LA  CONQUISTA DEL ESPACIO un trabajo de José Oliver Sinca

  MISION: PSYCHE

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MISION PSYCHE: AL ASALTO DE UN ASTEROIDE METALICO (DESARROLLO DE LA MISION)

 

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Junio de 2021, la misión Psyche tiene una sorpresa, en principio se creía que esta nave iba a investigar un asteroide puramente metálico, pero recientes estudios desarrollados desde la Tierra han desvelado que cuando llegue a su destino se puede encontrar con otra cosa.

Durante mucho tiempo se pensó que el asteroide metálico ampliamente estudiado conocido como 16 Psyche era el núcleo de hierro expuesto de un pequeño planeta que no se formó durante los primeros días del Sistema Solar. Pero una nueva investigación dirigida por la Universidad de Arizona sugiere que el asteroide podría no ser tan metálico o denso como se pensaba, y sugiere una historia de origen muy diferente.

Los científicos están interesados ​​en 16 Psyche porque si sus supuestos orígenes son ciertos, brindaría la oportunidad de estudiar un núcleo planetario expuesto de cerca. La NASA está programada para lanzar su misión Psyche en 2022 y llegar al asteroide en 2026. El estudiante universitario de Arizona, David Cantillo, es el autor principal de un nuevo artículo publicado en The Planetary Science Journal que propone que 16 Psyche es 82.5% de metal, 7% de piroxeno bajo en hierro y 10.5% de condrita carbonosa que probablemente fue entregado por impactos de otros asteroides. Cantillo y sus colaboradores estiman que la densidad aparente de 16 Psyche, también conocida como porosidad, que se refiere a la cantidad de espacio vacío que se encuentra dentro de su cuerpo, es de alrededor del 35%. Estas estimaciones difieren de los análisis anteriores de la composición de 16 Psyche que llevaron a los investigadores a estimar que podría contener hasta un 95% de metal y ser mucho más denso.

"Psique como una pila de escombros sería muy inesperado, pero nuestros datos continúan mostrando estimaciones de baja densidad a pesar de su alto contenido metálico", dijo Cantillo.

Una porosidad tan alta es común para objetos relativamente pequeños y de baja masa como Bennu, que es tan grande como el Empire State Building, porque un campo gravitacional débil evita que las rocas y los cantos rodados del objeto se compacten con demasiada fuerza. Pero que un objeto del tamaño de 16 Psyche sea tan poroso es inesperado. Las estimaciones anteriores de la composición de 16 Psyche se realizaron analizando la luz solar reflejada en su superficie. El patrón de luz coincidía con el de otros objetos metálicos. Cantillo y sus colaboradores en cambio recrearon el regolito de 16 Psyche, o material de superficie rocosa suelta, mezclando diferentes materiales en un laboratorio y analizando patrones de luz hasta que coincidieron con las observaciones del telescopio del asteroide.

 

Marzo de 2021, los ingenieros y técnicos se preparan para trasladar el chasis de la nave espacial Psyche de la NASA desde su contenedor de envío a una plataforma rodante, dentro de la instalación de ensamblaje de naves espaciales de JPL, justo después de que Maxar Technologies entregara el chasis a finales de marzo de 2021.

Programada para ser lanzada el próximo año, la nave espacial Psyche de la agencia explorará un asteroide rico en metales en el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter. El chasis de propulsión eléctrica solar (SEP), elaborado por el equipo de Maxar Technologies en Palo Alto, California, es del tamaño de una furgoneta y representa más del 80% (en masa) del hardware que finalmente constituirá la nave espacial Psyche. La gran estructura en forma de caja hizo una entrada espectacular en la sala limpia de paredes blancas del histórico High Bay 1 de la instalación de ensamblaje de naves espaciales del JPL. Algunas de las características más visibles del chasis incluyen la antena de alta ganancia de 2 metros de ancho, el marco que sostendrá los instrumentos científicos y cubiertas protectoras de color rojo brillante para proteger el hardware delicado.

El objetivo de Psyche es un asteroide rico en metales del mismo nombre, que orbita al Sol en el cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter. Los científicos piensan que Psyche es principalmente hierro y níquel y podría ser el núcleo de un planeta primitivo. Explorar el asteroide Psyche de 226 kilómetros de ancho podría brindar información valiosa sobre cómo se formaron la Tierra y otros planetas.

