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Fuente Sondas Espaciales
Por Pedro León

Especial lanzamiento de Phoenix - 3 de agosto de 2007

- INTRODUCCIÓN A LA MISIÓN


Esta misión tiene como objetivo principal posarse en el Polo Norte marciano (entre los 65º y los 75º N) en mayo de 2.008 en una región donde Odyssey detectó grandes cantidades de agua. Desde la superficie realizará un completo estudio del agua y los componentes volátiles que se encuentren en la atmósfera y la superficie del planeta rojo durante al menos 150 días. Sobre todo centrará sus experimentos en el estudio de las capas interiores del terreno, excavando zanjas y analizando el material extraido a distintas profundidades.


- LAS LLANURAS DEL POLO NORTE DE MARTE


Phoenix aterrizará en las llanuras árticas en una latitud comparable a la de Groenlandia o el norte de Alaska. Las oportunidades favorables para lanzar misiones a Marte ocurren cada 26 meses pero la ocasión de 2.007 es la mejor en muchos años para enviar una misión tan al norte en la superficie de Marte. El orbitador Mars Odyssey de la NASA encontró evidencias a comienzos del año 2002 de que en esta región hay altas concentraciones de agua de hielo mezcladas con el terreno justo debajo de la superficie. La misión Phoenix fue diseñada para aprovechar la ventana de lanzamiento de 2007 enviando una carga de instrumentos científicos especialmente apropiados para examinar un ambiente de hielo y suelo.

La región de aterrizaje ha sido un factor clave para definir la misión. La región tiene pocas variaciones en la superficie pero es muy atractiva para analizar el subsuelo. El aterrizador estacionario armada con un brazo robotizado ha sido diseñado para un lugar como ese. Los investigadores han usado las observaciones disponibles de los orbitadores marcianos para evaluar muchos lugares posibles de aterrizaje entre los 65 y los 72 grados norte, en las llanuras árticas de Vastitas Borealis. Los científicos e ingenieros han examinado factores que podrían añadir riesgos al aterrizaje como pendientes y la abundancia de rocas. Las imagenes en luz visible e infrarrojo de Mars Global Surveyor y Mars Odyssey revelaron muchas de las características de los sitios bajo consideración. A mediados de 2006, el lugar preferido era una zona entre los 120 y los 140 grados este, en la llamada 'Región B'.


Phoenix tras aterrizar

Sin embargo nuevas imágenes de la zona recibidas en octubre de 2006 procedentes de Mars Reconnaissance Orbiter mostraban que la zona estaba completamente plagada de grupos de rocas, muchas de las cuales eran casi de medio metro de tamaño, y por tanto mayores que la altura inferior del aterrizador. Esta alta frecuencia de rocas se convirtieron en un riesgo inaceptable para el aterrizador. Por suerte el análisis de nuevas imágenes de la 'Región D' encontró varias zonas con pocas rocas.

El área favorita para el aterrizaje de Phoenix se encuentra finalmente a 68,35º Norte y 233º Este. La información topográfica de la zona hecha por el láser de MGS indica un amplio y liso valle de unos 50 kilómetros de anchura y tan sólo 250 metros de profundidad. La textura del terreno muestra fracturas poligonales, una estructura vista en muchas regiones de Marte a altas latitudes y observada también en terrenos de permafrost de la Tierra. En los mapas marcianos la zona se encuentra entre Scandia y Vastitas Borealis Marginal. Durante el invierno en el norte marciano este área está cubierta por dióxido de carbono congelado. Phoenix estará activo durante la parte final de la primavera, cuando la capa congelada se ha ido y el Sol permanece durante buena parte de la noche, algo apropiado para las operaciones de la nave.


Región de aterrizaje de Phoenix


- EL VIAJE. FECHAS Y EVENTOS.


Impulsada por un cohete Delta 2925, la sonda aterrizadora Phoenix comenzará su misión en la ventana de lanzamiento de 22 días de Agosto de 2.007. El lanzamiento tendrá lugar en el Kennedy Space Center en Florida.

Tras el lanzamiento la sonda Phoenix realizará varias maniobras para comenzar la etapa de crucero. En los primeros momentos de vuelo la nave desplegará sus paneles solares y se reorientará en el espacio para recibir directamente la luz solar que alimente sus baterías. Mas tarde se inicializará una conexión con la Deep Space Network de la NASA para contactar con la Tierra y comenzar las comunicaciones y enviar los datos de su salud y el estado de los instrumentos. Tras todo este proceso la nave quedará estabilizada y generando su energía de los paneles solares y lista para recibir comandos desde la Tierra en los siguiente días.


La etapa de crucero y los componentes de Phoenix

La fase de crucero tiene una duración de 10 meses de viaje hacia Marte. Durante la fase de crucero los técnicos se encargan de verificar la salud de la nave, los subsistemas y sus instrumentos, así como de la realización de las maniobras de corrección de la trayectoria (TCM) que fueran necesarias para dirigir a Phoenix al sitio elegido de Marte. Mientras tanto las antenas siguen enviando y recibiendo datos de la nave y se usarán varias en la Tierra de forma simultanea para conocer el camino que sigue la nave.

La trayectoria inicial está intencionadamente un poco desviada de Marte para que la tercera etapa del cohete no impacte en el planeta. La primera TCM se realizará 10 días tras el lanzamiento y ya dejará la nave en una trayectoria hacia el planeta rojo. Las demás TCM están planeadas para hacerse mucho más tarde en el crucero para corregir errores de la primera TCM. Estos errores suelen producirse por imperfecciones en el modelo de vuelo y algunas imprecisiones de la DSN.



Maniobras de corrección (TCM) previstas en el viaje

Durante las dos semanas previas a la entrada en la atmósfera de Phoenix, la DSN seguirá con mucha mayor atención la trayectoria de la nave. Dos TCM están programadas para los últimos días. Justo antes de la entrada, los datos de la ruta de vuelo son enviados a Phoenix que usará sus ordenadores durante el descenso y el aterrizaje para guiar a la nave a su zona de llegada.

La nave de crucero en si sólo consiste en los paneles solares y otros componentes que son sólo necesarios durante la fase de crucero para proteger a la sonda Phoenix y alimentarla eléctricamente por lo que son separados cinco minutos antes de la llegada al no ser ya útiles.

A 125 kilómetros de la superficie, la sonda Phoenix entrará en la atmósfera marciana. La nave se frenará a ella misma usando la fricción y el escudo térmico protegerá al aterrizador de las extremas temperaturas generadas. Las antenas localizadas en la parte trasera del escudo que envuelve a la sonda serán usadas para comunicarse con alguna de las tres naves que orbitan el planeta. Estos orbitadores reenviarán la señal de la entrada y el aterrizaje a la Tierra.


Entrada en la atmósfera.

Tras frenarse a una velocidad de 1,7 Mach, el paracaidas es desplegado. Poco despues de abrirse, el escudo térmico es expulsado, se activa el radar de aterrizaje y las patas aterrizadoras son extendidas. El aterrizador continuará su descenso en paracaidas hasta llegar a un kilómetro de altura sobre la superficie. En ese instante el propio aterrizador se separa del paracaidas y enciende sus toberas para disminuir la velocidad de caida libre. Cuando la nave llega a una altura de 12 metros y viajando a una velocidad de 2,4 m/s, la nave adquiere la velocidad constante. Entonces los motores son apagados cuando los sensores de las patas detectan un contacto con el suelo. (Esta fase será ampliada en un próximo informe).



CRONOLOGÍA

- Lanzamiento: 03/08/07
- TCM-1: 09/08/07
- TCM-2: Aprox. 03/10/07
- TCM-3: Aprox. 10/04/08
- TCM-4: 10/05/08
- TCM-5: 17/05/08
- TCM-6: 24/05/08
- Llegada a Marte: 25/05/08


- COHETE LANZADOR DELTA II - 7925 (Delta 2925)


La sonda Phoenix será lanzada usando un cohete Delta 2925 (anteriormente llamado Delta II 7925) fabricado por Boeing . Este cohete es altamente fiable (un 98% de éxito y 100% de éxito en este modelo) y proporciona el suficiente empuje para que la misión escape de la gravedad terrestre rumbo a su objetivo. Phoenix será lanzada desde el Space Launch Complex 17-A (SLC 17-A).

· Consta de tres etapas:

· Etapa I: La primera etapa es la encargada de proporcionar el empuje inicial necesario para levantarse del suelo. Funciona con queroseno y oxidante (oxígeno líquido). La componen además 9 aceleradores sólidos para incrementar el empuje. En la versión normal del Delta 2 de esta misión serán usados 9 aceleradores sólidos llamados GEM-40.

Esta etapa usa un motor Rocketdyne RS-27A que genera una fuerza de 890.000 Newtons. Al despegue pesa 285.228 kgs. en comparación con los 1.000 kgs. de la sonda. Unos giróscopios instalados en el sistema eléctrico se encargan de mantener la orientación correcta y mover el motor hacia los lados para tomar el rumbo previsto. Esta etapa dura casi 4 minutos y medio.

· Etapa II: Esta segunda etapa funciona con un motor Aerojet AJ10 y como combustible usa una mezcla de Aerozine 50 (una mezcla de hidracinas) como combustible y tetróxido de nitrógeno como oxidante. Esta segunda etapa se enciende dos veces. La primera ignición deja el cohete en una órbita baja. Con la segunda ignición se prepara a la tercera etapa y a la nave para abandonar la órbita terrestre. Esto se produce en el instante en el que apuntan directamente hacia la ruta que seguirá hasta Marte. En esos momentos, la tercera etapa toma el control.

· Etapa III: para escapar de la órbita terrestre, la nave debe viajar más rápido que la velocidad de escape de La Tierra. Antes del encendido, la sonda viaja a 31.400 kms/h. Tras el encendido la velocidad ha subido a los 40.250 kms/h, justo para escapar de nuestro planeta. Para ello, el motor Star 48 permanece encendido durante 90 segundos usando 2 toneladas de combustible sólido compuesto por aluminio y perclorato de aluminio, produciendo un empuje de 66.000 Newtons. Para ahorrar peso no lleva sistema de guiado. Sin embargo, para mantener la orientación correcta lleva unos pequeños motores laterales y unos 'yo-yos' que la hacen girar velozmente lo que provoca que siga siempre en la dirección correcta.


En esta misión se usará la versión normal de la izquierda


- SECUENCIA DE LANZAMIENTO

Min:seg Evento
-0.04
La etapa 1 se enciende unos instantes antes del lanzamiento
0:00
Se encienden 6 aceleradores sólidos. El cohete despega del suelo.
1:06
Se apagan 6 de los aceleradores sólidos.
1:09
Se encienden los tres aceleradores restantes.
1:11
Se desprenden hacia el océano los 6 lanzadores sólidos que actúan en primer lugar.
2:11
Se desprenden los tres aceleradores sólidos restantes que actúan en segundo lugar.
4:23
La primera etapa de queroseno líquido se agota y se apaga. 111 km de altura
4:31
Se separa la primera etapa y cae al océano
4:36
Mientras se eyecta la primera etapa se enciende la segunda etapa de combustible líquido.
4:41
La cofia se abre
9:20
El motor de la segunda etapa se apaga, sin separar etapa. Órbita de aparcamiento de 167 kilómetros.
72 - 85
El motor de la segunda etapa vuelve a encenderse dos minutos tras más de una hora de órbita de aparcamiento, la más larga hasta la fecha para un Delta 2. El minuto exacto a partir de este momento depende de la fecha del lanzamiento.
74 - 87
La segunda etapa se apaga definitivamente habiendo alcanzado una órbita provisional a 190 kilómetros de altura
75 - 88
Phoenix y la tercera etapa Star 48 comienzan a rotar a 70 rpm
75:37 - 88:37
Se desprende la segunda etapa.
76:14 - 89:14
Se enciende la tercera etapa Star 48 durante 87 segundos
77:41 - 90:41
Se apaga la tercera etapa
82 - 95
Se despliega el 'yo-yo' para dejar la rotación de la tercera etapa y de Phoenix a un ritmo mucho más lento.
82:10
95:10
Separación de la tercera etapa mediante dispositivos pirotécnicos y muelles. Si se lanza el 3 de agosto la separación será a los 84 minutos.
90:00
Tras la separación de la tercera etapa, la nave se puede ya comunicar con la estación de Goldstone. En caso de lanzarse a finales de agosto la comunicación sería con la de Madrid. Para apoyar estas primeras fases se usará la antena de Kourou de la ESA. La nave abrirá sus paneles solares y se orientará para recibir la luz solar.


Esquema del cohete y la nave


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