Orbitador de reconocimiento de Marte
Nave espacial de la NASA activa desde 2005

Orbitador de reconocimiento de Marte
Nave espacial Mars Reconnaissance Orbiter
Tipo de misiónOrbitador de Marte
OperadorNASA  / Laboratorio de Propulsión a Chorro
Identificación de COSPAR2005-029A
N.º SATCAT28788
Sitio webmars.nasa.gov/mro/nasa.gov/mission_pages/MRO/main/index.html
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Duración de la misión19 años, 2 meses y 6 días desde el lanzamiento (18 años, 7 meses y 8 días (6615  soles ) en Marte)
Propiedades de las naves espaciales
FabricanteLockheed Martin  / Universidad de Arizona  / Laboratorio de Física Aplicada  / Agencia Espacial Italiana  / Malin Space Science Systems
Lanzamiento masivo2180 kg (4810 libras) [1]
Masa seca1.031 kilogramos (2.273 libras)
Masa de carga útil139 kilogramos (306 libras)
Fuerza600–2000  vatios
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento12 de agosto de 2005, 11:43:00  UTC (2005-08-12UTC11:43Z)
CoheteAtlas V 401
Sitio de lanzamientoCabo Cañaveral SLC-41
ContratistaLockheed Martin
Parámetros orbitales
Sistema de referenciaAreocéntrico
RégimenSincrónico al sol [2]
Inclinación93 grados [2]
Período111 minutos
Orbitador de Marte
Inserción orbital10 de marzo de 2006, 21:24:00 UTC
MSD 46990 12:48 AMT
Insignia del Orbitador de Reconocimiento de Marte
Insignia oficial de la misión Mars Reconnaissance Orbiter

El Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ) es una nave espacial diseñada para buscar la existencia de agua en Marte y brindar apoyo a las misiones a Marte , como parte del Programa de Exploración de Marte de la NASA . Fue lanzado desde Cabo Cañaveral el 12 de agosto de 2005, a las 11:43 UTC y llegó a Marte el 10 de marzo de 2006, a las 21:24 UTC. En noviembre de 2006, después de seis meses de aerofrenado , entró en su órbita científica final y comenzó su fase científica primaria.

Los objetivos de la misión incluyen observar el clima de Marte , investigar las fuerzas geológicas , proporcionar reconocimiento de futuros sitios de aterrizaje y transmitir datos de misiones de superficie a la Tierra. Para respaldar estos objetivos, el MRO lleva diferentes instrumentos científicos, incluidas tres cámaras, dos espectrómetros y un radar subterráneo . Al 29 de julio de 2023, el MRO ha devuelto más de 450 terabits de datos, ha ayudado a elegir sitios de aterrizaje seguros para los módulos de aterrizaje de la NASA en Marte , ha descubierto hielo de agua pura en nuevos cráteres y más evidencia de que alguna vez fluyó agua en la superficie de Marte. [3]

La nave espacial continúa operando en Marte, mucho más allá de su vida útil prevista. Debido a su papel fundamental como transmisor de datos de alta velocidad para misiones terrestres, la NASA tiene la intención de continuar la misión el mayor tiempo posible, al menos hasta fines de la década de 2020. Al 18 de octubre de 2024, la MRO ha estado activa en Marte durante 6615 soles , o 18 años, 7 meses y 8 días, y es la tercera nave espacial de mayor vida en orbitar Marte, después de Mars Odyssey y Mars Express de 2001 .

Prelanzamiento

Tras los fracasos de las misiones Mars Climate Orbiter y Mars Polar Lander en 1999, la NASA reorganizó y replanificó su Programa de Exploración de Marte . En octubre de 2000, la NASA anunció sus planes reformulados para Marte, que redujeron el número de misiones planificadas e introdujeron un nuevo tema, "seguir el agua". Los planes incluían el Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ), que se lanzaría en 2005. [4]

El 3 de octubre de 2001, la NASA eligió a Lockheed Martin como contratista principal para la fabricación de la nave espacial. [5] A finales de 2001, todos los instrumentos de la misión habían sido seleccionados. No hubo contratiempos importantes durante la construcción del MRO y la nave espacial fue enviada al Centro Espacial John F. Kennedy el 1 de mayo de 2005 para prepararla para el lanzamiento. [6]

Objetivos de la misión

Componentes de MRO

El MRO tiene objetivos científicos y de "apoyo a la misión". La misión científica principal se diseñó inicialmente para durar de noviembre de 2006 a noviembre de 2008, y la fase de apoyo a la misión, de noviembre de 2006 a noviembre de 2010. Ambas misiones se han ampliado. [7]

Los objetivos científicos formales de MRO son observar el clima actual, en particular su circulación atmosférica y variaciones estacionales; buscar señales de agua, tanto pasadas como presentes, y comprender cómo alteró la superficie del planeta; mapear y caracterizar las fuerzas geológicas que dieron forma a la superficie. [8]

Para apoyar otras misiones a Marte, el MRO también tiene objetivos de apoyo a las misiones. Entre ellos se encuentran proporcionar servicios de retransmisión de datos desde las misiones terrestres a la Tierra y caracterizar la seguridad y viabilidad de posibles lugares de aterrizaje y de travesías de vehículos exploradores en Marte en el futuro . [8]

