos del segundo día lunar de SLIM (JAXA).
SLIM cabeza abajo vista por el pequeño robot LEV-2 el 19 de enero de 2024. Solo tiene una de las toberas (JAXA).
Nombres de rocas de la zona de aterrizaje. Sí, son nombres de razas caninas (JAXA, RITSUMEIKAN UNIVERSITY, THE UNIVERSITY OF AIZU).

A pesar de que se intentó usar la cámara MBC (Multiband Spectroscopic Camera), esta no funcionó bien y probablemente resultó dañada por las bajas temperaturas de la noche. El 28 de febrero a las 18:00 UTC el Sol se puso en la zona del cráter Shioli una vez más. El 25 de marzo, con el Sol otra vez lo suficientemente elevado, JAXA volvió a comunicarse con SLIM. La sonda respondió, demostrando que había sobrevivido a su segunda noche lunar, y el 28 de marzo, coincidiendo con la puesta de Sol, se publicó una nueva imagen de la cámara de navegación. Lamentablemente, JAXA ha informado de nuevos fallos en la sonda y es muy posible que, esta vez sí, ya no aguante otra noche, pero nadie se atreve a apostar en contra de la pequeña sonda japonesa.

Imagen de SLIM publicada el 28 de marzo durante el tercer día solar de la misión (JAXA).
Detalle de los paneles solares flexibles (arriba), baterías de la empresa Furukawa (medio) y sistema de distribución de electricidad (JAXA).

¿Por qué es tan difícil sobrevivir a la noche en la Luna? Las sondas espaciales tienen que soportar extremos de temperatura en la superficie lunar que pueden ir desde los 114-124 ºC durante el día hasta los -180 ºC de la noche (las temperaturas nocturnas son constantes, pero las diurnas varían mucho según la orografía y la latitud; en las latitudes más extremas la diferencia de temperaturas entre el día y la noche es mucho menor). Aunque ciertamente es un rango llamativo, son temperaturas que puede encontrar cualquier satélite en el vacío del espacio. El problema es la duración de la noche lunar: 14 días (una rotación lunar son 28 días), lo que obliga a diseñar una nave capaz de aguantar dos semanas sometida a bajísimas temperaturas. Por lograrlo hay que tomar múltiples medidas, como la hibernación de la nave o añadir varias capas de aislante y colocar calefactores en los sistemas más sensibles, especialmente las baterías, que actualmente son el eslabón más débil a la hora de diseñar sistemas para soportar la noche lunar (no hay baterías en el mercado que puedan funcionar por debajo de los -60 ºC y la mayoría no aguanta temperaturas por debajo de -20 ºC).

Variación de temperaturas superficiales en la zona de alunizaje del Apolo 17 (NASA).
Variación de temperatura superficial de la Luna según la latitud (NASA).

Por otro lado, no debemos olvidar que el día lunar también presenta sus complicaciones de cara a diseñar el sistema de control térmico de la nave, porque la temperatura varía a medida que el Sol sube y luego baja por el cielo. El movimiento del Sol también provoca que las sombras cambien de longitud y posición, complicando el modelado del régimen térmico de una nave fija (por ejemplo, hay que evitar que los radiadores queden expuestos a la luz solar) y, además, se debe tener en cuenta el calor emitido por la propia superficie. Problemas aparte, con SLIM, Japón se une al selecto club de países con sondas que han sobrevivido a la noche lunar, integrado hasta la fecha por Estados Unidos, la Unión Soviética y China. La mayor parte de las sondas que han aguantado las temperaturas de la noche lunar usan generadores de radioisótopos (RTG) o calefactores de radioisótopos (RHU). Los RTG/RHU de Estados Unidos son de plutonio-238, mientras que la URSS usó polonio-210 para los Lunojod y China ha empleado RTGs y RHUs de plutonio suministrados por Rusia en las misiones Chang’e 3 y 4. Antes de SLIM, solo algunas sondas Surveyor de la NASA habían podido sobrevivir a varias noches lunares usando baterías. No obstante, los recientes avances en materia de baterías se supone que facilitarán el que más sondas puedan aguantar la noche sin necesidad de usar radioisótopos, aunque para largas estancias (muchos meses o años), esta sigue siendo la opción más segura (además de reactores nucleares, claro está).

