EL VIATGE
La missió de la New Horizons va començar el 19 de gener del 2006, quan la sonda es va enlairar des de Cap Canaveral en un coet Atles V 551. L'etapa superior Centaur li va proporcionar a la sonda una velocitat de 16,26 km/s (58 536 km/h), convertint-la així en l'objecte humà amb una major velocitat d'escapament pel que fa a la Terra (encara que no el més ràpid en termes absoluts). Mai abans una nau havia estat situada en una trajectòria directa d'escapament del sistema solar, ja que tant les Pioneer 10 i 11 com les Voyager 1 i 2 van ser situades primer en òrbites solars altament excèntriques. Va ser després de rebre l'assistència gravitacional dels planetes gegants que van poder assolir la velocitat d'escapament respecte al Sol.
La New Horizons va sobrevolar Júpiter el 2007, augmentant la seva velocitat 4 km/s fins arribar als 83 000 km/h, el que li han permès arribar a Plutó en vuit anys. Desgraciadament, aquesta enorme velocitat fa impossible qualsevol idea de frenada un cop s'arriba a destí, així que la sonda passarà per Plutó en unes poques hores, en les quals haurà de recollir totes les dades que sigui possible. Serà en dies posteriors que, pausadament, les anirà transmetent a la Terra.
Però la seva missió no acabarà aquí: Està previst que la sonda s'interni al misteriós Cinturó de Kuiper i passi vora un o dos dels seus obscurs integrants, que per primera vegada podrem estudiar en detall. Això serà cap al 2020. Després, la New Horizons seguirà les passes de les Pioneer i les Voyager cap a l'espai interestel·lar.
 |
| Recreació artística de la New Horizons |
LA NAU
La New Horizons és una petita nau comparable a un piano de cua, amb una massa de 478 kg al llançament, incloent 76,8 kg d'hidrazina que alimenten 16 petits propulsors per a maniobres de correcció de trajectòria. Quatre dels propulsors tenen una empenta de 4,4 newtons i serveixen per a petites correccions de rumb, mentre que els altres dotze posseeixen una empenta de 0,8 newtons per ajustos de la posició de la nau (en principi només es fan servir 8 propulsors, la resta actua com a reserva). Les dimensions de la sonda són relativament modestes: De forma triangular, fa 0,7 metres d'alt, 2,1 metres de llarg i 2,7 metres d'ample, amb una antena de comunicacions d'alt guany (HGA) de 2,1 metres de diàmetre. Per tal d'estalviar energia, la sonda ha entrat en hibernació durant diverses fases de la seva missió. No es tracta d'una 'hibernació profunda' com la de la sonda europea Rosetta, sinó d'una de més suau. Fins i tot estant en el mode d'hibernació, la nau ha comunicat amb la Terra un cop per setmana, amb una velocitat de transmissió de 10 bps. Per a aquestes sessions s'ha emprat una antena de mig guany (MGA) situada sobre l'antena principal.
La sonda es pot estabilitzar mitjançant gir (durant la fase de vol de creuer) o en tres eixos (durant les trobades amb Júpiter, Plutó i els objectes del cinturó de Kuiper). L'estabilització mitjançant gir permet estalviar combustible i garantir les comunicacions amb la Terra, però durant les trobades amb els planetes cal estabilitzar la nau en els seus tres eixos per a poder apuntar bé els instruments. Usant dos sensors estel·lars i un conjunt d'acceleròmetres, l'ordinador de bord pot apuntar la sonda a qualsevol punt amb una precisió de 0,1º. La New Horizons es regeix mitjançant dos mòduls redundants (és a dir, que si un falla l'altre pot substituir-lo), cadascun d'ells amb un ordinador i una memòria d'estat sòlid independents amb una capacitat de 8 GB. Res a veure doncs amb els primitius ordinadors de cinta magnètica de les Voyager, de 500 Mb de capacitat... però que encara avui segueixen funcionant, enmig de l'espai interestel·lar!