El MRO desempeñó un papel clave en la elección de sitios de aterrizaje seguros para el módulo de aterrizaje Phoenix en 2008, el Mars Science Laboratory / rover Curiosity en 2012, el módulo de aterrizaje InSight en 2018 y el Mars 2020 / rover Perseverance en 2021. [9] [10] [11]

Lanzamiento e inserción orbital

El 12 de agosto de 2005, el MRO fue lanzado a bordo de un cohete Atlas V-401 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . [12] La etapa superior Centaur del cohete completó sus quemaduras durante un período de 56 minutos y colocó al MRO en una órbita de transferencia interplanetaria hacia Marte. [13]

La MRO navegó por el espacio interplanetario durante siete meses y medio antes de llegar a Marte. Durante el viaje, se probaron y calibraron la mayoría de los instrumentos y experimentos científicos . Para garantizar una inserción orbital adecuada al llegar a Marte, se planificaron cuatro maniobras de corrección de trayectoria y se discutió una quinta maniobra de emergencia. [14] Sin embargo, solo fueron necesarias tres maniobras de corrección de trayectoria, lo que permitió ahorrar 27 kilogramos (60 lb) de combustible que se podría utilizar durante la misión extendida de la MRO . [15]

El MRO comenzó su inserción orbital aproximándose a Marte el 10 de marzo de 2006 y pasando por encima de su hemisferio sur a una altitud de 370 a 400 kilómetros (230 a 250 millas). Los seis motores principales del MRO funcionaron durante 27 minutos para reducir la velocidad de la sonda en 1000 metros por segundo (3300 pies/s). El encendido fue notablemente preciso, ya que la ruta de inserción había sido diseñada más de tres meses antes, con el cambio de velocidad logrado solo un 0,01 % por debajo del diseño, lo que requirió un tiempo de encendido adicional de 35 segundos. [16]

La inserción orbital se completó y el orbitador se colocó en una órbita polar altamente elíptica con un período de aproximadamente 35,5 horas. [17] Poco después de la inserción, el periapsis (el punto de la órbita más cercano a Marte) se encontraba a 426 km (265 mi) de la superficie [17] (a 3.806 km (2.365 mi) del centro del planeta). El apoapsis (el punto de la órbita más alejado de Marte) se encontraba a 44.500 km (27.700 mi) de la superficie (a 47.972 km (29.808 mi) del centro del planeta). [18]

Cuando el MRO entró en órbita, se unió a otras cinco naves espaciales activas que estaban en órbita o en la superficie del planeta: Mars Global Surveyor , Mars Express , 2001 Mars Odyssey y los dos Mars Exploration Rovers ( Spirit y Opportunity ). Esto estableció un nuevo récord para la nave espacial más operativa en las inmediaciones de Marte. [19]

El 30 de marzo de 2006, MRO comenzó el proceso de aerofrenado , un procedimiento de tres pasos que redujo a la mitad el combustible necesario para lograr una órbita más baja y circular con un período más corto. Primero, durante sus primeras cinco órbitas del planeta (una semana terrestre), MRO utilizó sus propulsores para bajar el periapsis de su órbita a una altitud de aerofrenado. Segundo, mientras usaba sus propulsores para hacer correcciones menores a su altitud de periapsis, MRO mantuvo la altitud de aerofrenado durante 445 órbitas planetarias (alrededor de cinco meses terrestres) para reducir el apoapsis de la órbita a 450 kilómetros (280 millas). Esto se hizo de tal manera que no se calentara demasiado la nave espacial, pero también se sumergiera lo suficiente en la atmósfera para reducir la velocidad de la nave espacial. Tercero, una vez completado el proceso, MRO utilizó sus propulsores para mover su periapsis fuera del borde de la atmósfera el 30 de agosto de 2006. [20] [21] [22]

En septiembre de 2006, el MRO encendió sus propulsores dos veces más para ajustar su órbita final, casi circular, a aproximadamente 250 a 316 km (155 a 196 mi) sobre la superficie, con un período de alrededor de 112 minutos. [23] [24] Las antenas de radar SHARAD se desplegaron el 16 de septiembre. Todos los instrumentos científicos fueron probados y la mayoría se apagaron antes de la conjunción solar que ocurrió del 7 de octubre al 6 de noviembre de 2006. Esto se hizo para evitar que las partículas cargadas del Sol interfirieran con las señales y potencialmente pusieran en peligro la nave espacial. [25] Después de que terminó la conjunción, comenzó la "fase científica primaria". [26]

Cronología

Las fracturas tectónicas dentro de la región Candor Chasma de Valles Marineris , Marte, conservan formas similares a crestas a medida que el lecho rocoso circundante se erosiona.
El rover Curiosity durante su entrada en la atmósfera, tal como lo vio HiRISE el 6 de agosto de 2012. Paracaídas supersónico y carcasa trasera visibles
Imagen tomada por HiRISE de Acidalia Planitia el 17 de mayo de 2015, donde se desarrolla la novela The Martian y su adaptación cinematográfica
Comparación de Marte con y sin la tormenta de polvo que provocó el fin del rover Opportunity , tomada por MARCI en 2018