RTG de tipo SNAP-27 del ALSEP del Apolo 16 (NASA).
La sonda china Chang’e 3 tiene el récord de supervivencia en la superficie lunar. Lleva un RTG/RHU ruso de plutonio-238 (CNSA).

El récord de duración en la superficie lunar lo tiene la sonda china Chang’e 3, que continúa activa tras diez años y tres meses, aunque ya no envía datos científicos importantes. Le siguen los ALSEP de las misiones Apolo 12, 14, 15 y 16, luego la sonda Chang’e 4 y el rover Yutu 2, el ALSEP del Apolo 17, cada uno con 60 o más noches lunares. Los ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) eran los conjuntos de experimentos que llevaban las tripulaciones de las misiones Apolo 12 a 17 y estaban alimentados por un RTG de tipo SNAP-27 con plutonio-238. Los ALSEP activos fueron apagados el 30 de septiembre de 1977 para ahorrar dinero, así que, en teoría, podían haber durado varios años más (el Apolo 11 no llevó un ALSEP, sino el EASEP —sin RTG, pero con RHUs— y el ALSEP del módulo lunar Aquarius del Apolo 13 acabó en el fondo del océano Pacífico). La lista de naves que han sobrevivido a la noche lunar queda tal que así:

  1. Chang’e 3 (2013): 127 noches lunares (sigue activa). RTG/RHU con plutonio-238 de Rusia.
  2. ALSEP Apolo 12 (1969): 98 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
  3. ALSEP Apolo 14 (1971): 83 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
  4. ALSEP Apolo 15 (1971): 77 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
  5. ALSEP Apolo 16 (1972): 68 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
  6. Chang’e 4 y Yutu 2 (2019): 63 noches lunares (siguen activas en la cara oculta). RTG/RHU con plutonio-238 de Rusia.
  7. ALSEP Apolo 17 (1972): 60 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238 de 70 vatios.
  8. Yutu 1 (Chang’e 3, 2013): 31 noches lunares. RHU con plutonio-238 de Rusia.
  9. Lunojod 1 (Luna 17, 1970): 11 noches lunares. RHU de polonio-210.
  10. Surveyor 1 (1966): 6 noches lunares. Baterías de plata-zinc.
  11. Lunojod 2 (Luna 21, 1973): 4 noches lunares. RHU de polonio-210.
  12. Surveyor 5 (1967): 3 noches lunares. Baterías de plata-zinc.
  13. SLIM (2023): 2 noches lunares (sigue activa). Baterías de ion-litio.
  14. Lander Chang’e 5 (2019): ¿1 noche lunar? Baterías.
  15. Surveyor 6 (1967): 1 noche lunar (aguantó poco tras revivir). Baterías de plata-zinc.
  16. Surveyor 7 (1968): 1 noche lunar. Baterías de plata-zinc.
  17. EASEP Apolo 11 (1969): 1 noche lunar. Dos calefactores RHU de 15 vatios.

En los próximos años el número de sondas a la superficie lunar se multiplicará. Algunas, como las Chang’e 7 u 8, posiblemente llevarán RTG/RHU para sobrevivir a la noche y otras serán diseñadas con este objetivo en mente (como el rover VIPER de la NASA). Muchas de estas sondas tendrán como destino el polo sur, donde la duración de la noche lunar puede ser mucho más corta y donde los extremos térmicos son menos intensos. Esperemos que romper la barrera de la noche lunar se convierta en lo normal y no en la excepción.

Rango de temperaturas en el polo sur lunar en función de la estación (el invierno lunar dura 4,5 meses y está provocad

Referencias:

  • https://www.lpi.usra.edu/leag/reports/Lunar-Night-Workshop-Report-071619-update.pdf
  • https://mediatum.ub.tum.de/doc/1687567/mhrhcbkk3lddt5530dakus7gi.Janos%20Daniel%20Biswas.pdf


40 Comentarios

      1. Algo paro los rayos X del eco R. ( Radiación)
        Evidentemente algo atrae como si fuera un cable a tierra.
        El campo magnético de la tierra pareciera estar desapareciendo e invirtiendo su polaridad.

