Akatsuki (nave espacial)
Misión orbital japonesa a Venus (2010-2024)

Akatsuki
Un modelo de la nave espacial Akatsuki
NombresOrbitador climático de Venus (VCO)
PLANET-C
Tipo de misiónOrbitador de Venus
OperadorJAXA
Identificación de COSPAR2010-020D
N.º SATCAT36576
Sitio webSitio especial de JAXA JAXA
Duración de la misión13 años, 11 meses
Propiedades de las naves espaciales
FabricanteTecnologías espaciales NEC
Lanzamiento masivo517,6 kg (1141 libras) [1]
Masa seca320 kilogramos (710 libras)
Dimensiones1,04 × 1,45 × 1,44 m (3,4 × 4,8 × 4,7 pies)
Fuerza>700 vatios a 0,7 AU [1]
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento21 de mayo de 2010, 21:58:22  UTC [2] (2010-05-21UTC21:58:22Z)
CoheteH-IIA 202
Sitio de lanzamiento YLP-1 de Tanegashima
Fin de la misión
Declarado29 de mayo de 2024
Último contactoAbril de 2024
Parámetros orbitales
Sistema de referenciaCitocéntrico
Excentricidad0,971
Altitud del Pericytherion1.000 a 10.000 km (620 a 6.210 millas) [3]
Altitud del apocytherion370.000 km (230.000 mi) [3]
Inclinación3.0°
Período10,8 días [4]
Sobrevuelo de Venus (inserción fallida)
Aproximación más cercana6 de diciembre de 2010, 23:49:00 UTC
Distancia550 kilómetros (340 millas)
Orbitador de Venus
Inserción orbital7 de diciembre de 2015 [5] [6]
Serie PLANETA

Akatsuki (あかつき, 暁, "Amanecer") , también conocida como Venus Climate Orbiter ( VCO ) y Planet-C , fue una sonda espacial de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA)encargada de estudiar la atmósfera de Venus . Fue lanzada a bordo de un cohete H-IIA 202 el 20 de mayo de 2010, [7] pero no logró entrar en órbita alrededor de Venus el 6 de diciembre de 2010. Después de que la nave orbitara el Sol durante cinco años, los ingenieros la colocaron con éxito en una órbita elíptica venusiana alternativa el 7 de diciembre de 2015 al encender sus propulsores de control de actitud durante 20 minutos y la convirtieron en el primer satélite japonés en orbitar Venus. [5] [6] [8] [9]

Mediante el uso de cinco cámaras diferentes que trabajan en varias longitudes de onda, Akatsuki está estudiando la estratificación de la atmósfera, la dinámica atmosférica y la física de las nubes. [10] [11] Los astrónomos que trabajan en la misión informaron haber detectado una posible onda de gravedad (que no debe confundirse con ondas gravitacionales ) en la atmósfera de Venus en diciembre de 2015. [12] [13]

La JAXA perdió contacto con la sonda a finales de abril de 2024. [14]

Misión

Akatsuki es la primera misión de exploración planetaria de Japón desde la fallida sonda orbital marciana Nozomi , lanzada en 1998. Akatsuki originalmente estaba destinada a realizar investigaciones científicas durante dos o más años desde una órbita elíptica alrededor de Venus que oscilaba entre 300 y 80.000 km (190 a 49.710 mi) de altitud, [1] pero su órbita alternativa tenía que ser altamente elíptica, oscilando entre 1.000 y 10.000 kilómetros (620 y 6.210 mi) en su punto más cercano y alrededor de 360.000 kilómetros (220.000 mi) en su punto más lejano. Esta órbita más grande tarda 10 días en completarse en lugar de las 30 horas planificadas originalmente. [15] El presupuesto para esta misión es de ¥ 14.6 mil millones ( US$ 174 millones ) para el satélite y ¥ 9.8 mil millones (US$ 116 millones) para el lanzamiento. [16]

Las observaciones incluyen imágenes de las nubes y la superficie desde una órbita alrededor del planeta con cámaras que operan en longitudes de onda infrarrojas, visibles y ultravioleta para investigar la compleja meteorología venusiana y dilucidar los procesos detrás de la misteriosa superrotación atmosférica . En Venus, mientras el planeta gira a 6 kilómetros por hora (3,7 mph) en el ecuador, la atmósfera gira alrededor del planeta a 300 kilómetros por hora (190 mph). Otros experimentos están diseñados para confirmar la presencia de relámpagos y determinar si actualmente hay vulcanismo en Venus. [17]