L'energia ve subministrada per un generador de radioisòtops (RTG) de tipus F-8 amb
18 mòduls, idèntic als usats per les
sondes Cassini, Galileu i Ulysses. En
principi havia de portar 10,9 kg d'òxid de plutoni-238, però la mancança en la
producció de plutoni als EUA va provocar que finalment s'incloguessin
només 9,75 kg, el que va reduir la seva potència prevista en un 15%. L'eficiència
a l'hora de convertir la calor en electricitat del RTG és de només
6,4%, de manera que a la distància de Plutó tota la nau haurà de
consumir menys que una bombeta de 200 watts. El
RTG era capaç de generar 240 watts en el moment de l'enlairament, però
la seva potència ha disminuït amb els anys (a un ritme d'uns 3,5 watts
per any). Malgrat tot, l'energia està assegurada per a uns quants anys més. Uns 15 watts de calor procedents del RTG s'usen per a mantenir la temperatura de l'interior de la nau lleugerament per sobre dels 0º C, per tal d'evitar la congelació de l'hidrazina i garantir el correcte funcionament de l'electrònica. La sonda està coberta amb una sèrie de mantes aïllants per a mantenir la temperatura, tot i que en cas que aquesta superés els 25º C s'accionaria un sistema especial de 'persianes' per tal de refrigerar l'interior del vehicle. Sota el material aïllant es troben diverses capes de kevlar que actuen com a blindatge contra els impactes de micrometeorits.
 | |
| Components de la New Horizons |
INSTRUMENTS
Els set instruments científics de la New Horizons consumeixen 28 watts i tenen una massa total de 30,2 kg, el que resulta sorprenent si tenim en compte que només la càmera de la sonda Cassini ja té una massa superior. Malgrat tot, mai abans una primera missió de reconeixement d'un cos del sistema solar ha estat equipada amb un conjunt d'instruments tan potents.
Ralph: És sens dubte la càmera que protagonitzarà la trobada, ja que serà
l'encarregada d'aixecar els mapes de la superfície de Plutó i les seves
llunes a tot color. És
un instrument de 10,3 kg altament sensible, ja que a la distància del
Sol a la qual es troba Plutó els nivells d'il·luminació són 1000 vegades
inferiors als terrestres. Ralph consisteix en realitat en dues càmeres diferents: D'una
banda tenim tres sensors en blanc i negre i quatre en color que formen
part de la càmera MVIC (multispectral Visible Imaging Camera), que
funciona en les longituds d'ona de 0,4 a 0,95 micres i té un camp de visió
de
5,7º, mentre que d'altra banda tenim l'espectròmetre infraroig LEISA
(Linear Etalon Imaging Spectral Array), que funciona en el rang de
longituds d'ona d'1,25 a 2.5 micres. Ralph buscarà núvols o boires a l'atmosfera de Plutó i la presència d'altres llunes encara no descobertes. També podrà veure l'hemisferi nocturn de Plutó gràcies a la llum reflectida per Caront. LEISA s'usarà per a mesurar les quantitats de metà, nitrogen, aigua i
monòxid de carboni de la superfície de Plutó i les seves llunes, a més
de les temperatures superficials.LORRI (Long Range Reconnaissance Imager): Es tracta de l'altre instrument estrella de la missió. Consisteix
en una càmera en blanc i negre acoblada a un autèntic telescopi amb un
camp de visió de 0,29º i 20,8 cms de diàmetre, una obertura que
faria d'aquest aparell un bon telescopi astronòmic d'aficionat. Això li permetrà cartografiar Plutó i les seves llunes en alta resolució. La
capacitat telescòpica de LORRI permetrà aixecar un mapa de tota la
superfície de Plutó, cosa que seria impossible amb una càmera normal. La
raó és que Plutó gira molt lentament sobre el seu eix, trigant 6,4 dies
a completar una rotació completa (el mateix temps que triga Caront, ja
que tots dos cossos pateixen acoblament de marea). Per aquest motiu, quan la sonda passi a tota velocitat per Plutó només podrà veure l'hemisferi il·luminat, i aquí és on entrarà en joc LORRI.Gràcies
a la seva capacitat telescòpica, aquest instrument podrà cartografíar
l'altre hemisferi del planeta nan tres dies abans de la trobada, encara
que òbviament a menor resolució (38 quilòmetres per píxel). Per
si això fos poc, LORRI permetrà veure l'hemisferi nocturn de Plutó just
després del sobrevol aprofitant la llum reflectida per Caront. Amb
8,8 kg de massa i un consum de 5,8 watts, LORRI ha estat i serà
fonamental a l'hora de prendre imatges de navegació de Plutó i les seves
llunes per determinar si la sonda segueix una trajectòria correcta. Durant la trobada, LORRI obtindrà imatges de zones selectes de la superfície amb una resolució màxima de 400 metres per píxel.
Alice: És un espectròmetre ultraviolat que determinarà la composició, densitat
i temperatura de l'atmosfera de Plutó treballant en 1024 canals
espectrals en el rang de freqüències de 500-1800 àngstroms. També
buscarà rastres d'una atmosfera al voltant de Caront, un requisit que
ha obligat que la sonda passi per l'ombra de Plutó i Caront. Posseeix un detector amb 32 000 píxels, el que no està gens malament
si ho comparem amb els dos (!) píxels de l'espectròmetre ultraviolat de
les Voyager.