    1. Por qué no se puede hacer un motor como el Voyager o uno como el que está dando vueltas cerca al sol. No sé puede sacar retroalimentación de las dos

      1. Si esas máquinas no soportan la baja temperatura de la noche lunar,como quieren mandar humanos para habitar en estaciones construidas.

        1. Pues muy sencillo, tan simple que cae por su propio peso:

          Esas máquinas NO han sido diseñadas para soportar la noche lunar (si hubieses leído atentamente el artículo de Daniel Marín, lo habrías visto), mientras que un hábitat para humanos SÍ estaría diseñado para ello, con su reactor nuclear, enterrada en un túnel de lava estable térmicamente y con todos los sistemas necesarios para la supervivencia.

          1. Las futuras bases lunares están planificadas para ser ubicadas en las partes soleadas de la luna y con un mayor rango de tiempo de comunicación visual con la tierra como lo es la cara diurna del polo sur lunar.

            Más específicamente en las inmediaciones del crater Shackleton.

            Hay localizaciones altas que son ideales y no tienen porque soportar los rigores de las noches lunares.

            Los hábitats en túneles lunares serían el siguiente paso lógico, pero antes tienen que pasar por el proceso de «acampar» al descubierto.

            Protegerse de las temperaturas es fácil,lo costoso será enviar todo el material necesario para montar y construir las instalaciones.
            Pero lo que va a suponer un verdadero reto será el polvo lunar que se meterá en todos los huecos y desgastará todas las juntas de prácticamente todo. Desde los trajes,hasta las puertas. El polvo lunar es diminuto y muy abrasivo.

    2. Las Surveyor debieran rebautizarse como Survivor ! (La Sv-1 parece que tuvo el honor de ser la primera sonda en conseguirlo)

      Sobrevivir a la gélida noche lunar. . .

  1. Otra opción, en vez de usar calefactores radioactivos para mantener la temperatura de la sonda, podría ser aprovechar el calor del suelo lunar durante la noche. No sé si alguna sonda habrá hecho ya el estudio del gradiente de temperatura en función de la profundidad, pero sería una posibilidad a tener en cuenta para futuras misiones.

    1. Desconocía ese dato sobre el calor del suelo lunar. Si esto es así sería muy interesante que las futuras misiones que vayan a la luna investiguen más sobre esto.

    2. Imposible, al no haber convección por ser un sólido solo se calienta un mínimo de capa superficial que pierde el calor durante la noche muy rápidamente.

      1. Pero la Luna no puede perder calor por convección de una atmósfera, sino solo por radiación, que es poca debido a su baja temperatura. Quizá el poco flujo de calor del interior sumado a la radiación solar mantiene caliente el subsuelo.

  2. Japón como siempre demostrando que son los campeones en duración de su tecnología…no por algo los Toyota son los coches de los guerrilleros y «tanques» del desierto…

    Y la JAXA demostrando que con poco se puede hacer MUCHO, ya podría coger ejemplo la ESA…

    1. Estoy de acuerdo, la JAXA ha demostrado en varias misiones la duración y calidad de su tecnología. Estoy deseando ver con que nos sorprenderán en sus futuras misiones

  3. A pesar del mal aterrizaje que tuvo la sonda SLIM nos sigue sorprendiendo con cosas así, que haya sobrevivido a su segunda noche lunar incluso sin haber estado diseñada para soportar esas condiciones me parece un gran logro tanto de la sonda como del equipo de la JAXA.

    Gracias Daniel por este gran artículo y por mantenernos informados sobre las sondas lunares!!