Diseño de naves espaciales

Configuración de la nave espacial Akatsuki (izquierda) y una fotografía de la nave espacial con las paletas del panel solar plegadas (derecha). [10]
Esquema de la observación tridimensional de Akatsuki. [10]

El bus principal es una caja de 1,45 × 1,04 × 1,44 m (4,8 × 3,4 × 4,7 pies) con dos paneles solares , cada uno con un área de aproximadamente 1,4 m2 ( 15 pies cuadrados). Los paneles solares proporcionan más de 700 W de potencia mientras están en órbita alrededor de Venus. La masa total de la nave espacial en el lanzamiento fue de 517,6 kg (1141 lb). [1] La masa de la carga útil científica es de 34 kg (75 lb). [18]

La propulsión es proporcionada por un motor de maniobra orbital bi-propelente de 500 newton (110  lb· f ), hidracina - tetróxido de dinitrógeno y doce propulsores de control de reacción de hidracina mono-propelente, ocho con 23 N (5,2 lb· f ) de empuje y cuatro con 3 N (0,67 lb· f ). [1] Es la primera nave espacial en utilizar un propulsor de retrofuego de cerámica ( nitruro de silicio ). [19] La masa total del propelente en el lanzamiento fue de 196,3 kg (433 lb). [1]

La comunicación se realiza a través de un transpondedor de banda X de 20 vatios y 8 GHz que utiliza una antena de alta ganancia de 1,6 m (5 pies 3 pulgadas). La antena de alta ganancia es plana para evitar que se acumule calor en ella. [11] Akatsuki también tiene un par de antenas de bocina de ganancia media montadas en plataformas giratorias y dos antenas de baja ganancia para el enlace ascendente de comandos. Las antenas de bocina de ganancia media se utilizan para el enlace descendente de datos de mantenimiento cuando la antena de alta ganancia no está orientada hacia la Tierra. [1]

Instrumentos

La carga útil científica consta de seis instrumentos. Las cinco cámaras de imágenes exploran Venus en longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo medio: [20] [21]

  1. La cámara de rayos y resplandor atmosférico ( LAC ) busca rayos en el espectro visible (552–777 nm)
  2. El generador de imágenes ultravioleta ( UVI ) estudia la distribución de gases atmosféricos específicos, como el dióxido de azufre y el famoso absorbente desconocido, en longitudes de onda ultravioleta (283–365 nm).
  3. La cámara infrarroja de onda larga ( LIR ) estudia la estructura de las nubes de gran altitud en una longitud de onda en la que emiten calor (10 μm).
  4. La  cámara infrarroja de 1 μm ( IR1 ) capta en el lado nocturno la radiación térmica (0,90–1,01 μm) emitida por la superficie de Venus y ayuda a los investigadores a detectar volcanes activos , si existen. Mientras que en el lado diurno, detecta la radiación solar cercana al infrarrojo (0,90 μm) reflejada por las nubes intermedias. No está disponible para observación después de diciembre de 2016 debido a un fallo electrónico. [22] [23]
  5. La cámara infrarroja de 2 μm ( IR2 ) estudió la opacidad de las nubes inferiores del lado nocturno a la emisión térmica de la superficie y la atmósfera más profunda (1,74–2,32 μm). También detectó en el lado diurno la banda de CO2 a 2,02 μm, que puede usarse para inferir la altitud de la parte superior de las nubes. Finalmente, el filtro de 1,65 μm se usó durante la fase de crucero para estudiar la luz zodiacal. No disponible para observación después de diciembre de 2016 debido a una falla electrónica. [23]
  6. El oscilador ultraestable ( USO ) para realizar experimentos de ocultación de radio .