El chasis SEP llega a JPL con la mayoría de los sistemas de hardware de ingeniería ya integrados. El equipo de Maxar construyó toda la estructura e integró el hardware necesario para el sistema eléctrico de alta potencia, los sistemas de propulsión, el sistema térmico y el sistema de guía y navegación. La misión Psyche aprovechará el sistema de propulsión eléctrica supereficiente de Maxar para empujar a Psyche a través del espacio profundo. Maxar también entregará los grandes paneles solares gemelos de cinco paneles que proporcionan la energía para los sistemas de la nave espacial.

La fase de operaciones de montaje, prueba y lanzamiento comenzó el 16 de marzo, cuando los ingenieros se reunieron en High Bay 1 para comenzar a revisar los subsistemas suministrados por JPL, la computadora de vuelo, el sistema de comunicaciones y el sistema de distribución de baja potencia para asegurarse de que trabajar juntos. Ahora que ha llegado el chasis, los ingenieros de JPL y Maxar comenzarán a instalar el hardware restante, probando sobre la marcha.

Los tres instrumentos científicos de la misión llegarán al JPL en los próximos meses. El magnetómetro investigará el campo magnético potencial del asteroide. El generador de imágenes multiespectral capturará imágenes de su superficie. Y el espectrómetro analizará los neutrones y rayos gamma provenientes de la superficie para determinar los elementos que componen el asteroide. JPL también está proporcionando un instrumento de demostración de tecnología que probará comunicaciones láser de alta velocidad de datos que podrían ser utilizadas por futuras misiones de la NASA.

Una vez que se ensambla la nave espacial completa, el orbitador se moverá desde la instalación de ensamblaje de la nave espacial a la gran cámara de vacío térmico del JPL, una empresa enorme en sí misma, para simular el duro entorno del espacio profundo. La cámara es donde los ingenieros de JPL comenzarán las pruebas de servicio pesado para garantizar que toda la máquina pueda sobrevivir en el espacio profundo, empujar con el sistema de propulsión eléctrica, tomar medidas científicas y comunicarse con la Tierra.

Para la próxima primavera, el Psyche completamente ensamblado se enviará al Kennedy Space Center antes de su fecha de lanzamiento prevista para agosto de 2022. La nave espacial volará por Marte para una asistencia de gravedad en mayo de 2023 y, a principios de 2026, entrará en órbita alrededor del asteroide, donde pasará 21 meses recopilando datos científicos.

 

Febrero de 2021, la misión Psyche de la NASA ha superado un hito crítico que la acerca un paso más al lanzamiento. Después de una intensa revisión del progreso de la misión en la construcción de sus instrumentos científicos y sistemas de ingeniería, Psyche obtuvo la autorización para avanzar a lo que la NASA llama Fase D de su ciclo de vida, la fase final de operaciones antes de su lanzamiento programado en agosto de 2022. Hasta ahora, la misión se ha centrado en planificar, diseñar y construir el cuerpo de la nave espacial, su sistema de propulsión solar-eléctrica, los tres instrumentos científicos, la electrónica, el subsistema de potencia y similares. La revisión exitosa de esos elementos significa que la misión ahora puede comenzar a entregar componentes a la JPL (Jet Propulsion Laboratory), que administra la misión y probará, ensamblará e integrará cada pieza.

“Es realmente la fase final, cuando todas las piezas del rompecabezas se unen y nos estamos subiendo al cohete. Esta es la parte más intensa de todo lo que sucede en el terreno”, dijo Lindy Elkins-Tanton de la Universidad Estatal de Arizona, quien como investigadora principal de Psyche dirige la misión. El objetivo de Psyche es un intrigante asteroide rico en metales del mismo nombre, que orbita alrededor del Sol en el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter. Los científicos piensan que, a diferencia de los asteroides rocosos o helados, Psyche es principalmente hierro y níquel y podría ser el corazón de un planeta primitivo que perdió sus capas externas. Explorar el asteroide Psyche (de unos 226 kilómetros de ancho) podría brindar información valiosa sobre cómo se formaron la Tierra y otros planetas.

