Septiembre 2023, el 10 de agosto de 2023, el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins (JHU) llevó a cabo una revisión previa al envío (PSR) para MEGANE, uno de los instrumentos de observación a bordo de la nave espacial Martian Moons eXploration (MMX). Foto de grupo tomada frente al modelo de vuelo MEGANE en la sala blanca de APL. El instrumento que se encuentra en la mesa del centro es el modelo de vuelo MEGANE, y detrás de él se encuentran funcionarios de APL, NASA y JAXA. En el extremo derecho está el investigador principal (PI) de MEGANE, David Lawrence (APL). En el extremo izquierdo está Brian Schratz (APL), quien lidera la coordinación técnica entre APL y JAXA. El octavo desde la izquierda es Dennis Harris (NASA), quien lidera NASA MEGANE, y el sexto desde la derecha es el Gerente de Proyecto MMX Kawakatsu Yasuhiro (JAXA). MEGANE es el acrónimo de “Exploración Marte-Luna con rayos gamma y neutrones” y es un espectrómetro de rayos gamma y neutrones que puede medir las energías de los rayos gamma y los neutrones producidos naturalmente. El instrumento consta de un detector de rayos gamma fabricado con germanio de alta pureza (HPGe) y un detector de neutrones que consta de dos contadores proporcionales de gas (GPC) llenos de helio-3 y una unidad de control que tiene los circuitos electrónicos necesarios para controlarlos.

El germanio es sensible a las radiaciones ionizantes como los rayos X y los rayos gamma. Cuando un rayo gamma interactúa con el cristal semiconductor de HPGe al que se le ha aplicado un alto voltaje, se genera una cantidad de electrones equivalente a la energía del rayo gamma, que luego puede detectarse como una señal eléctrica. El helio-3 es una forma estable de helio con dos protones y un neutrón en el núcleo del átomo. Los neutrones que pasan a través de los GPC interactuarán con los átomos de helio-3 para producir tritio (hidrógeno-3: una forma de hidrógeno con dos neutrones adicionales) y un protón. El protón cargado positivamente hace que el gas rodeado se ionice y se cargue eléctricamente, lo que se puede medir como un pulso eléctrico donde la amplitud es proporcional a la energía del neutrón. El resultado es un dispositivo que puede detectar y medir la energía tanto de los rayos gamma como de los neutrones.

Cuando los rayos cósmicos galácticos, que viajan por el cosmos, chocan con un mundo sin aire como Phobos, reaccionan con los núcleos de los átomos que forman la superficie de la luna y producen neutrones y rayos gamma que se liberan al espacio. Los neutrones y los rayos gamma también son emitidos espontáneamente por ciertos tipos de núcleos atómicos (isótopos radiactivos) sin un desencadenante externo. Estos rayos gamma y neutrones emitidos tienen energías específicas que dependen del tipo de núcleo atómico del que fueron liberados. Como resultado, MEGANE puede determinar el tipo, proporción y distribución de los elementos atómicos que forman la superficie de Phobos midiendo la energía de los rayos gamma y los neutrones emitidos desde la órbita de la nave espacial MMX. Por lo tanto, se espera que MEGANE desempeñe un papel importante en los objetivos científicos de MMX, que son dilucidar el origen de las lunas marcianas y la historia de la evolución de la esfera marciana, así como ayudar a seleccionar un lugar de aterrizaje para la nave espacial. recopilar muestras para regresar a la Tierra, al poder recopilar información directa y completa sobre los tipos de material que componen Phobos en una amplia zona de la luna.

De julio a septiembre de 2023, se llevó a cabo en Mitsubishi Electric Kamakura Works una prueba de funcionamiento inicial del panel solar (SAP) que se instalará en la nave espacial Martian Moons eXploration (MMX). El objetivo de esta prueba era confirmar la integridad de los paneles solares fabricados y también permitir una comprobación comparativa de su rendimiento tras una serie de pruebas medioambientales que se realizarán en el futuro.

La imagen de la Figura 1 muestra una prueba de implementación, que es una de las comprobaciones iniciales de confirmación de la función. Los paneles solares se pliegan inicialmente y luego se despliegan uno por uno. La Figura 2 muestra cómo se ven los paneles solares después de su despliegue. En la superficie de cada panel hay células solares negras (Figura 2), que reciben luz solar y generan electricidad. El reverso del panel está cubierto con una lámina plateada para controlar la temperatura (Figura 1).

Los paneles solares son familiares en la Tierra para su uso en la generación de energía solar. En el espacio, los paneles solares son una parte esencial de los satélites y las naves espaciales. Se han realizado varias mejoras en el diseño de nuestros paneles solares para que puedan cumplir su tarea en el espacio exterior. Uno de estos ajustes es el peso de los paneles solares. Marte está más de 1,5 veces más lejos del Sol que la Tierra, y las naves espaciales cercanas a Marte sólo reciben alrededor del 40% de la luz solar en comparación con las que orbitan la Tierra o la Luna. Esto significa que se requieren grandes paneles solares. Sin embargo, para viajar a Marte y regresar con una masa limitada disponible para el lanzamiento, la masa de la nave espacial deberá reducirse al mínimo absoluto. Por este motivo, la nave espacial MMX está equipada con las últimas células solares ligeras, de película fina y alta eficiencia, y los propios paneles también tienen una estructura ligera especial. Estas células solares especiales se pueden ver en la parte frontal del panel en la Figura 2.

Un segundo factor es la “rigidez”. La nave espacial MMX caerá libre desde un punto aproximadamente a 10 metros sobre la superficie de la luna marciana Phobos durante el aterrizaje. El impacto del aterrizaje es aproximadamente 0,3 ~ 0,4 veces la fuerza de gravedad de la Tierra, pero aun así, los paneles solares del MMX deben poder resistir este aterrizaje a diferencia de las naves espaciales normales que vuelan por el espacio. Además, si los paneles solares se doblan debido al impacto del aterrizaje, los bordes de los paneles solares golpearán la superficie de Phobos. Por lo tanto, se necesita un diseño de panel solar con alta rigidez (resistencia a la deformación), junto con un ancho de paleta solar estrecho.

El mecanismo de despliegue de dos pasos, vertical y horizontal, es una característica de los paneles solares MMX y se debe a los requisitos únicos de MMX durante el aterrizaje.

Julio 2023, el 19 de julio de 2020, la misión Hope de los Emiratos Árabes Unidos a Marte se lanzó desde el Centro Espacial Tanegashima de Japón. Hope, encargada de estudiar la atmósfera marciana global, tiene una órbita alta sobre el planeta rojo que ha permitido a la nave espacial capturar una vista poco común del lado oculto de la luna exterior de Marte, Deimos. Los resultados se presentaron en la reunión de la Unión Europea de Geociencias (EGU) en abril de este año. Además de las hermosas imágenes de esta pequeña luna, los instrumentos a bordo de Hope observaron las longitudes de onda de la luz reflejada desde la superficie de Deimos desde el infrarrojo hasta el ultravioleta extremo. La medición de la intensidad en diferentes longitudes de onda proporciona un "espectro" para Deimos en el rango observado. Esto puede proporcionar pistas sobre la composición de la luna, ya que diferentes minerales absorben longitudes de onda particulares que luego están ausentes en el espectro.

Sin embargo, Hope vio un espectro relativamente plano, sin una fuerte absorción en ninguna longitud de onda. Esto es similar a lo que se ve al observar las rocas basálticas que forman la superficie de Marte, y podría sugerir que Deimos se formó a partir de fragmentos expulsados de Marte durante un impacto gigante. El “escenario de impacto” es una de las dos teorías principales sobre la formación de las lunas marcianas, la otra es que son asteroides capturados. A partir de los nuevos espectros ultravioleta e infrarrojo térmico de Deimos tomados por la nave espacial Hope, el equipo Hope especula que esta segunda luna marciana puede tener una composición basáltica: si esto es cierto, es más probable que Deimos se haya formado a partir de escombros expulsados de Marte por un antiguo impacto de un enorme asteroide. Hemos analizado los datos presentados en la reunión de EGU y, como señala el equipo de Hope, la forma espectral no conduce de manera concluyente a una composición basáltica, dejando abierta la posibilidad de que Deimos tenga una composición de meteorito carbonoso. Son importantes más observaciones y coincidencias espectrales con diversos materiales. Las observaciones de Hope son muy valiosas porque apenas se han realizado observaciones detalladas de Deimos. Dado que los espectrómetros MMX tienen bandas de longitud de onda diferentes a las de los del Hope, la combinación de esos datos proporcionará información más definitiva sobre de qué material está hecho Deimos.