El 29 de septiembre de 2006 ( sol 402), MRO tomó su primera imagen de alta resolución desde su órbita científica. Se dice que esta imagen resuelve elementos tan pequeños como 90 cm (3 pies) de diámetro. El 6 de octubre, la NASA publicó imágenes detalladas del MRO del cráter Victoria junto con el rover Opportunity en el borde sobre él. [27] En noviembre, comenzaron a surgir problemas en el funcionamiento de dos instrumentos de la nave espacial MRO . Un mecanismo de paso en el Mars Climate Sounder (MCS) se saltó en múltiples ocasiones, lo que resultó en un campo de visión que estaba ligeramente fuera de posición. Para diciembre, las operaciones normales del instrumento se habían suspendido, aunque una estrategia de mitigación permite que el instrumento continúe haciendo la mayoría de las observaciones previstas. [28] Además, se ha observado un aumento del ruido y los píxeles defectuosos resultantes en varios CCD del High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE). El funcionamiento de esta cámara con un tiempo de calentamiento más largo [a] ha aliviado el problema. Sin embargo, la causa aún se desconoce y puede volver. [30]

El 17 de noviembre de 2006, la NASA anunció la prueba exitosa del MRO como un relé de comunicaciones orbitales. Utilizando el rover Spirit de la NASA como punto de origen para la transmisión, el MRO actuó como un relé para transmitir datos a la Tierra. [31] HiRISE pudo fotografiar el módulo de aterrizaje Phoenix durante su descenso en paracaídas a Vastitas Borealis el 25 de mayo de 2008 (sol 990). [32]

El orbitador siguió experimentando problemas recurrentes en 2009, incluidos cuatro reinicios espontáneos, que culminaron con un apagado de la nave espacial durante cuatro meses, de agosto a diciembre. [33] Si bien los ingenieros no han determinado la causa de los reinicios recurrentes, han creado un nuevo software para ayudar a solucionar el problema en caso de que vuelva a ocurrir. Otro reinicio espontáneo ocurrió en septiembre de 2010. [34]

El 3 de marzo de 2010, la MRO alcanzó otro hito significativo, al haber transmitido más de 100 terabits de datos a la Tierra, lo que fue más que todas las demás sondas interplanetarias enviadas desde la Tierra juntas. [35]

En diciembre de 2010, comenzó la primera Misión Extendida. Los objetivos incluían explorar los procesos estacionales , buscar cambios en la superficie y brindar apoyo a otras naves espaciales marcianas. Esto duró hasta octubre de 2012, después de lo cual la NASA comenzó la segunda Misión Extendida del MRO , que duró hasta octubre de 2014. [34] A partir de 2023, el MRO ha completado cinco misiones y actualmente se encuentra en su sexta. [36]

El 6 de agosto de 2012 (sol 2483), el orbitador pasó sobre el cráter Gale , el lugar de aterrizaje de la misión Mars Science Laboratory, durante su fase EDL . Captó una imagen a través de la cámara HiRISE del rover Curiosity descendiendo con su carcasa trasera y paracaídas supersónico . [37] En diciembre de 2014 y abril de 2015, Curiosity fue fotografiado nuevamente por HiRISE dentro del cráter Gale. [38]

El 9 de marzo de 2014 se produjo otra anomalía informática, cuando el MRO se puso en modo seguro tras un cambio no programado de un ordenador a otro. El MRO reanudó sus operaciones científicas normales cuatro días después. Esto volvió a ocurrir el 11 de abril de 2015, tras lo cual el MRO volvió a su plena capacidad operativa una semana después. [34]

La NASA informó que el MRO , [39] así como el Mars Odyssey Orbiter [40] y el orbitador MAVEN [41] tuvieron la oportunidad de estudiar el sobrevuelo del cometa Siding Spring el 19 de octubre de 2014. [42] [43] Para minimizar el riesgo de daños por el material desprendido por el cometa, el MRO realizó ajustes orbitales el 2 de julio de 2014 y el 27 de agosto de 2014. Durante el sobrevuelo, el MRO tomó las mejores fotografías jamás tomadas de un cometa desde la nube de Oort y no sufrió daños. [38]

En enero de 2015, el MRO descubrió e identificó los restos del Beagle 2 de Gran Bretaña , que se perdió durante su fase de aterrizaje en 2003 y se pensó que se había estrellado. Las imágenes revelaron que el Beagle 2 había aterrizado de manera segura, pero uno o dos de sus paneles solares no se habían desplegado por completo, lo que bloqueó la antena de radio. [38] [44] En octubre de 2016, el lugar del accidente de otra nave espacial perdida, Schiaparelli EDM , fue fotografiado por el MRO , utilizando las cámaras CTX y HiRISE. [38]

El 29 de julio de 2015, el MRO fue colocado en una nueva órbita para proporcionar apoyo de comunicaciones durante la llegada prevista de la misión de aterrizaje en Marte InSight en septiembre de 2016. [45] La combustión del motor de la maniobra duró 75 segundos. [46] InSight se retrasó y perdió la ventana de lanzamiento de 2016 , pero se lanzó con éxito durante la siguiente ventana el 5 de mayo de 2018 y aterrizó el 26 de noviembre de 2018. [47]

Debido a la longevidad de la misión, varios componentes del MRO han comenzado a deteriorarse. Desde el inicio de la misión en 2005 hasta 2017, el MRO había utilizado una unidad de medición inercial en miniatura (MIMU) para el control de altitud y orientación. Después de 58.000 horas de uso y señales de vida limitadas, el orbitador cambió a una unidad de respaldo, que, a partir de 2018, ha alcanzado las 52.000 horas de uso. Para conservar la vida útil de la copia de seguridad, la NASA cambió de MIMU a un modo "todo estelar" para operaciones de rutina en 2018. El modo "todo estelar" utiliza cámaras y software de reconocimiento de patrones para determinar la ubicación de las estrellas, que luego se pueden usar para identificar la orientación del MRO . [48] Los problemas con el desenfoque en las imágenes de HiRISE y la degradación de la batería también surgieron en 2017, pero desde entonces se han resuelto. [49] En agosto de 2023, las unidades electrónicas dentro del sensor CCD RED4 de HiRISE también comenzaron a fallar y están causando artefactos visuales en las fotografías tomadas. [50]

En 2017, los crioenfriadores utilizados por CRISM completaron su ciclo de vida, lo que limitó las capacidades del instrumento a longitudes de onda visibles , en lugar de su rango de longitud de onda completo. En 2022, la NASA anunció el cierre de CRISM en su totalidad, y el instrumento se retiró formalmente el 3 de abril de 2023, después de crear dos mapas finales, casi globales, utilizando datos anteriores y un segundo espectrómetro más limitado que no requería crioenfriadores. [38] [51] [52]

Instrumentos

El orbitador incluye tres cámaras, dos espectrómetros y un radar, además de tres instrumentos de ingeniería y dos "experimentos de instalaciones científicas", que utilizan datos de subsistemas de ingeniería para recopilar datos científicos. Dos de los instrumentos de ingeniería se utilizan para probar y demostrar nuevos equipos para futuras misiones. [53] El MRO toma alrededor de 29.000 imágenes al año. [54]

HiRISE

La cámara del Experimento Científico de Imágenes de Alta Resolución (HiRISE) es un telescopio reflector de 0,5 m (1 pie 8 pulgadas) , el más grande jamás llevado en una misión al espacio profundo , y tiene una resolución de 1  microradián , o 0,3 m (1 pie 0 pulgadas) desde una altitud de 300 km (190 mi). En comparación, las imágenes satelitales de la Tierra generalmente están disponibles con una resolución de 0,5 m (1 pie 8 pulgadas). [55] HiRISE recopila imágenes en tres bandas de color, de 400 a 600 nm (azul-verde o B-G), de 550 a 850 nm (rojo) y de 800 a 1000 nm ( infrarrojo cercano ). [56]

Las imágenes en color rojo tienen 20.264 píxeles de ancho (6 km (3,7 mi)), y las imágenes en B–G y NIR tienen 4.048 píxeles de ancho (1,2 km (0,75 mi) de ancho). El ordenador de a bordo de HiRISE lee estas líneas al ritmo de la velocidad terrestre del orbitador , y las imágenes tienen una longitud potencialmente ilimitada. Sin embargo, en la práctica, su longitud está limitada por la capacidad de memoria de 28 Gb del ordenador , y el tamaño máximo nominal es de 20.000 × 40.000 píxeles (800 megapíxeles ) y 4.000 × 40.000 píxeles (160 megapíxeles) para las imágenes en B–G y NIR. Cada imagen de 16,4 Gb se comprime a 5 Gb antes de su transmisión y publicación al público general en el sitio web de HiRISE en formato JPEG 2000 . [24] [57] Para facilitar el mapeo de posibles sitios de aterrizaje, HiRISE puede producir pares de imágenes estereoscópicas a partir de las cuales se puede calcular la topografía con una precisión de 0,25 m (9,8 pulgadas). [58] HiRISE fue construido por Ball Aerospace & Technologies Corp. [59]

CTX

La cámara de contexto (CTX) proporciona imágenes en escala de grises (500 a 800 nm) con una resolución de píxeles de hasta unos 6 m (20 pies). CTX está diseñada para proporcionar mapas de contexto para las observaciones específicas de HiRISE y CRISM, y también se utiliza para crear mosaicos de grandes áreas de Marte, monitorear una serie de ubicaciones para detectar cambios a lo largo del tiempo y adquirir cobertura estéreo (3D) de regiones clave y posibles sitios de aterrizaje futuros. [60] [61] La óptica de CTX consiste en un telescopio Maksutov Cassegrain de 350 mm (14 pulgadas) de longitud focal con un CCD de matriz lineal de 5064 píxeles de ancho. El instrumento toma fotografías de 30 km (19 mi) de ancho y tiene suficiente memoria interna para almacenar una imagen de 160 km (99 mi) de largo antes de cargarla en la computadora principal. [62] La cámara fue construida y es operada por Malin Space Science Systems . CTX había mapeado más del 99% de Marte en marzo de 2017 y ayudó a crear un mapa interactivo de Marte en 2023. [63] [64]

MARCÍ

El Mars Color Imager (MARCI) es una cámara de gran angular y relativamente baja resolución que observa la superficie de Marte en cinco bandas visibles y dos ultravioletas . Cada día, MARCI recoge unas 84 imágenes y produce un mapa global con resoluciones de píxeles de 1 a 10 km (0,62 a 6,21 mi). Este mapa proporciona un informe meteorológico semanal de Marte, ayuda a caracterizar sus variaciones estacionales y anuales y cartografía la presencia de vapor de agua y ozono en su atmósfera. [65] La cámara fue construida y es operada por Malin Space Science Systems. Tiene una lente ojo de pez de 180 grados con los siete filtros de color unidos directamente a un solo sensor CCD. [66] [67] La ​​misma cámara MARCI estaba a bordo del Mars Climate Orbiter lanzado en 1998. [68]

CRISMO

El instrumento Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) es un espectrómetro visible e infrarrojo cercano que se utiliza para producir mapas detallados de la mineralogía de la superficie de Marte. [69] Opera de 362 a 3920 nm, mide el espectro en 544  canales (cada uno de 6,55 nm de ancho) y tiene una resolución de 18 m (59 pies) a una altitud de 300 km (190 mi). [69] [70] CRISM se está utilizando para identificar minerales y productos químicos indicativos de la existencia pasada o presente de agua en la superficie de Marte. Estos materiales incluyen óxidos de hierro , filosilicatos y carbonatos , que tienen patrones característicos en su energía visible-infrarroja. [71] El instrumento CRISM se apagó el 3 de abril de 2023. [51]

MCS

El Mars Climate Sounder (MCS) es un radiómetro que mira tanto hacia abajo como horizontalmente a través de la atmósfera para cuantificar las variaciones verticales de la atmósfera . Tiene un canal visible/infrarrojo cercano (0,3 a 3,0 μm) y ocho canales infrarrojos lejanos (12 a 50 μm) seleccionados para el propósito. MCS observa la atmósfera en el horizonte de Marte (como se ve desde MRO) dividiéndola en rebanadas verticales y tomando mediciones dentro de cada rebanada en incrementos de 5 km (3,1 mi). Estas mediciones se reúnen en mapas meteorológicos globales diarios para mostrar las variables básicas del clima marciano : temperatura, presión, humedad y densidad del polvo . [72] El MCS pesa aproximadamente 9 kg (20 lb) y comenzó a funcionar en noviembre de 2006. [73] [74] Desde que comenzó a funcionar, ha ayudado a crear mapas de nubes mesosféricas, [75] estudiar y categorizar tormentas de polvo, [76] y proporcionar evidencia directa de nieve de dióxido de carbono en Marte. [77]

Este instrumento, suministrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, es una versión actualizada de un instrumento más grande y pesado desarrollado originalmente en el JPL para las misiones Mars Observer de 1992 y Mars Climate Orbiter de 1998 , [78] que fracasaron. [79]

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Concepto artístico de MRO que utiliza SHARAD para "mirar" debajo de la superficie de Marte

El experimento de sonda Shallow Radar (SHARAD) a bordo del MRO está diseñado para sondear la estructura interna de los casquetes polares marcianos . También recopila información de todo el planeta sobre las capas subterráneas de regolito , roca y hielo que podrían ser accesibles desde la superficie. SHARAD emite ondas de radio  de alta frecuencia entre 15 y 25 MHz , un rango que le permite resolver capas tan delgadas como 7 m (23 pies) hasta una profundidad máxima de 3 km (1,864 mi). Tiene una resolución horizontal de 0,3 a 3 km (0,2 a 1,9 mi). [80] SHARAD está diseñado para complementar el instrumento MARSIS de Mars Express , que tiene una resolución más gruesa pero penetra a una profundidad mucho mayor. Tanto SHARAD como MARSIS fueron fabricados por la Agencia Espacial Italiana . [81]

Instrumentos y experimentos de ingeniería

Además de su equipo de imágenes, MRO lleva tres instrumentos de ingeniería. El paquete de comunicaciones Electra es una radio UHF definida por software que proporciona una plataforma flexible para desarrollar capacidades de retransmisión. [82] Está diseñado para comunicarse con otras naves espaciales a medida que se acercan, aterrizan y operan en Marte. Además de los enlaces de datos entre naves espaciales controlados por protocolo de 1 kbit/s a 2 Mbit/s, Electra también proporciona recopilación de datos Doppler, grabación de bucle abierto y un servicio de sincronización de alta precisión basado en un oscilador ultraestable. [83] [84] La información Doppler para los vehículos que se aproximan se puede utilizar para la orientación del descenso final o la recreación de la trayectoria de descenso y aterrizaje. La información Doppler sobre los vehículos aterrizados permite a los científicos determinar con precisión la ubicación de la superficie de los módulos de aterrizaje y los exploradores de Marte. Las dos naves espaciales Mars Exploration Rover (MER) utilizaron una radio de retransmisión UHF de generación anterior que proporciona funciones similares a través del orbitador Mars Odyssey. La radio Electra ha transmitido información hacia y desde la nave espacial MER, el módulo de aterrizaje Phoenix y el rover Curiosity . [85]

Una imagen de Fobos tomada por HiRISE el 23 de marzo de 2008 desde una distancia de alrededor de 6.800 kilómetros (4.200 millas) [86]

Durante la fase de crucero, el MRO también utilizó el Paquete Experimental de Telecomunicaciones de banda Ka para demostrar una forma de comunicación con la Tierra que consume menos energía. [87]

La cámara de navegación óptica toma imágenes de las lunas marcianas, Fobos y Deimos , contra estrellas de fondo para determinar con precisión la órbita de la MRO . Aunque esto no es crítico, se incluyó como una prueba tecnológica para futuras órbitas y aterrizajes de naves espaciales. [88] La cámara de navegación óptica se probó con éxito en febrero y marzo de 2006. [89]

La nave espacial también está realizando dos investigaciones científicas adicionales. El paquete de investigación del campo gravitatorio mide las variaciones en el campo gravitatorio marciano a través de las variaciones en la velocidad de la nave espacial. Los cambios de velocidad se detectan midiendo los desplazamientos Doppler en las señales de radio del MRO recibidas en la Tierra. Los datos de esta investigación se pueden utilizar para comprender la geología del subsuelo de Marte, determinar la densidad de la atmósfera y rastrear los cambios estacionales en la ubicación del dióxido de carbono depositado en la superficie. [90]

La investigación de la estructura atmosférica utilizó acelerómetros sensibles a bordo para deducir la densidad atmosférica in situ de Marte durante el frenado aerodinámico. Las mediciones ayudaron a comprender mejor las variaciones estacionales del viento, los efectos de las tormentas de polvo y la estructura de la atmósfera. [91]

Sistemas de naves espaciales

Comparación de tamaño de MRO con sus predecesores

Estructura

Los trabajadores de Lockheed Martin Space Systems en Denver ensamblaron la estructura de la nave espacial y colocaron los instrumentos. Los instrumentos se construyeron en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona en Tucson, Arizona , el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland , la Agencia Espacial Italiana en Roma y Malin Space Science Systems en San Diego. [92]

La estructura está hecha principalmente de compuestos de carbono y placas de aluminio en forma de panal. El tanque de combustible de titanio ocupa la mayor parte del volumen y la masa de la nave espacial y proporciona la mayor parte de su integridad estructural . [93] La masa total de la nave espacial es inferior a 2180 kg (4810 lb) con una masa seca sin combustible inferior a 1031 kg (2273 lb). [94]

Sistemas de energía

El panel solar MRO

MRO obtiene toda su energía eléctrica de dos paneles solares , cada uno de los cuales puede moverse independientemente alrededor de dos ejes (rotación arriba-abajo o izquierda-derecha). Cada panel solar mide 5,35 m × 2,53 m (17,6 pies × 8,3 pies) y tiene 9,5 m 2 (102 pies cuadrados) cubiertos con 3.744 células fotovoltaicas individuales. [95] [83] Sus células solares de alta eficiencia pueden convertir más del 26% de la energía que recibe del Sol directamente en electricidad y están conectadas entre sí para producir una salida total de 32  voltios . Mientras orbitan Marte, los paneles juntos producen entre 600 y 2000 [b] vatios de potencia; [96] [83] [8] en contraste, los paneles generarían 6.000 vatios en una órbita terrestre comparable al estar más cerca del Sol. [95] [83]

El MRO tiene dos baterías recargables de níquel-hidrógeno que se utilizan para alimentar la nave espacial cuando no está orientada hacia el Sol. Cada batería tiene una capacidad de almacenamiento de energía de 50  amperios hora (180  kC ). No se puede utilizar toda la gama de baterías debido a las limitaciones de voltaje de la nave espacial, pero permite a los operadores extender la vida útil de la batería, una capacidad valiosa, dado que la descarga de la batería es una de las causas más comunes de fallas a largo plazo de los satélites. Los planificadores anticipan que solo se necesitará el 40% de la capacidad de las baterías durante la vida útil de la nave espacial. [95]

Sistemas electrónicos

La computadora principal de MRO es un procesador RAD750 de 133 MHz, 10,4 millones de transistores , 32 bits , una versión reforzada contra la radiación de un procesador PowerPC 750 o G3 con una placa base especialmente diseñada . [97] El software del sistema operativo es VxWorks y tiene amplios protocolos de protección y monitoreo de fallas. [98]

Los datos se almacenan en un módulo de memoria flash de 160 Gbit (20  GB ) que consta de más de 700 chips de memoria, cada uno con una capacidad de 256  Mbit . Esta capacidad de memoria no es realmente tan grande teniendo en cuenta la cantidad de datos que se deben adquirir; por ejemplo, una sola imagen de la cámara HiRISE puede tener un tamaño de hasta 28 Gb. [98]

Sistema de telecomunicaciones

Instalación de antena de alta ganancia MRO
MRO ve la Tierra y la Luna aproximadamente a escala desde la órbita de Marte.

Cuando se lanzó, el subsistema de telecomunicaciones del MRO era el mejor sistema de comunicación digital enviado al espacio profundo y, por primera vez, utilizaba códigos turbo que se acercaban a la capacidad . Era más potente que cualquier misión espacial profunda anterior y podía transmitir datos diez veces más rápido que las misiones anteriores a Marte. [99] Junto con el paquete de comunicaciones Electra, el sistema consta de una antena muy grande (3 m (9,8 pies)), que se utiliza para transmitir datos a través de la red de espacio profundo mediante frecuencias  de banda X a 8,41 GHz . También demuestra el uso de la banda K a a 32 GHz para velocidades de datos más altas. [100] La velocidad máxima de transmisión desde Marte puede ser de hasta 6 Mbit/s, pero la media está entre 0,5 y 4 Mbit/s. [99] La nave espacial lleva dos amplificadores de tubo de ondas viajeras de banda X de 100 vatios (TWTA) (uno de los cuales es de respaldo), un amplificador de banda K a de 35 vatios y dos transpondedores pequeños de espacio profundo (SDST). [101] [102]

También hay dos antenas más pequeñas de baja ganancia para comunicaciones de menor velocidad durante emergencias y eventos especiales. Estas antenas no tienen platos de enfoque y pueden transmitir y recibir desde cualquier dirección. Son un sistema de respaldo importante para garantizar que siempre se pueda llegar a MRO , incluso si su antena principal está apuntando lejos de la Tierra. [103] [104]

El subsistema de banda K a se utilizó para mostrar cómo un sistema de este tipo podría ser utilizado por naves espaciales en el futuro. Debido a la falta de espectro en la banda X de 8,41 GHz, las futuras misiones de alta velocidad en el espacio profundo utilizarán la banda K a de 32 GHz . La Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA implementó capacidades de recepción en banda K a en sus tres complejos (Goldstone, Canberra y Madrid) sobre su subred de antena de guía de ondas de haz (BWG) de 34 m. [100] También se planificaron pruebas en banda K a durante la fase científica, pero durante el frenado aerodinámico falló un interruptor, lo que limitó la antena de alta ganancia de banda X a un solo amplificador. [105] Si este amplificador falla, se perderán todas las comunicaciones de banda X de alta velocidad. El enlace descendente K a es la única reserva restante para esta funcionalidad, y dado que la capacidad de banda K a de uno de los transpondedores SDST ya ha fallado, [106] (y el otro podría tener el mismo problema), el JPL decidió detener todas las demostraciones de banda K a y mantener la capacidad restante en reserva. [107]

En noviembre de 2013, el MRO había superado los 200 terabits en la cantidad de datos científicos devueltos. Los datos devueltos por la misión son más del triple de los datos totales devueltos a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA para todas las demás misiones gestionadas por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA durante los últimos 10 años. [108]

Imagen de alta resolución del cráter Victoria tomada por HiRISE el 3 de octubre de 2006. El explorador Opportunity puede verse aproximadamente en la posición de las "diez en punto" a lo largo del borde del cráter.

Control de propulsión y actitud

La nave espacial utiliza un tanque de combustible de 1175 L (258 galones imperiales; 310 galones estadounidenses) lleno de 1187 kg (2617 lb) de monopropelente de hidracina . La presión del combustible se regula añadiendo gas helio presurizado desde un tanque externo. El setenta por ciento del propelente se utilizó para la inserción orbital, [109] y tiene suficiente propelente para seguir funcionando hasta la década de 2030. [110]

El MRO tiene 20 propulsores de motor de cohete a bordo. Seis propulsores grandes producen cada uno 170 N (38 lb f ) de empuje para un total de 1.020 N (230 lb f ) destinados principalmente a la inserción orbital. Estos propulsores fueron diseñados originalmente para el módulo de aterrizaje Mars Surveyor 2001. Seis propulsores medianos producen cada uno 22 N (4,9 lb f ) de empuje para maniobras de corrección de trayectoria y control de actitud durante la inserción en órbita. Finalmente, ocho propulsores pequeños producen cada uno 0,9 N (0,20 lb f ) de empuje para el control de actitud durante las operaciones normales. [109]

También se utilizan cuatro ruedas de reacción para un control preciso de la actitud durante actividades que requieren una plataforma muy estable, como la toma de imágenes de alta resolución, en la que incluso pequeños movimientos pueden provocar que la imagen se vea borrosa. Cada rueda se utiliza para un eje de movimiento. La cuarta rueda es una copia de seguridad en caso de que una de las otras tres ruedas falle. Cada rueda pesa 10 kg (22 lb) y puede girar a una velocidad de hasta 100 Hz o 6000  rpm . [109] [111]

Para determinar la órbita de la nave espacial y facilitar las maniobras, se colocan 16 sensores solares (ocho primarios y ocho de respaldo) alrededor de la nave espacial para calibrar la dirección solar en relación con el marco del orbitador. Dos rastreadores de estrellas, cámaras digitales utilizadas para mapear la posición de las estrellas catalogadas , proporcionan a la NASA un conocimiento completo, en tres ejes, de la orientación y actitud de la nave espacial. Una unidad de medición inercial en miniatura (MIMU) primaria y de respaldo , proporcionada por Honeywell , mide los cambios en la actitud de la nave espacial, así como cualquier cambio no inducido gravitacionalmente en su velocidad lineal. Cada MIMU es una combinación de tres acelerómetros y tres giroscopios láser de anillo . Todos estos sistemas son de vital importancia para MRO , ya que debe poder apuntar su cámara con una precisión muy alta para tomar las imágenes de alta calidad que requiere la misión. También se ha diseñado específicamente para minimizar cualquier vibración en la nave espacial, de modo que sus instrumentos puedan tomar imágenes sin distorsiones causadas por vibraciones. [112] [113] [114]

Costo

Costos de desarrollo y misión principal de MRO , por año fiscal

El costo total del MRO hasta el final de su misión principal fue de 716,6 millones de dólares . De esta cantidad, 416,6 millones de dólares se gastaron en el desarrollo de la nave espacial, aproximadamente 90 millones de dólares en su lanzamiento y 210 millones de dólares en cinco años de operaciones de la misión. Desde 2011, los costos operativos anuales del MRO son, en promedio, 31 millones de dólares por año, cuando se ajustan a la inflación. [115]

Descubrimientos

Hielo

Hielo de agua excavado por un cráter de impacto que se formó entre enero y septiembre de 2008. El hielo se identificó espectroscópicamente utilizando CRISM.

Un artículo en la revista Science en septiembre de 2009, [116] informó que algunos cráteres nuevos en Marte han excavado hielo de agua relativamente puro. Después de ser expuesto, el hielo se desvanece gradualmente a medida que se sublima. Estos nuevos cráteres fueron encontrados y datados por la cámara CTX, y la identificación del hielo se confirmó utilizando CRISM. El hielo se encontró en cinco ubicaciones, tres de las cuales estaban en el cuadrángulo de Cebrenia . Estas ubicaciones son 55°34′N 150°37′E / 55.57, 150.62 ; 43°17′N 176°54′E / 43.28, 176.9 ; y 45°00′N 164°30′E / 45,00°N 164,5°E / 45; 164,5 . Otros dos se encuentran en el cuadrángulo Diacria : 46°42′N 176°48′E / 46,7,00°N 176,8°E / 46,7; 176,8 y 46°20′N 176°54′E / 46,33,00°N 176,9°E / 46,33,00°N 176,9 . [117] [118]

Los resultados de radar de SHARAD sugirieron que las características denominadas plataformas de escombros lobulados (LDAs, por sus siglas en inglés) contienen grandes cantidades de hielo de agua. De interés desde los días de los orbitadores Viking , estas LDA son plataformas de material que rodean acantilados. Tienen una topografía convexa y una pendiente suave; esto sugiere un flujo que se aleja del acantilado de origen empinado. Además, las plataformas de escombros lobulados pueden mostrar lineaciones superficiales al igual que los glaciares de roca en la Tierra. [119] SHARAD ha proporcionado evidencia sólida de que las LDA en Hellas Planitia son glaciares que están cubiertos con una capa delgada de escombros (es decir, rocas y polvo); se observó un fuerte reflejo desde la parte superior y la base de las LDA, lo que sugiere que el hielo de agua puro constituye la mayor parte de la formación (entre las dos reflexiones). [120] Con base en los experimentos del módulo de aterrizaje Phoenix y los estudios del Mars Odyssey desde la órbita, se sabe que existe hielo de agua justo debajo de la superficie de Marte en el extremo norte y sur (altas latitudes). [121] [122]

Depósitos de cloruro y minerales acuosos

Depósitos de cloruro en Terra Sirenum

Utilizando datos de Mars Global Surveyor , Mars Odyssey y MRO , los científicos han encontrado depósitos generalizados de minerales de cloruro. La evidencia sugiere que los depósitos se formaron a partir de la evaporación de aguas enriquecidas con minerales. La investigación sugiere que los lagos pueden haber estado dispersos en grandes áreas de la superficie marciana. Por lo general, los cloruros son los últimos minerales en salir de la solución . Los carbonatos, sulfatos y sílice deberían precipitarse antes que ellos. Los rovers de Marte han encontrado sulfatos y sílice en la superficie. Los lugares con minerales de cloruro pueden haber albergado varias formas de vida. Además, dichas áreas podrían preservar rastros de vida antigua. [123]

En 2009, un grupo de científicos del equipo CRISM informó sobre nueve a diez clases diferentes de minerales formados en presencia de agua. Se encontraron diferentes tipos de arcillas (también llamadas filosilicatos) en muchos lugares. Los filosilicatos identificados incluyeron esmectita de aluminio, esmectita de hierro/magnesio, caolinita , prehnita y clorita . Se encontraron rocas que contenían carbonato alrededor de la cuenca de Isidis . Los carbonatos pertenecen a una clase en la que la vida podría haberse desarrollado. Se encontró que las áreas alrededor de Valles Marineris contenían sílice hidratada y sulfatos hidratados. Los investigadores identificaron sulfatos hidratados y minerales férricos en Terra Meridiani y en Valles Marineris. Otros minerales encontrados en Marte fueron jarosita , alunita , hematita , ópalo y yeso . De dos a cinco de las clases de minerales se formaron con el pH adecuado y suficiente agua para permitir el crecimiento de la vida. [124]

Líneas de pendiente recurrentes

Imágenes de HiRISE que muestran la aparición de marcas oscuras en el suelo de Valles Marineris . Imágenes tomadas en distintos momentos del año.

El 4 de agosto de 2011 (sol 2125), la NASA anunció que MRO había detectado rayas oscuras en las laderas , conocidas como líneas de pendiente recurrentes causadas por lo que parecía ser agua salada fluyendo en la superficie o subsuelo de Marte. [125] El 28 de septiembre de 2015, este hallazgo fue confirmado en una conferencia de prensa especial de la NASA. [126] [127] En 2017, sin embargo, investigaciones posteriores sugirieron que las rayas oscuras fueron creadas por granos de arena y polvo que se deslizaban por las laderas, y no por agua que oscurecía el suelo. [128]

Véase también

Notas

  1. ^ Debido al frío del espacio, los instrumentos de las naves espaciales necesitan ser "calentados" para funcionar correctamente. [29]
  2. ^ Se dan varias cifras para la potencia, que van desde 600 W a 2000 W en el afelio hasta 1000 W en una ubicación no especificada en la órbita del MRO. Debido a la información contradictoria de fuentes confiables , se ha utilizado un rango, en lugar de un número exacto. [96] [83] [8]

Referencias

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Lectura adicional

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Sitios web oficiales de instrumentos

Imágenes

  • Imágenes del MRO en el JPL Photojournal
  • Imágenes del MRO en la galería de imágenes de la NASA
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