La nave espacial Psyche utilizará un magnetómetro para detectar un campo magnético potencial; si el asteroide tiene uno, es un fuerte indicador de que alguna vez fue el núcleo de un planeta primitivo. Un generador de imágenes multiespectral capturará imágenes de la superficie, además de recopilar información sobre la composición y la topografía del asteroide. Los espectrómetros analizarán los neutrones y los rayos gamma provenientes de la superficie para revelar los elementos que componen el objeto.

La estructura principal de la nave espacial, llamada chasis de Propulsión Eléctrica Solar (SEP), fue diseñada y construida por Maxar Technologies y está casi terminada. El equipo de Maxar en Palo Alto, California, se está preparando para enviarlo a la sala blanca principal de JPL en marzo, cuando comiencen las operaciones de montaje, prueba y lanzamiento. Luego, cada instrumento se someterá a más pruebas. Eso incluye una demostración de tecnología láser llamada Deep Space Optical Communications, dirigida por JPL, que utiliza un método supereficiente de transmisión de datos con fotones o partículas fundamentales de luz visible. También se someterán a pruebas los subsistemas térmicos, de telecomunicaciones, propulsión, potencia, aviónica y otros subsistemas de ingeniería, junto con la computadora de vuelo.

Para la primavera de 2022, la nave espacial estará completamente ensamblada y lista para enviarse al Kennedy Space Center, donde se lanzará en agosto de 2022. Psyche volará sobre Marte para una asistencia de gravedad en mayo de 2023, y a principios de 2026, se pondrá en órbita alrededor del asteroide, donde pasará 21 meses recopilando datos para analizar.

 

Agosto de 2020, Cuando se habla en términos generales de una misión espacial, como la Psyche, en concreto sus parámetros se basan en dos palabras, masa y potencia.

Y aunque todos son importantes, hay dos recursos clave que me vienen a la mente cuando los ingenieros de naves espaciales hablan de margen: masa y potencia. La masa está efectivamente dictada por la capacidad del vehículo de lanzamiento e influye directamente en la filosofía del equipo de diseño sobre si utilizar métodos para preservar el margen, a veces a expensas de otros parámetros. La potencia se define por los escenarios en los que se opera la misión. Si no se controlan, estos recursos pueden limitar el funcionamiento de la carga útil, lo que a su vez puede reducir el rendimiento científico general de la misión. En teoría, el proceso parece sencillo: mantenga la masa y la potencia bajos, y la misión debería tener éxito. Pero para una misión como Psyche, que utiliza propulsión eléctrica, la gestión de estos recursos es un poco más interesante que los enfoques más convencionales.

Hasta finales del siglo XX, la mayoría de las misiones en el espacio profundo utilizaban propulsión química. Llegar al destino requería maniobras de propulsión, pero eran bastante cortas, del orden de segundos a minutos. Además, los sistemas de propulsión no requerían una cantidad significativa de potencia, nada más que del orden de vatios para abrir o cerrar un par de válvulas. Como resultado, la masa y la potencia eran relativamente independientes; había pocas conexiones entre cómo se afectaban sus márgenes entre sí. Casi lo único que los conectaba era que si no había suficiente energía, se podía agregar un panel solar más grande o un generador térmico de radioisótopos (RTG), lo que aumentaría la masa de la nave espacial.

Esto cambió en 1998, con una nave espacial conocida como Deep Space 1 (DS1). Como parte del Programa New Millennium de la NASA, DS1 fue diseñado para realizar sobrevuelos de objetos cercanos a la Tierra, mientras se prueban una multitud de nuevas tecnologías. Una de estas tecnologías fue la propulsión eléctrica solar, en forma de motor de iones. DS1 visitó con éxito un asteroide y, a través de una extensión de misión, voló con éxito junto a un cometa. El uso de propulsión eléctrica fue un elemento habilitador y allanó el camino para las misiones sucesoras, sobre todo la nave espacial Dawn lanzada en 2007 que visitó Ceres y Vesta. Ambas naves espaciales se construyeron en JPL (Jet Propulsion Laboratory), y el equipo de Psyche se ha beneficiado significativamente de su experiencia y conocimientos.

La alta eficiencia de la propulsión eléctrica significaba que esas misiones llevarían sustancialmente menos propulsor. De hecho, la propulsión eléctrica solar es uno de los factores habilitadores clave para la misión Psyche. Sin embargo, cuando se trata de márgenes, hay dos matices clave sobre la propulsión eléctrica. Primero, los sistemas de propulsión eléctrica requieren una cantidad significativa de energía para funcionar. Cuando está en funcionamiento, los propulsores de Psyche consumirán más energía que todos los demás sistemas a bordo combinados. Cuanta más potencia se tenga, mayor será el empuje y la eficiencia asociada, lo que significa que más masa se puede entregar. Como resultado, a diferencia de los sistemas de propulsión convencionales, ahora existe un fuerte vínculo entre masa y potencia.

El segundo matiz es que la propulsión eléctrica tiene un empuje significativamente menor. El empuje que usa Psyche tiene un empuje máximo de aproximadamente 270 mN, aproximadamente equivalente al peso de un billete de 5 euros. Como resultado, los tiempos de combustión son significativamente más largos, a veces abarcando la gran mayoría de la misión. "¿Cuánto tiempo?" uno puede preguntar. Bueno, la siguiente imagen muestra la trayectoria que tomará la nave espacial. Con un par de excepciones, la curva de la Tierra a Psyche está cubierta con un contorno gris, que representa cuando la nave está operando sus propulsores eléctricos, más del 80% del tiempo.

Entonces, en lugar de segundos o minutos, las duraciones de empuje de la nave espacial Psyche serán de varios días a semanas, separadas solo por breves ventanas para comunicarse con la Tierra. Cuando uno suma todo, significa que durante la parte de la misión en la que la nave espacial viajará a Psyche, conocida como la 'Fase de crucero', la nave espacial estará bastante ocupada y no habrá mucho tiempo de sobra. Esto significa que ahora hay una tercera variable importante para la que se debe gestionar el margen: el tiempo.

Como se muestra, existe una interdependencia entre las tres variables: masa, potencia y tiempo (que llamamos “estrategia de operación” o “ciclo de trabajo”). Esto significa que los márgenes se pueden negociar entre sí. Por ejemplo, si uno se está quedando sin masa, una posible solución podría ser operar el propulsor a un nivel de potencia más alto, disminuyendo el margen de potencia. Otra forma en que uno podría aumentar el margen de masa es disparar el propulsor durante un período de tiempo más largo, aunque esto reduciría el margen de operaciones. Por supuesto, funciona en ambos sentidos; Si el margen de energía o de operaciones fuera demasiado bajo, podríamos comenzar a buscar otros recursos para proporcionar suficiente solidez.

 

Julio de 2020, Psyche, la misión de la NASA para explorar un asteroide metal-roca del mismo nombre, recientemente pasó un hito crucial que lo acerca a su fecha de lanzamiento en agosto de 2022. Ahora la misión está pasando de la planificación y el diseño a la fabricación de alta velocidad del hardware de la nave espacial que volará a su objetivo en el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter. Al igual que todas las misiones de la NASA, los primeros trabajos en Psyche comenzaron con la elaboración de planos digitales. Luego vino la construcción de modelos de ingeniería, que fueron probados y probados nuevamente para confirmar que los sistemas harían su trabajo en el espacio profundo, operando la nave espacial, tomando datos científicos y comunicándolos de vuelta a la Tierra.

Y el equipo acaba de navegar a través de una etapa clave en ese proceso, la revisión crítica del diseño. Es entonces cuando la NASA examina los diseños para todos los sistemas del proyecto, incluidos los tres instrumentos científicos y todos los subsistemas de ingeniería de naves espaciales, desde telecomunicaciones, propulsión y energía hasta aviónica y la computadora de vuelo. "Es una de las revisiones más intensas que atraviesa una misión en todo su ciclo de vida", dijo Lindy Elkins-Tanton, quien como investigador principal de Psyche dirige la misión general. "Y pasamos con gran éxito. Los desafíos no han terminado, y no estamos en la línea de meta, pero estamos corriendo fuertes".

Los científicos e ingenieros de la misión trabajaron juntos para planificar las investigaciones que determinarán qué constituye el asteroide Psyche, uno de los objetivos más intrigantes en el cinturón principal de asteroides. Los científicos piensan que, a diferencia de la mayoría de los otros asteroides que son cuerpos rocosos o helados, Psyche es en gran parte hierro metálico y níquel, similar al núcleo de la Tierra, y podría ser el corazón de un planeta temprano que perdió sus capas externas.

Dado que no podemos examinar de cerca el núcleo de la Tierra, explorar el asteroide Psyche (aproximadamente 226 kilómetros de ancho) podría dar una valiosa información sobre cómo se formaron nuestro propio planeta y otros. Con ese fin, la nave espacial Psyche usará un magnetómetro para medir el campo magnético del asteroide. Un generador de imágenes multiespectrales capturará imágenes de la superficie, así como datos sobre la composición y la topografía. Los espectrómetros analizarán los neutrones y los rayos gamma que provienen de la superficie para revelar los elementos que componen el asteroide.

El equipo de la misión hizo prototipos y modelos de ingeniería de los instrumentos científicos y muchos de los subsistemas de ingeniería de la nave espacial. Estos modelos se fabrican con materiales menos costosos que los que volarán en la misión; de esa manera se pueden probar a fondo antes de construir el hardware de vuelo real. "Esto está planeando con esteroides", dijo Elkins-Tanton, quien también es director gerente y copresidente de la Iniciativa Interplanetaria en la Universidad Estatal de Arizona en Tempe. "E incluye tratar de comprender hasta siete u ocho niveles de detalle exactamente cómo todo en la nave espacial debe trabajar en conjunto para garantizar que podamos medir nuestra ciencia, recopilar nuestros datos y enviar todos los datos a la Tierra. La complejidad es mental: alucinante".

Ahora que Psyche está a toda velocidad en la construcción de hardware, no hay tiempo que perder. El ensamblaje y las pruebas de la nave espacial completa comienzan en febrero de 2021, y cada instrumento, incluida una demostración de tecnología láser llamada Deep Space Optical Communications, dirigida por la JPL (Jet Propulsion Laboratory), tiene una fecha límite de abril de 2021 para entregarse en la sala limpia principal de JPL.

El cuerpo principal de la nave espacial, llamado chasis de propulsión eléctrica solar (SEP), ya se está construyendo en Maxar Technologies en Palo Alto, California. Mientras se observan los requisitos de distanciamiento social para la prevención de COVID-19, los ingenieros están trabajando para conectar los tanques de propulsión. En febrero de 2021, Maxar entregará el chasis SEP a JPL en el sur de California y luego entregará los paneles solares que proporcionan toda la energía para los sistemas de naves espaciales unos meses más tarde.

JPL proporciona el subsistema de aviónica, que incluye la computadora de vuelo de Psyche, el cerebro de la nave espacial. Con el equipo extendido sobre bastidores en una sala limpia, los ingenieros prueban cada pieza antes de integrarla con la siguiente. Una vez que todo está conectado, prueban el sistema completo con el software, operando la electrónica exactamente como se usarán en el vuelo.

"Una de las cosas de las que nos enorgullecemos en estas misiones en el espacio profundo es la confiabilidad del hardware", dijo Henry Stone, gerente de proyectos de Psyche, de JPL. "El sistema integrado es tan sofisticado que las pruebas exhaustivas son críticas. Usted hace pruebas de robustez, pruebas de estrés, tantas pruebas como sea posible, más allá”.

 

Año 2019, la NASA ha seleccionado SpaceX de Hawthorne, California, para proporcionar servicios de lanzamiento para la misión Psyche de la agencia. La misión Psique actualmente está destinada a lanzarse en julio de 2022 en un cohete Falcon Heavy del Complejo de Lanzamiento 39A en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida. El lanzamiento de Psyche incluirá dos cargas útiles secundarias (pendiente de revisión y selección final): Escape y aceleración de plasma y exploradores de dinámica (EscaPADE), que estudiará la atmósfera marciana, y Janus, que estudiará asteroides binarios. El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA en el Centro Espacial Kennedy en Florida gestionará el servicio de lanzamiento SpaceX. La misión está dirigida por la Universidad Estatal de Arizona. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA es responsable de la gestión general de la misión, la ingeniería del sistema, la integración, las pruebas y las operaciones de la misión. Maxar Technologies está proporcionando un chasis de nave espacial de propulsión eléctrica solar de alta potencia.