  4. Un tema muy interesante. Gracias por documentarlo tan bien, y grátis.

    Aparte de que la resistencia de la tecnología de esa sonda sea admirable pienso, como dice FERNANDO, que si se hubiera pasado correctamente no hubiera resistido las noches lunares.
    Quizá al estar en contacto con el suelo ha radiado menos calor al espacio, y además ha podido recibir por conducción algo de calor del subsuelo, que cambia mucho menos de temperatura que la superficie, manteniéndose cerca del promedio entre la temperatura del día y la de la noche.

    Dicho sin mucha fé: 🙂
    ¿Podría ser una alternativa a los calefactores de radioisótopos el clavar en el suelo un metal que sea buen conductor del calor mediante la inercia del descenso?

        1. En las misiones lunares se gasto una cantidad absurda de dinero. Fue una de las razones de la ruptura del patrón oro por Estados Unidos.

          Todo el proyecto lunar se desfinancio. Tanto que Apolo 18 que estaba construido se cancelo y nunca se lanzo. Irónicamente era la primera misión con un objetivo puro científico y hubiera aterrizado/alunizado por casualidad junto a una boca de lava.

    1. No tengo la menor duda de que esa sonda fue fabricada para resistir a la noche lunar.
      Si ha sobrevivido estando accidentada ¿cuánto lo habría hecho posandose correctamente?
      Oye, y si habido un poquito de serendipia pues mejor.

  5. Pues al final está sorprendiendo la sonda. Eso sí, nos falta por saber si esto ha sido casualidad o si los nipones han conseguido algún avance en el campo de las baterías. En definitiva, no sabemos si esto va a poder trasladarse a aterrizadores futuros o no.

  6. Releyendo este magnifico y original artículo de Daniel me asalta la pregunta de si podría reutilizarse uno delos equipos RTG dejados por las Apolo o incluidas en otras sondas a fin de alimentar una sonda científica/ demostrador tecnológico que aterrizará con precisión SLIM (sin pérdidas de toberas etc etc) junto a ellas(?)

    1.- en caso “supuesto” (.teóricamente quiero decir)
    2.- ¿Realmente? ¿Sería factible aprovecharse de esto?

    Si fuera posible se podría plantear el envío específico de un equipo para varias misiones en un lugar determinado (por su interés , como ya van señalando muchos puntos en la Luna)

      1. Muchas gracias por la respuesta Daniel y por el artículo que recomiendas.

        Sospechaba que los ALSEPs llevaban mucho tiempo allí … pero nunca se sabe. L a figura 3 es muy esclarecedora de lo que podemos esperar con estos sistemas en periodos relativamente cortos. Quizás con otros radioisotopos de Vida media mayor…

        También me ha gustado la figura 5. (Un “satori” Luna/Marte).

        Un lujo este blog, su creador y sus habitantes (salvo excepción o comentario desafortunado)

  7. Increíble hito para un demostrador de tecnología esperemos que la colaboración con la agencia espacial de india de frutos para tener un Rover en el polo sur de la luna aún que talves la sonda china chaem 7 se adelante

  8. Muchas gracias Daniel.

    Justo el otro día, comentaba con Pedro que sería interesante invertir urgentemente en investigación del Americio, para que Europa pueda tener cuanto antes RTGs o RHU para misiones donde no se puede contar con la luz solar, por ejemplo. Ojalá pronto obtengamos conocimiento, experiencia para crear nuestros propios dispositivos de generación eléctrica y temperatura funcional.

    No soy el principal defensor de la energía atómica (parece que la razón defiende su uso y prefiero no opinar sobre ello y dejar a otros con más conocimiento el determinar su idoneidad), pero mezclado con ciencia, para mí, siempre es un sí.

  9. Me refiero a que solo se calienta mucho una capa muy fina del suelo y la cantidad de calor almacenada es mínima.
    Por la noche lo irradia rápidamente como demuestran las curvas de temperatura lunares en la superficie.

  10. El año lunar es, pues el mismo año que el terrestre, pero solo tiene 12 o 13 soles cuando la Tierra tiene 365 o 366 días. Si se pone el Sol por el horizonte ya no vuelve a salir hasta dentro de 14 o 15 días. No hay atmósfera que transporte el calor desde el lado diurno al nocturno y el frío tiene que ser espantoso.

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