Relaciones públicas

Entre octubre de 2009 y enero de 2010, la Planetary Society y la JAXA llevaron a cabo una campaña de relaciones públicas para permitir que las personas enviaran su nombre y un mensaje a bordo del Akatsuki . [24] [25] Los nombres y mensajes se imprimieron en letras finas en una placa de aluminio y se colocaron a bordo del Akatsuki . [24] 260.214 personas enviaron nombres y mensajes para la misión. [26] Se crearon alrededor de 90 placas de aluminio para la nave espacial, [27] incluidas tres placas de aluminio en las que se imprimieron las imágenes de la Vocaloid Hatsune Miku y su figura de estilo súper deformado Hachune Miku. [28]

Operaciones

Lanzamiento

El lanzamiento de Akatsuki
Animación de la trayectoria de Akatsuki desde el 21 de mayo de 2010 hasta el 31 de diciembre de 2016
  Akatsuki
  Venus
  Tierra
  Sol

El Akatsuki abandonó el campus de Sagamihara el 17 de marzo de 2010 y llegó al edificio de pruebas y ensamblaje de naves espaciales 2 del Centro Espacial Tanegashima el 19 de marzo. El 4 de mayo, el Akatsuki fue encapsulado dentro del gran carenado de carga útil del cohete H-IIA que lanzó la nave espacial, junto con la vela solar IKAROS , en un viaje de seis meses a Venus. El 9 de mayo, el carenado de carga útil fue transportado al edificio de ensamblaje de vehículos del Centro Espacial Tanegashima, donde el carenado se acopló al propio vehículo de lanzamiento H-IIA. [29]

La nave espacial fue lanzada el 20 de mayo de 2010 a las 21:58:22 ( UTC ) desde el Centro Espacial Tanegashima, [17] después de haber sufrido retrasos debido al clima respecto de su objetivo inicial programado para el 18 de mayo. [30]

Fallo de inserción en órbita

Movimiento de la órbita de la nave espacial y Venus en una línea Sol-Tierra con coordenadas rotatorias fijas en el plano original. Los números en la figura indican los días posteriores al VOI. [10]

Se planeó que Akatsuki iniciara las operaciones de inserción en órbita encendiendo el motor de maniobra orbital a las 23:49:00 el 6 de diciembre de 2010 UTC . [29] Se suponía que la combustión continuaría durante doce minutos, hasta una órbita inicial de Venus con una altitud de apoapsis de 80.000 km (50.000 mi), una altitud de periapsis de 300 km (190 mi) y un período orbital de 30 h . [31]

Se confirmó que la maniobra de inserción en órbita había comenzado a tiempo, pero después del apagón esperado debido a la ocultación por Venus, la comunicación con la sonda no se recuperó como estaba previsto. Se encontró que la sonda estaba en modo de retención segura, estado de giro estabilizado con diez minutos por rotación. [32] Debido a la baja velocidad de comunicación a través de la antena de baja ganancia, tomó un tiempo determinar el estado de la sonda. [33] JAXA declaró el 8 de diciembre que la maniobra de inserción orbital de la sonda había fallado. [34] [35] En una conferencia de prensa el 10 de diciembre, los funcionarios informaron que los motores de Akatsuki se encendieron durante menos de tres minutos, mucho menos de lo que se requirió para entrar en la órbita de Venus. [36] Investigaciones posteriores encontraron que la razón probable del mal funcionamiento del motor fueron los depósitos de sal que atascaron la válvula entre el tanque de presurización de helio y el tanque de combustible. Como resultado, la combustión del motor se volvió rica en oxidantes, con las altas temperaturas de combustión resultantes que dañaron la garganta y la boquilla de la cámara de combustión. Un problema similar de fuga de vapor destruyó la sonda Mars Observer de la NASA en 1993. [37]

Como resultado, la sonda se encontraba en una órbita heliocéntrica, en lugar de la órbita de Venus. Dado que la órbita resultante tenía un período orbital de 203 días, [38] más corto que el período orbital de Venus de 225 días, la sonda se desplazó alrededor del Sol en comparación con Venus.

Esfuerzos de recuperación

La JAXA desarrolló planes para intentar otra puesta en órbita cuando la sonda regresara a Venus en diciembre de 2015. Esto requirió colocar la sonda en "hibernación" o modo seguro para prolongar su vida útil más allá del diseño original de 4,5 años. La JAXA expresó cierta confianza en mantener la sonda operativa, señalando el menor desgaste de la batería, ya que la sonda estaba orbitando el Sol en lugar de su órbita venusiana prevista. [39]

