sábado, 29 de diciembre de 2012

Hayabusa 2


La agencia espacial japonesa está preparando una nueva sonda para visitar a un asteroide. Una misión que tiene como objetivo aprovechar el triunfo de la anterior misión de recogida de muestras Hayabusa que regresó a la tierra con muestras del asteroide Itokawa. La nueva misión japonesa, llamada Hayabusa2, está programada para ser lanzada en 2014 y dirigida al asteroide 1999 JU3, una gran roca espacial alrededor de 920 metros de longitud. Se debe llegar al asteroide a mediados de 2018, luego de recoger muestras del asterode la nave pondrá rumbo a la tierra a finales de 2019. Si todo va bien, la nave espacial Hayabusa2 regresará a la Tierra con muestras del asteroide 1999 JU3 a finales de 2020.

domingo, 16 de diciembre de 2012

Exploración de Júpiter I

Pioneer 10.

Es innegable que Marte ejerce una atracción sobre los seres humanos, la cercanía, posibilidades de vida (pasada o presente) y la posibilidad de una colonización humana hacen que el planeta rojo se encuentre entre las prioridades de todas las agencias espaciales del mundo. Pero no es solo Marte, el siguiente objetivo en interés es el mayor planeta de nuestro sistema solar Júpiter.
Pioneer 10.

Júpiter fue conocido desde la más remota antiguedad al ser visible a simple vista, pero salvo su peculiar movimiento en el cielo a diferencia de las estrellas fijas (la palabra planeta significa "errante") poco se supo sobre este astro hasta la llegada del telescopio.
Pioneer 10.

Galileo fue uno de los primeros astrónomos en estudiar a este planeta con un telescopio, descubriendo a sus 4 lunas principales, hoy llamadas (galileanas) Sin embargo el planeta se encontraba demasiado lejos como para que nuestros instrumentos puedan estudiarlo en profundidad. Era necesario esperar el envío de emisarios robóticos para poder obtener una imagen más clara del quinto planeta.
Pioneer 10.

En los albores de la carrera espacial, una misión a Júpiter solo era un brillo en los ojos de los ingenieros de la NASA, para empezar sería necesario utilizar cohetes los suficientemente potentes como para vencer el campo gravitatorio de la tierra, además debían atravesar esa misteriosa y enigmática región conocida como el "cinturón de asteroides" que podría poner punto final a una nave espacial. Era una verdadera época de descubrimientos, y muchos de los procedimientos y sistemas necesarios para el vuelo espacial recién estaban desarrollándose.

Primera Misión

Pioneer 10.
Pioneer 10.

La exploración de Júpiter comenzó en marzo de 1972, cuando un cohete Atlas-Centauro lanzó una nave de tan solo 250 kilogramos llamada Pioneer 10, descendiente de una serie de sondas que estudiaron el viento solar.
Cohetes Atlas-Centauro, llevando al espacio a la Pioneer 10.

Acelerado a velocidades que rompían las ligaduras gravitatorias de la tierra inició su viaje de 20 meses hacia Júpiter, aportando los primeros datos cercanos de los planetas más allá de Marte.
Trayectoria de vuelo de la Pioneer 10.

Un propósito fundamental de esta misión era ver si las sondas espaciales podían sobrevivir la intensa radiación de júpiter y los riesgos del cinturón de asteriodes, donde miles de pedazos de roca, de tamaños que van de 10 a 1000 kilómetros, están dispersos como islas en un archipiélago.


Pioneer 10 durante la fase de construcción.

La Pioneer 10 superó todas estas pruebas, en diciembre de 1973 empezaron a llegar los primeros datos de su encuentro con Júpiter. El creciente caudal de información de este incansable robot reveló que Júpiter, si bien era conocido en sus rasgos generales desde la tierra, presentaba todas sus características a una escala mayor de lo esperado.




Conjunto de fotografías del sistema joviano tomadas por la Pioneer 10.

El planeta poseía un campo magnético gigantesco que presentaba una cola de varios cientos de millones de kilómetros. Dentro de esta bolsa magnética, bandas aplanadas de partículas de alta energía contenían radiación entre 10.000 y un millón de veces la que se encuentra en los anillos de Van Allen terrestres.

A medida que la sonda se acercaba al planeta sus sistemas parpadeaban debido a los intensos rayos X y rayos Gama que saturaban sus instrumentos. Un deslumbrado Pioneer 10 enviaba ordenes al azar a sus instrumentos lo que ocasionó que algunas imágenes de alta resolución se perdieran. Y entonces cuando parecía que todo estaba llegando a su fin, la sonda paso el planeta y los niveles de radiación disminuyeron.