REX
(Ràdio Science Experiment): REX emprarà l'antena principal de 2,1
metres de diàmetre per a rebre els senyals emesos per la xarxa d'espai
profund de la NASA (DSN) amb la finalitat d'estudiar les
característiques de l'atmosfera de Plutó i la temperatura de la superfície, a més de determinar si Caront també té atmosfera. Aquest
tipus d'experiment s'ha realitzat en molts altres planetes, però la New
Horizons serà la primera sonda que rebrà els senyals de ràdio
procedents de la Terra i no al revés. A diferència d'Alice, REX si podrà aixecar un perfil complet de les característiques de l'atmosfera fins a la superfície.
SWAP
(Solar Wind at Pluto): Com indica el seu nom, aquest instrument de 3,3
kg estudiarà la interacció de Plutó amb el vent solar. SWAP pot detectar ions amb energies de fins a 6,5 keV i el seu paper
fonamental serà determinar com s'escapa l'atmosfera de Plutó a l'espai.
PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation): Aquest petit instrument de 1,5 kg complementarà a SWAP i buscarà els àtoms neutres que s'escapen de l'atmosfera de Plutó. Es tracta d'un espectròmetre de masses capaç de mesurar partícules amb energies de fins a 1000 keV.
SDC (Student Dust Counter): És el primer instrument en una sonda espacial interplanetària dissenyat i construït per estudiants universitaris (en aquest cas de la Universitat de Colorado). Mesurarà les partícules que impactin contra la sonda per determinar la densitat de pols en el sistema de Plutó i, en realitat, a través de tot el sistema solar.
PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation): Aquest petit instrument de 1,5 kg complementarà a SWAP i buscarà els àtoms neutres que s'escapen de l'atmosfera de Plutó. Es tracta d'un espectròmetre de masses capaç de mesurar partícules amb energies de fins a 1000 keV.
SDC (Student Dust Counter): És el primer instrument en una sonda espacial interplanetària dissenyat i construït per estudiants universitaris (en aquest cas de la Universitat de Colorado). Mesurarà les partícules que impactin contra la sonda per determinar la densitat de pols en el sistema de Plutó i, en realitat, a través de tot el sistema solar.
La New Horizons està gestionada pel Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL), la mateixa institució encarregada de les sondes NEAR i MESSENGER. És la primera vegada que una sonda destinada al sistema solar exterior no està controlada pel famós JPL de la NASA.
LA TROBADA
La trajectòria i la data del sobrevol han estat escollides de tal manera que la sonda passi a través de l'ombra de Plutó i Caront, el que permetrà estudiar el perfil atmosfèric de Plutó usant la llum solar. A més, la posició de Caront és tal que il·luminarà l'hemisferi nocturn de Plutó, permetent aixecar un mapa de la meitat del planeta que es troba en ombres. La trajectòria és prou propera a Plutó i Caront com per obtenir imatges en alta resolució, però al mateix temps podrà cobrir tota la superfície de dos cossos amb la major part d'instruments.
Les operacions de cara a la trobada van començar el de 15 gener de 2015 amb l'anomenada Fase d'Aproximació 1 (AP1). Aquesta
fase va durar fins al mes d'abril i durant la mateixa es van prendre
diverses imatges del sistema de Plutó per a determinar la correcta
trajectòria de la sonda. Al final d'aquesta fase, la incertesa en la trajectòria de la nau era inferior al 3% en la posició i 450 segons en el temps. La
Fase d'Aproximació 2 (AP2) es prolongà des d'abril fins a finals de
juny i durant la mateixa es buscaren noves llunes i anells al voltant de
Plutó. Només al final d'aquesta fase les imatges de LORRI van superar la resolució del telescopi espacial Hubble. La Fase d'Aproximació 3 (AP3) s'inicià 21 dies abans de la trobada i acabarà dos dies abans. A més de buscar nous satèl·lits i anells, la sonda investiga la presència de núvols o boirines a Plutó.La
New Horizons durà a terme la trobada amb Plutó el dimarts 14 de juliol a
les 11:50 UTC, però just aquell dia no s'enviaran imatges a la Terra. La
raó és que la sonda estarà massa ocupada investigant el sistema de Plutó
per a aturar-se i mantenir apuntada la seva antena cap a la Terra. Per
tal d'estalviar costos, la nau no té una plataforma mòbil d'observació,
de manera que per apuntar els diferents instruments cap a cada objectiu
cal moure tota la sonda usant els propulsors d'hidrazina. De fet, és possible que durant la trobada la sonda voli amb l'antena dirigida cap Plutó. Efectivament,
si l'equip considera que el risc d'impacte amb micrometeorits és massa
alt, hi ha la possibilitat que l'antena faci d'escut de
protecció.