Los datos de telemetría de la falla original sugirieron que la garganta de su motor principal, el motor de maniobra orbital (OME), todavía estaba en gran parte intacto, y se realizaron dos pruebas de empuje a chorro del OME a bordo de la sonda, el 7 y el 14 de septiembre de 2011. [29] Sin embargo, el empuje fue de solo unos 40 newtons (9,0 lb f ), que era el 10% de las expectativas. Después de estas pruebas, se determinó que no habría suficiente impulso específico disponible para la maniobra orbital del OME. Se concluyó que la garganta restante de la cámara de combustión fue completamente destruida por la ignición transitoria del motor. Como resultado, la estrategia seleccionada fue utilizar cuatro propulsores de control de actitud de hidracina , también llamados sistema de control de reacción (RCS), para impulsar la sonda en órbita alrededor de Venus. Debido a que los propulsores RCS no necesitan oxidante, los 65 kilogramos (143 lb) restantes de oxidante ( MON ) se descargaron por la borda en octubre de 2011 para reducir la masa de la nave espacial. [37]

El 1, 10 y 21 de noviembre de 2011 se realizaron tres maniobras orbitales alrededor de Venus utilizando los propulsores RCS. Se le proporcionó a la nave espacial una delta- v total de 243,8 metros por segundo (800 pies/s). Debido a que el impulso específico de los propulsores RCS es bajo en comparación con el impulso específico del OME, la inserción previamente planeada en la órbita baja de Venus se volvió imposible. En cambio, el nuevo plan era colocar la sonda en una órbita altamente elíptica con un apoápside de cien mil kilómetros y un periápside de unos pocos miles de kilómetros de Venus. Los ingenieros planearon que la órbita alternativa fuera prograda (en la dirección de la superrotación atmosférica) y se encontrara en el plano orbital de Venus. El método y la órbita fueron anunciados por JAXA en febrero de 2015, con una fecha de inserción en órbita para el 7 de diciembre de 2015. [40] La sonda alcanzó su punto más distante de Venus el 3 de octubre de 2013 y se había estado acercando al planeta desde entonces. [41]

Inserción en órbita

Animación de la trayectoria de Akatsuki alrededor de Venus del 1 de diciembre de 2015
   · Akatsukis  ·   Venus

Después de realizar la última de una serie de cuatro maniobras de corrección de trayectoria entre el 17 de julio y el 11 de septiembre de 2015, la sonda se estableció en una trayectoria para sobrevolar Venus el 7 de diciembre de 2015, cuando Akatsuki haría una maniobra para entrar en la órbita de Venus después de un encendido de 20 minutos con cuatro propulsores que no estaban calificados para una maniobra de propulsión tan fuerte. [5] [6] [42] En lugar de tardar aproximadamente 30 horas en completar una órbita alrededor de Venus, como se planeó originalmente, la nueva órbita prevista colocaría a Akatsuki en una órbita de nueve días después de un ajuste en marzo de 2016. [4]

Después de que los ingenieros de JAXA midieron y calcularon su órbita tras la inserción orbital del 7 de diciembre, JAXA anunció el 9 de diciembre que Akatsuki había entrado con éxito en la órbita elíptica prevista, a una distancia de hasta 440.000 km (270.000 mi) de Venus, y a una distancia de hasta 400 km (250 mi) de la superficie de Venus con un período orbital de 13 días y 14 horas. [43]

Un nuevo encendido del propulsor el 26 de marzo de 2016 redujo el apoápside de Akatsuki a unos 370.000 km (230.000 mi), con una altitud de periápside que cambia periódicamente de 1.000 a 10.000 kilómetros (620 a 6.210 mi), y acortó su período orbital de 13 a unos 10 días. [3] [4]

Estado

El orbitador inició su período de dos años de operaciones científicas "regulares" a mediados de mayo de 2016. [44] Desde el 9 de diciembre de 2016, las cámaras de infrarrojo cercano de 1 μm y 2 μm no han estado disponibles para observaciones debido a una falla electrónica. [22] [23] Su cámara infrarroja de onda larga, el generador de imágenes ultravioleta y la cámara de rayos y resplandor atmosférico continúan funcionando normalmente. [23]

En abril de 2018, Akatsuki terminó su fase de observación regular y entró en una fase de operación extendida. [45] Las operaciones extendidas están aprobadas hasta fines de 2020, y se considerarán más extensiones de la misión según el estado de la nave espacial en ese momento. Akatsuki tiene suficiente combustible para continuar operando durante al menos dos años más a partir de noviembre de 2019. [46]