Este encuentro, breve y peligroso, de la resistente y pequeña nave con Júpiter alteró fundamentalmente la imagen humana del mayor planeta de nuestro sistema solar. Entre otros datos, confirmó que el Júpiter es más parecido a una estrella que a los cálidos planetas internos, además de la misma manera en que un carbón se enfría, Júpiter radiaba energía, aproximadamente el doble de la que recibe del sol.

Pero a medida que el Pioneer 10 se alejaba del sistema solar despues de cumplir su misión, la siguiente sonda se preparaba para su encuentro con Júpiter.


Continuará.

domingo, 9 de diciembre de 2012

Oposición de Vesta.

Asteroide Vesta.

El día 9 de diciembre Vesta alcanza la menor distancia a la tierra por lo que es más brillante. Ahora que Ceres fue elevado a la categoría de Planeta enano, Vesta se ha convertido en el segundo más grande en tamaño (prácticamente empatado con Pallas) y el más brillante de todos.

Mapas para poder ubicar a Vesta en el cielo.

Localizado en la constelación de Tauro, no lejos de Júpiter, este asteroide brilla con una magnitud de +6,2 siendo difícilmente visible a simple vista desde un lugar oscuro (es prácticamente el único que llega a ser visible a ojo desnudo). Pero es un objeto muy fácil de encontrar con unos sencillos binoculares.
La sonda Dawn, utilizando su motor iónico fue capaz de estudiar durante más de un año a este cuerpo celeste.

Vesta perdió cerca del 1% de su masa en un impacto ocurrido hace poco menos de mil millones de años. Muchos fragmentos de este impacto han chocado con la Tierra, constituyendo una fuente rica de información sobre el asteroide. Durante los años 2011 y 2012 Vesta ha estado acompañada de un visitante robótico de la Tierra, la sonda Dawn (amanecer) que gracias a sus motores iónicos pudo estudiarlo poco más de un año terrestre descubriéndonos sus secretos.


Imágenes de Vesta obtenidas por la sonda Dawn.

Motores cohete


Un motor cohete es en pocas palabras un motor de combustión interna que impulsa el vehículo hacia adelante, mediante la expulsión de gases al exterior del mismo, gases que provienen de una cámara de combustión.


Para saber lo bueno que es un cohete se miden dos parámetros.

  • El Impulso específico (ISP): es el período en segundos durante el cual 1 kg de masa del propergol producirá un empuje de 1 kg de fuerza. Mide la eficiencia del motor.
Motor químico.

Motor de plasma. El principio básico de un cohete es el mismo en todos, lo que varia es la forma de conseguirlo.

  • El empuje: aceleración que experimenta el cohete durante su funcionamiento.
Son dos términos independientes, ya que existen motores con un muy alto empuje pero bajo rendimiento (cohetes químicos) y los hay de bajísimo empuje con alto rendimiento (motores iónicos). 
Motores químicos. Buenos para viajar a la órbita, no tanto para viajar por el espacio.

Motores iónicos (en este caso de plasma): no sirven para despegar de la superficie pero son muy eficientes en el espacio.

El funcionamiento de estos vehículos está gobernado por la ecuación del cohete, de la que ya hablamos en una entrada anterior.

Pero vayamos desde el principio ¿Cómo funciona un motor cohete?

Los motores cohete producen el empuje por la expulsión a alta velocidad de un fluido. Este fluido es, casi siempre, un gas generado por la combustión dentro de una cámara de combustión a alta presión (10-200 bar) de propergoles sólidos o líquidos, que consta de dos componentes combustible y oxidante.

El escape de fluido se hace pasar a través de una tobera de propulsión supersónica (Las toberas son esas estructuras en forma de campana por donde salen los gases) que utiliza la energía calorífica del gas para acelerar el escape a una velocidad muy alta, y la fuerza de reacción a esta empuja el motor en la dirección opuesta.
Cohete Delta IV Heavy, uno de los más potentes actualmente en servicio.

En los motores cohete las altas temperaturas y presiones favorecen el buen rendimiento pues permite montar toberas más largas en el motor, lo que proporciona mayores velocidades de escape, así como un mejor rendimiento termodinámico.

  • Primer dato interesante: Para mejorar tu cohete, aumenta la temperatura del fluido. Como la temperatura es una medida del movimiento de las partículas, a mayor temperatura mayor movimiento, lo que se traduce en mayor velocidad de escape.
Transbordador espacial.

Existen numerosos tipos de motores cohete, pero el funcionamiento es el mismo. Lo distinto es la manera de conseguir el desprendimiento de energía que caliente los gases en la cámara de ignición y los expulse por la tobera. Además las distintas clases de motores cohetes tienen una relación peso-empuje variable por lo que siempre se preferirá el diseño de motor que sea lo más eficientemente posible, con el "menor peso".
Cohete Protón.

Y es aquí donde se libra la batalla en los diseños de cohetes, si tengo altas temperaturas el motor será muy bueno, pero necesitaré un sistema de refrigeración para evitar que el cohete se destruya (sistema que dependiendo del caso puede ser muy pesado y complejo, disminuyendo las ventajas)

  • Segundo dato interesante: cuida el peso de tu cohete. Si el vehículo es muy pesado no será muy eficiente y habrás gastado tu dinero diseñándolo. La ecuación del cohete nos lo resume mejor, "disminuye la masa final y ahorraras una gran cantidad de combustible"
Pero ¿Cómo se controla un cohete?
Métodos de control de un cohete.

Los primeros cohetes utilizaban alerones como los aviones para orientarse, pero desde luego eso solo servía durante el vuelo atmosférico. posteriormente se desarrollaron otros sistema como mover el centro de gravedad del cohete, la utilización de motores vernier (motor cohete que sirve para el control vectorial del empuje de los misiles y las naves espaciales), además de cambiar la orientación de las toberas y/o el flujo de los gases.
Esquema de funcionamiento de los motores vernier.

Motores vernier en un cohete Soyuz.
Pero no es mi intención debatir sobre los innumerables aspectos tecnicos de los motores cohete, preparé esta entrada más como una introducción al tema. En las siguientes entradas hablaremos de los distintos tipos de motores cohete. 



sábado, 8 de diciembre de 2012

Semana de conjunciones.


Durante los días 9, 10 y 11 de diciembre podremos disfrutar de una serie de conjunciones entre la luna varios cuerpos celestes, en la última parte de la noche, alrededor de una hora antes de amanecer.

Comenzamos el día 9, cuando nuestro satélite natural se encontrará a tan solo poco más de 1 grado de distancia angular (equivalente a dos lunas llenas) de la estrella Espica, la más brillante de la constelación de Virgo.

El día 10 la luna se acercará a tres grados de distancia del planeta Saturno, "el señor de los anillos", encontrándose el sexto planeta ya en los límites de la constelación de Libra.

Por último, el día 11 de diciembre la luna se encontrará a solo dos grados del brillante Venus, si disponemos de un horizonte libre de obstáculos que entorpezcan la visión podremos observar a mercurio muy cerca de estos cuerpos a poca altura sobre el horizonte.

Viaje tripulado a Venus


Luego de los viajes del Apolo la NASA empezó a estudiar la posibilidad de utilizar al cohete gigante Saturno V para explorar tanto Marte como Venus, en la imagen vemos el diseño de una nave tripulada estudiando a Venus desde la órbita. Lastimosamente se impuso la realidad presupuestaria, y este y otros proyectos fueron cancelados. Hubiera sido espectacular ver a seres humanos viajando por el sistema solar interior en los años 70 y 80.

domingo, 2 de diciembre de 2012

Futuro de la exploración marciana


En estos momentos 4 vehículos construidos por el hombre exploran el planeta rojo, dos desde la órbita y los restantes desde la superficie. Los orbitadores son la veterana Mars Odyssey de la NASA lanzada en 2001, y la Mars Express de la agencia espacial europea (ESA) lanzada en 2003. Por parte de los vehículos terrestres tenemos a Opportunity que se encuentra recorriendo las arenas marcianas desde el año 2004, y el recientemente llegado Curiosity, el rover más avanzado de la humanidad.
Odyssey.

Mars Express.

Opportunity.

Curiosity

Si bien es cierto que se esperan que estos aparatos sigan explorando el planeta varios años más (especialmente Curiosity) la exploración de Marte está lejos de terminar, estas son las sondas marcianas previstas para los próximos años.


Orbitadores

2013

Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission "MAVEN" (NASA)

Prevista para ser lanzada en 2013 Maven es una sonda para el estudio del clima marciano pasado y presente. Estudiará la atmosfera superior, la ionosfera, su interacción con el viento solar y el rol que desempeña en la perdida de los compuestos volátiles como el CO2, el N2 y el agua.



Aportará nuevos datos sobre la perdida de la atmósfera marciana, la historia del clima, la existencia de agua líquida y la habitabilidad pasada y presente del planeta.


Mangalyaan (India)

Mangalyaan, "nave marciana' en hindi", se convertiría en la primera sonda marciana de la India. Con una masa de 1,4 toneladas, Mangalyaan será una sonda pequeña, pero muy interesante desde el punto de vista científico, su objetivo principal sería observar Marte desde una órbita elevada. Para ello trasportará 25 kg de instrumentos científicos, repartidos entre siete instrumentos distintos entre los que se cuentan camaras a color, infrarrojas, espectrómetros, sensores para la atmosfera superior e instrumentos para medir el misterioso metano marciano.

Todo ello por tan solo 82 millones de dolares, lo que puede parecer algo ajustado pero no debemos olvidar que la tecnología continua avanzando abaratando los componentes electrónicos. De tener éxito, India se convertiría en la cuarta nación en situar una nave en órbita de Marte después de la Unión Soviética, Estados Unidos y la ESA. La ISRO (la agencia espacial India) ya ha anunciado su intención de lanzar una segunda Mangalyaan en la ventana de lanzamiento 2017-2018 (si es que la primera es un éxito desde luego).


2016

ExoMars Trace Gas Orbiter (ESA/Rusia)


ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) será un orbitador construido por la agencia espacial Europea que contará con participación Rusa. Tendrá como objetivo primario el estudio de la atmósfera del planeta rojo y, más concretamente, confirmar y caracterizar el misterioso metano marciano. Además del metano, se medirá con mucho interés la presencia de ozono, vapor de agua (en concreto, la relación entre deuterio e hidrógeno) y aerosoles en la atmósfera de Marte.


La TGO incluirá una sonda de aterrizaje denominada EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module) de 600 kg. Su objetivo es estudiar tecnologías relacionadas con la reentrada en la atmósfera marciana.



Sondas aterrizadoras


2016

InSight (NASA)


InSight será un vehículo que con un sismómetro francés y un taladro alemán intentará averiguar lo que está sucediendo debajo de la superficie polvorienta del planeta rojo.

El módulo de aterrizaje de InSight medirá la actividad geológica de Marte, los terremotos y la temperatura interna, datos que revelarán pistas sobre la evolución de Marte y permitiendo a los científicos comparar su historia con el propio pasado geológico de la Tierra. Para más información pueden visitar la entrada que le dedicamos en el blog


2018

Exomars Rover (ESA/Rusia)

La agencia espacial europea en colaboración con Rusia pretende colocar un rover astrobiológico en la superficie marciana para finales de esta década. ExoMars se centrará en buscar compuestos orgánicos y posibles restos de antiguas formas de vida. El rover tendrá una masa de 300 kg o inferior (hasta 207 kg), menos de una tercera parte que Curiosity. Los instrumentos serán capaces de analizar las hipotéticas sustancias orgánicas marcianas con una precisión sin precedentes, pero lo más interesante es que se adentrará allá donde ninguna misión ha viajado antes, el subsuelo marciano. Y todo gracias a un taladro que podrá perforar hasta los dos metros de profundidad, allí donde la radiación no ha podido dañar ninguna sustancia orgánica.

Taladro del rover Exomars.

Rusia construirá la plataforma de descenso que permitirá al rover alcanzar la superficie y tendrá un conjunto propio de instrumentos rusos y europeos, incluyendo un lídar, un espectrómetro y un sismómetro, con una masa total de 50 kg. Esta plataforma incluirá un tren de aterrizaje con patas y rampas para permitir el descenso del rover a la superficie.



Más allá del 2020


La NASA por su parte estudia diversos sistemas para realizar una misión de retorno de muestras del planeta rojo, pero los recortes en el presupuestos han limitado/retrasado mucho sus aspiraciones, en todo caso se evalúa la posibilidad de reutilizar los diseños de anteriores naves espaciales para ahorrarse el dinero del desarrollo, así tenemos nuevas versiones de los orbitadores y rovers pasados. Una expedición tripulada a Marte esta prevista para después del 2030 como muy pronto. 
Propuesta de un rover biológico-recogedor de muestras basado en Curiosity.

Una vehículo para transportar muestras marcianas a la tierra desciende gracias al sistema Sky-crane utilizado por primera vez con Curiosity.

Distintos orbitadores propuestos para explorar Marte, basados en diseños ya utilizados.

Misión Phooprint para aterrizar en Phobos y regresar con muestras a la tierra.