Las imágenes obtenidas por la misión Hope son muy emocionantes. Los espectros obtenidos en el rango del infrarrojo lejano y en el UV extremo serán complementarios a los que se obtendrán mediante MIRS. La cobertura espectral del espectrómetro de imágenes MIRS de 0,9 a 3,6 µm optimizará el estudio de la composición de las superficies de Fobos y Deimos. En este rango tenemos las mejores firmas para identificar la presencia de silicatos, agua y compuestos orgánicos necesarios para identificar el origen de las dos lunas marcianas. Para Phobos, MIRS nos permitirá obtener mapas de composición, realizados a diferentes altitudes con caracterización de composición de hasta unos pocos metros para seleccionar los sitios de muestreo más interesantes.

 

Febrero 2023, uno de los principales objetivos del Proyecto MMX es esclarecer el origen de las lunas marcianas. Actualmente, existen dos teorías principales sobre cómo surgieron estos dos satélites naturales de Marte. Una es la “teoría de la captura” que sugiere que las lunas alguna vez fueron pequeños cuerpos celestes fuera del espacio marciano que quedaron atrapados en la gravedad de Marte. La otra es la “teoría del impacto”, según la cual un cuerpo celeste chocó con la superficie de Marte y las lunas se formaron a partir de los escombros expulsados en ese impacto. Para comprender cómo se formaron las lunas, la nave espacial MMX recogerá una muestra de material de Fobos y la devolverá a la Tierra. Se espera que el análisis resultante proporcione evidencia definitiva del origen de las lunas. La selección del lugar de aterrizaje desde donde recolectar la muestra se basará en la observación de Fobos realizada por la nave espacial MMX, que será examinada en busca de la ubicación de mayor valor científico.

Sin embargo, el tiempo disponible desde que la nave espacial MMX llega a la esfera marciana hasta el momento en que se debe seleccionar un lugar de aterrizaje es limitado. Para seleccionar los lugares de aterrizaje más adecuados para probar las hipótesis sobre el origen de las lunas, primero se formula un plan de observación, luego se realizan observaciones de Fobos con los instrumentos científicos a bordo de la nave espacial MMX y se devuelven los datos adquiridos. a la Tierra, los datos se analizan en tierra y el ciclo se repite con planes de observación de seguimiento creados en base a los resultados. Esto tiene que suceder a un ritmo rápido, ya que el equipo de MMX debe luego realizar capacitación en el lugar de aterrizaje seleccionado para prepararse para la serie de operaciones de aterrizaje y recolección para garantizar que se desarrollen sin problemas. ¡Por lo tanto, seleccionar el lugar de aterrizaje a tiempo es de gran ayuda!.

Para ayudar con este apretado calendario, tenemos grandes esperanzas en el Telescopio Espacial Twinkle. Twinkle es un nuevo telescopio espacial que está previsto que comience sus observaciones en 2024 operado por la empresa británica Blue Skies Space. Como Twinkle puede evitar verse afectado por la atmósfera terrestre en el espacio, el telescopio puede observar longitudes de onda desde la luz visible hasta el infrarrojo para explorar la existencia de materiales que están directamente relacionados con el origen de las lunas marcianas, como el agua (en forma de minerales hidratados) y materia orgánica. Al observar las lunas marcianas con Twinkle antes de la llegada de la nave espacial MMX a la esfera marciana en 2025, podemos obtener información que es directamente útil para la operación y la planificación de observación de la nave espacial MMX para seleccionar un lugar de aterrizaje. Por eso, desde 2019, los equipos MMX y Twinkle han estado discutiendo planes para realizar observaciones preliminares de las lunas.