A partir de marzo de 2024 [update], se planeó que la operación continuara hasta el año fiscal 2028. [47] En abril de 2024, la precisión degradada del control de actitud resultó en una falla de comunicación. [48] JAXA declaró la pérdida de contacto de la nave espacial con la Tierra el 29 de mayo de 2024. [49] [50]

Ciencia

Tres horas después de la inserción en diciembre de 2015 y en "algunos destellos en abril y mayo" de 2016, los instrumentos de la nave registraron una "característica en forma de arco en la atmósfera que se extiende 6.000 millas, casi de polo a polo: una sonrisa de lado". [51] Los científicos del proyecto denominaron a la característica una " onda de gravedad " en los vientos del planeta sobre la región Afrodita Terra de valles de rift y montañas que alcanzan alturas de más de 4.000 metros (13.000 pies). [12] [13] La misión está recopilando datos en todas las bandas espectrales relevantes, desde el ultravioleta (280 nm) hasta las longitudes de onda del infrarrojo medio (10 μm). [52]

Las imágenes del orbitador Akatsuki revelaron algo similar a los vientos de corriente en chorro en la región de nubes bajas y medias, que se extiende de 45 a 60 kilómetros (28 a 37 millas) de altitud. [53] La velocidad del viento se maximiza cerca del ecuador. En septiembre de 2017, los científicos de JAXA llamaron a este fenómeno "chorro ecuatorial venusiano". [54] También publicaron resultados sobre vientos ecuatoriales en el nivel superior de las nubes rastreando nubes en el espectro UV. [55] Un resultado significativo en 2018 es la aparición de nubes espesas de pequeñas partículas cerca de la transición entre las nubes superiores y medias, lo que se describió como una "morfología nueva y desconcertante de la compleja cubierta de nubes". [51] Para 2017, el equipo científico publicó mapas en 3D sobre la estructura de la atmósfera de Venus. [51] Las cantidades físicas recuperadas incluyen la presión, la temperatura, el H
2ENTONCES
4densidad de vapor y la densidad electrónica ionosférica y sus variaciones. [51] Para el año 2019, los primeros resultados sobre la morfología, los cambios temporales [56] y los vientos en las nubes medias de Venus fueron publicados y merecieron la portada en Geophysical Research Letters , reportando contrastes inesperadamente altos que podrían indicar la presencia de absorbentes como el agua. [57]

Para obtener imágenes de relámpagos, el orbitador tiene una vista del lado oscuro de Venus durante unos 30 minutos cada 10 días. [58] Hasta julio de 2019, ha acumulado 16,8 horas de observaciones del lado nocturno y no se han detectado relámpagos. [59]

  • Una imagen de Venus con el sensor de imágenes ultravioleta AKATSUKI (UVI)
    Una imagen de Venus con el sensor de imágenes ultravioleta AKATSUKI (UVI)
  • Imagen de Venus con una zona en forma de medialuna iluminada por la luz solar. La imagen se tomó con UVI.
    Imagen de Venus con una zona en forma de medialuna iluminada por la luz solar. La imagen se tomó con UVI.
  • Imagen del lado nocturno de Venus tomada con la cámara AKATSUKI de 2 μm (IR2). En las zonas oscuras la luz es absorbida por las nubes de CO2.
    Imagen del lado nocturno de Venus tomada con la cámara AKATSUKI de 2 μm (IR2). En las zonas oscuras la luz es absorbida por las nubes de CO2 .
  • Una imagen de la superficie de Venus con la cámara AKATSUKI de 1 μm (IR1)
    Una imagen de la superficie de Venus con la cámara AKATSUKI de 1 μm (IR1)

Véase también

Referencias

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Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Akatsuki (nave espacial) .
  • Sitio web oficial de Akatsuki, Venus Climate Orbiter
  • Página del Planeta C de Akatsuki de JAXA
  • Sitio especial de Akatsuki de la JAXA
  • DARTS (ISAS JAXA) Archivo científico de Akatsuki
  • Página de Planeta-C (Grupo de Física Solar Terrestre)
  • Artículo detallado de Space Review sobre Akatsuki y su recuperación
  • Orbitador climático de Venus Akatsuki (PDF, 1,72 Mb)
  • Akatsuki – Lista de publicaciones científicas
  • Una nueva mirada a Venus con Akatsuki por parte de la Sociedad Planetaria

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