Durant el sobrevol, la New Horizons observarà els pols nord il·luminats de Plutó i Caront, ja que és estiu a l'hemisferi nord d'aquests dos mons. En canvi, els pols sud romandran en ombres. La sonda passarà a una distància mínima de 12 500 kms. de Plutó. Respecte a la publicació de les fotografies que tots estarem esperant, la NASA s'ha compromès a publicar immediatament les imatges de LORRI d'abans de la trobada (no així les de Ralph), però en els últims dies sembla que han fet marxa enrere parcialment i ara han declarat que algunes imatges podrien ser publicades més tard per a donar temps a la NASA d'examinar-les en detall.
 |
| Trajectòria a travès del sistema de Plutó |
El
dia 13 es prendran diverses imatges de Plutó mitjançant LORRI amb una
resolució de 3,9 quilòmetres per píxel, així com imatges a color de
Ralph amb una resolució de 28 km/píxel. Aquestes imatges s'enviaran a la Terra al mateix immediatament... per si de cas la sonda no sobreviu a la trobada amb Plutó. 14 minuts després d'assolir la mínima distància amb Plutó, la New Horizons farà el mateix amb Caront. 61 minuts després del màxim acostament a Plutó la nau s'internarà a
l'ombra del planeta nan i, 148 minuts després, a la de Caront.
Els dies 15 i 16 de juliol s'enviaran algunes de les imatges preses a alta resolució per LORRI durant la trobada, i entre el 17 i el 20 de juliol es transmetran algunes més. Caront serà fotografiat amb una resolució comparable a la de Plutó. Quant a la resta de llunes, Hydra serà fotografiada amb una resolució màxima de 1,1 km/píxel, mentre que Nix ho serà a 3 km/píxel. Malauradament no hi ha temps per a observar tots els satèl·lits en alta resolució i l'equip de la missió ha decidit que és millor estudiar una lluna menor en detall (Hydra) que dos en baixa resolució (les petites llunes Estígia i Cerber seran fotografiades a menor resolució encara). L'hemisferi il·luminat de Plutó serà fotografiat en color amb una resolució màxima de 650 metres per píxel, encara que s'assoliran resolucions de 70 m/píxel en imatges en blanc i negre.
Els dies 15 i 16 de juliol s'enviaran algunes de les imatges preses a alta resolució per LORRI durant la trobada, i entre el 17 i el 20 de juliol es transmetran algunes més. Caront serà fotografiat amb una resolució comparable a la de Plutó. Quant a la resta de llunes, Hydra serà fotografiada amb una resolució màxima de 1,1 km/píxel, mentre que Nix ho serà a 3 km/píxel. Malauradament no hi ha temps per a observar tots els satèl·lits en alta resolució i l'equip de la missió ha decidit que és millor estudiar una lluna menor en detall (Hydra) que dos en baixa resolució (les petites llunes Estígia i Cerber seran fotografiades a menor resolució encara). L'hemisferi il·luminat de Plutó serà fotografiat en color amb una resolució màxima de 650 metres per píxel, encara que s'assoliran resolucions de 70 m/píxel en imatges en blanc i negre.
Si tot va bé, el
15 de juliol a les 00:09 UTC la New Horizons enviarà un breu senyal de
telemetria indicant que ha sobreviscut al sobrevol i que es troba en bon
estat.
LES DADES
Com hem explicat al principi, el gruix de les imatges i les dades recollides seran transmeses a la Terra en dies posteriors: En
total, la New Horizons emmagatzemarà 60 Gb de dades, una quantitat ingent d'informació que resulta molt complicada
d'enviar fins a la Terra, a 4.700 milions de kms. de distància. La
capacitat de transmissió de la sonda des de tan lluny està limitada a 2 Kb per
segon aproximadament (el senyal
triga 4,5 hores en arribar a la Terra viatjant a la velocitat de la llum!), per la qual cosa es requereixen
gairebé tres quarts d'hora de comunicacions amb les antenes de la Xarxa d'Espai Profund de la NASA per a transmetre una imatge de solament 3 Mb. Per aquest motiu, la New Horizons trigarà 16 mesos (fins octubre de 2016!) en enviar totes les dades de la trobada amb Plutó.
 |
| Calendari de la trobada amb Plutó |
Aquesta informació ha estat extreta principalment de:
http://danielmarin.naukas.com/2015/04/17/las-claves-del-historico-encuentro-de-la-new-horizons-con-pluton/
http://danielmarin.naukas.com/2015/04/17/las-claves-del-historico-encuentro-de-la-new-horizons-con-pluton/
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada