sábado, 8 de marzo de 2014

EFEMERIDES (5) : TITAN : LA ENIGMATICA SUPERFICIE DEVELADA .


La   sonda   Huygens   desciende  hacia  la  superficie  de  Titan   .

La   mision  Cassini  Huygens  es  una  mision  conjunta  de  la  NASA  y  la  ESA  cuyo  objetivo  era  y  es  la  exploracion  del  sistema  planetario  de  Saturno  ,  incluyendo  su  atmosfera   ,  sus  anillos  , magnetosfera  y  algunas  de  sus  lunas  ,  Titan  y  sus lunas  heladas  .
La  mision  se  compone  de  dos  partes  -  la  sonda  Cassini  actualmente activa   y  la  sonda  Huygens  cuya   mision    termino  hace  mas  de  nueve  años  , lanzada  el  15  de  octubre  de  1997  desde  Cabo  Cañaveral  a  bordo  de  un  impulsor  Titan-IV /Centauro  , para  alcanzar  Saturno   ,  la  sonda  Cassini  Huygens  ha  tenido  que  sobrevolar - en  forma  de  ayuda  gravitatoria  -Venus  el  21 de  abril  de  1998  ,  lo  hizo  de  nuevo  sobre  Venus  el  20  de  junio  de  1999  ,  con  la  Tierra  el  16  de  agosto  de  1999  y con  Júpiter  el  30  de  diciembre  del  2000 .
Una  vez  alcanzada  la  orbita  de  Saturno   ,  el  1  de  julio  del  2004  ,  la  sonda  Cassini  se  dedico  al  estudio  de  la  atmosfera  ,  magnotosfera  y  las  estructuras  que  conforman  los  anillos  , entretanto  la  sonda  Huygens  se  desprendio  el  25  de  diciembre  del  2004  y  tras  un  viaje  de 22  dias  ,  se  interno  en  la  inescrutable  atmosfera  de  Titan  .


La  sonda  Huygens   acoplada  a  la  sonda  Cassini   y  los  ingenieros  realizando  los  ultimos  ajustes  antes  del  lanzamiento . 

La  sonda  Huygens  fue diseñada  y  construida  por  la  Agencia  Espacial  Europea   , ESA  ,  con  un  peso  total  de  350  kilos  , su  mision  principal  era  la  de  descender  por  la  atmosfera  de  Titan  en  paracaidas  durante  150  minutos  como  maximo  para  posarse  en  la  superficie  y  permanecer  en  ella  funcionando  un  minimo  de 3  minutos  y  posiblemente  mas  de  una  hora  , durante  este  periodo de  tiempo  debia  analizar  la   atmosfera  , tomando  muestra  de  los  aerosoles   presentes  en  ella  y  mediciones  espectrales  ,  analizando  su  composicion  y  propiedades  .
Tambien  tomaria  fotografias  de  la  superficie  y  caracteristicas  del   suelo  ya  que  hasta  aquel  momento  no  se  conocia  la  composicion  ni  el  estado  de  la  superficie , mientras  tanto  la  sonda  Cassini  apuntaria  sus  antenas  directamente  hacia  la  superficie  de  Titan  durante  el  tiempo  que  duraba  el  descenso y  la  media  hora  posterior  para  volverse  a  girar  de  nuevo  hacia  la  Tierra  para  retransmitir  los  datos  tomados  por  la  sonda  Huygens  .
Los  objetivos  cientificos  diseñados   para  la  mision  fueron  :
* Determinar  la  abundancia  de  componentes  en  la  atmosfera  ,  incluyendo  gases  nobles , establecer  proporciones  de  isotopo  de  elementos  abundantes  , reducir  los  posibles  escenarios  de  formacion  y evolucion  de  Titan  y   su  atmosfera .
* Observar  las  distribuciones  verticales  y  horizontales  de  rastros  de  gases  , busqueda  de  moleculas  complejas  organicas  , investigar  fuentes  de  energia  de  la  quimica   atmosferica   , modelar  la  fotoquimica  de  la  estratosfera  ,  estudio  de    formacion  y  composicion  de  aerosoles  .
* Mediciones  de  vientos  y  temperaturas  globales  , investigar  la  fisica  de  las  nubes , la  circulacion  general  y  efectos  estacionales  en  la  atmosfera  de  Titan  , busquedas  de  relampagos  .
* Determinar  el  estado  fisico  ,  la  topografia  y  la  composicion  de  la  superficie  ,  deducir  la  estructura  interna  de  Titan .
* Investigar  la  atmosfera  superior  ,  su  ionizacion  y  su  papel  como  una  fuente  de  material  neutro  e  ionizado  para  la  magnetosfera  de  Saturno .

Huygens  y  su  escudo   protector  .

Su  escudo  termico  se  concibio  para  desacelerar  a  la  sonda  durante  su  entrada  en  la  atmosfera  a  una  velocidad  de  6 km/s  a  400 m/s  ( match  1.5 ) a  unos  160  kilometros  de  altitud  ,  en  ese momento  el  escudo  debia  desprenderse  abriendose  el  paracaidas  y  tras  un  descenso  de  2.5  horas  , podrian  empezar  los  principales  experimentos  cientificos  .

Esquema  de  la  sonda  Huygens  .



Momento  del  acoplamiento  del  escudo  termico  a  la  sonda  Huygens  .



Huygens  y  el  esquema  del  descenso .

De  los  350  kilos  de  la  sonda  Huygens  ,  318  correspondian  a  la  sonda  misma  ,  pero los  30 kilos restantes  eran  el  equipo  de  apoyo  de  sonda ( PSE ) que  permanecio  conectado  a  la  sonda  Cassini  despues  de  la  separacion  de  la  sonda  , la  PSE  consistio  en  tres  elementos :
* cuatros  cajas  a  bordo  del  orbitador  Cassini  ,  dos  para  el  soporte  avionico  , (PSA ) ,  un  receptor  de  entrada  frontal ( RFE  ) y  un receptor  con  un  oscilador  ultra  estable ( RUSO )
* dispositivo  de  ejecucion  y  giro  ( SED ) .
* el  arnes  (  incluyendo  el  cordon  umbilical  )  que  provee  de  energia  ,  señales  de  radiofrecuencias  y  links  de  datos  entre  el  PSA   ,  la  sonda  Huygens  y  el  orbitador  .
La  sonda  Huygens  soporto  las  temperaturas  mas  bajas  justo  en  el  momento  de  la  separacion  de  la  sonda  Cassini  , para  asegurarse  de  que  ningunos  de  los  instrumentos  y  equipos  baja  su  temperatura  por  debajo  de  los  limites  permitidos  ,  la  sonda  llevó  varios  calentadores  de  radioisotopos  (RHU)  que  generaron  el  calor  de  1  vatio  cada  uno  .
La  losetas  de  fibra  de  silicio  superficiales  protegieron  la  cubierta  de  fibra  de  carbono  posterior  de  las  temperaturas  de  1800  K  generados  por  la   friccion  , el  sistema  termico  se  desprendio  de manera  controlada  ,  inicialmente  se  liberó  la  cubierta  posterior  actuando  el  paracaidas  piloto  , y  tras  él  ,  el  paracaidas  principal  , una  vez  reducida  la  velocidad  hasta  los  80 m/s  se  desprendio  el  escudo  frontal  ya  innecesario .

Esperando  las  señales   del  descenso  de  la  sonda  Huygens  en  control  de  mision  el  14  de  enero  del  2005.

Largo  tiempo  despues  del  lanzamiento  ,  unos  tenaces  ingenieros  descubrieron  que  el  equipo  de  comunicacion  de  la  Cassini  tenia  un  fallo  critico  de  diseño  , que  hubiese  causado  la  perdida  de  todos  los  datos  transmitidos  por  la  sonda  Huygens  , dado  que  Huygens  era  demasiado  pequeña  para  transmitir  directamente  a  la  Tierra  , estaba  diseñada  para  transmitir  por  radio  a  la  Cassini  la  telemetria  obtenida  durante  el  descenso  ,  que  a  su  vez  la  retransmite  a  la  Tierra   usando  su  antena  principal  de  4 metro  de  diametro  ,  algunos  ingenieros  ,  entre  los  que  se  pueden  mencionar  a  los  empleados  de  la  ESA   en  Darmstadt  , Claudio  Sollazo  y  Boris  Smeds  ,  se  sentian  intranquilos  sobre  el  hecho  de que  ,  en  su  opinion  , esta  caracteristica  no  habia  sido  probada  antes  del  lanzamiento  en  condiciones  realistas  , Smeds  logro  con  ciertas  dificultades  convencer  a  sus  superiores  para  ejecutar  tests  adicionales  mientras  la  Cassini  estaba  en  vuelo  ,  al  principio  del  2000 , envio  datos  simulados  de  telemetria  a  varios  grados  de  potencia  y  desplazamiento  doppler  desde  la  Tierra  a  la  Cassini  .
Sucedio  que  la  sonda  Cassini  fue  incapaz  de  retransmitir  los  datos  correctamente , la  razon :  cuando  Huygens  desciende  a  Titan  ,  acelera  relativamente a  la  Cassini ,  causando  que  su  señal  se  desplace  debido  al  efecto  doppler  , ,  de  esta   manera  ,  el  hardware  de  Cassini  fue  diseñado  para   recibir  en  un  rango  de  frecuencias  desplazado  ,  sin  embargo  el  firmware  no  fue  diseñado  teniendo  en  cuenta  que  el  efecto  doppler  no  solo  cambia  la  frecuencia  portadora  ,  sino  tambien  el  tiempo  de  los  bits  , codificados  a  8.192  bits   por  segundo  y  esto  no  era  tenido  en  cuenta  por  la  programacion  del  modulo .
Reprogramar  el   firmware  era  imposible  y  como  solucion ,  la  trayectoria  tuvo  que  ser  cambiada ,  Huygens  se  separo  un  mes  despues  ,  diciembre  de  2004  en  vez  de  noviembre , y  se  aproximo  a  Titan  en  un  rumbo  tal  que  sus  transmisiones  viajan  perpendicularmente  a  su  direccion  de  movimiento  respecto  a  la  Cassini ,  reduciendo  ampliamente  el efecto  doppler  .
El  cambio  de  trayectoria  anulo  el  fallo  de  diseño  y  la  transmision  se  realizo  con  exito  .

Aqui  el  video   del  descenso  de  la  sonda   Huygens   ,  es  una  forma  de  montaje  sobre  las  imagenes    enviadas   por  la  sonda  Huygens  .


El  25  de  diciembre  del  2004  ,  en    la  tercera  orbita   del  orbitador  Cassini  alrededor  de  Saturno  ,  la  sonda  Cassini  se  deshizo  de  la  sonda  Huygens  ,  durante  22  dias  viajo  en  solitario  a  su  encuentro  con  Titan  , el  14  de  enero  del  2005  ,  la  sonda  Huygens  descendio  a  la  superficie  de  Titan  ,  la  fase de    descenso  duro  2  horas  y  27  minutos  con   1  hora  y  10  minutos  en  la  superficie  .
Las  maniobras  de  orientacion  de  la  Cassini  fue  ejecutada  el  17  de  diciembre  del  2004  , enviando  a  Cassini-Huygens  en  una  trayectoria  de  impacto directo  con  Titan  , tal  maniobra  era  necesaria  ya  que  una  vez  puesto  en  libertad  no  habia    manera  de  cambiar  la  trayectoria  de  Huygens  , el  25  de  diciembre  de  2004  a  las  02.00 UTC  ,  el  dispositivo  de  centrifugado/ eject  (SED)  de  la  Cassini-Huygens  se   separo  con  una  velocidad  relativa  de  0,35  m/s   y  una  velocidad  de  giro  7,5  rpm  ,  la  sonda  descendio  por  debajo  del  ecuador  de  Titan  y  en  el  lado  diurno  de  Titan  .
El  angulo  de  entrada   de  la  sonda  fue  de  -65 · +  3  ·  ,  este  angulo  de  entrada  permitio  a  la  sonda  llegar  a  la  superficie , no  habia  comunicacion  entre  la  Cassini  y  la Tierra  mientras  se  desprendio  la sonda  Huygens , con  toda  la  telemetria  para  su  posterior  reproduccion .
Finalmente  el  14  de  enero  del  2005  y  a   las  9.06  GMT  , la  sonda  Huygens  alcanzo  la  altura  de  interfaz  ,  1270  kilometros  de  altura  , antes  de  esta  marca  dos    eventos  cruciales  tuvieron  que  marco  la  transicion  de  la  fase  de  crucero a  la  fase  de  las  operaciones   :
* 04.44 UTC , unidad  timer  mision ( MTU )  activa  la sonda  Huygens  .
* 07.02 UTC , Cassini  volvio  a  señalar  el  SAG   en  el  sitio  de  aterrizaje  a  fin  de  comunicarse  con  la  sonda  ,  las  comunicaciones  durarian  4  horas  36  minutos  despues  de  la  interfase   y  en  ese  momento  Huygens  pasaria  sobre  el  horizonte  con  respecto  a  la  Cassini .
Junto  a  las  lecturas  de  los  instrumentos  ,el  descenso  de  Huygens  fue  localizados  por  los radiotelescopios  de  todo  el  mundo  ,  que  supervisaban  la  señal  portadora  enviada  por  un  transmisor  activado cuando  el  primer  paracaidas  se  desplego  , la  confirmacion  de  la  deteccion  de esta  señal  por  el  plato  de Green  Bank  alrededor  de  las  10.30 UTC  , fue  el  primer  indicio  de  la  la  sonda  descendio  con  exito ,  a  una  altitud  de  700  metros  ,  se  activo  la  lampara  pendiente  , el  proposito  de  esta  lampara  no  era  para  iluminar  el  lugar  de descenso  , sino  para  proporcionar  una  fuente  de  luz  monocromatica  que  permitia  a  los cientificos  determinar  con  precision  la  reflectividad  de  la  superficie  ,  el  nivel  de  luz   en  la  superficie  de  Titan  es  1.000  menos  de  la  luz  solar  y  1.000  veces  mas  fuerte  que  la  luz  de  Luna  llena .
Cronologia  de  los  eventos  :
Planta UTCEntrada wrt TiempoEvento
06 de enero 2005
11:53-07d 21hNaves espaciales configurado para la retransmisión de la sonda. Todos los instrumentos excepto MAG se apagan
07 de enero 2005
09:00-07d 00hComienza relé Sonda secuencia crítica. 8 días período de calma de actividad mínima nave espacial antes de la transmisión comienza; Orbiter en el control de proa
14 de enero 2005
06:26- 40m 02hEstablecer indicadores de grabadora de estado sólido para la grabación de la sonda
06:38- 28m 02hTransición a la hélice de control para el relé
06:48- 18m 02hRealizar configuración final grabadora para relé
06:50- 16m 02hEncienda los receptores de la sonda
07:02- 04m 02hGire Orbiter para que apunte a Titán
07:14- 01h 52mGire a Titán completa
07:17- 01h 49mDesactivar X downlink banda
08:44- 22m 00hSonda convierte en transmisores; Modo de bajo consumo
09:06+ 00m 00hSonda alcanza la altitud de interfaz. Altitud de entrada = 1.270 kilometros
09:08+ 02m 00hSonda siente máxima deceleración
09:09+ 03m 00hParacaídas piloto implementada en 170-190 km de altitud 
Velocidad = Mach 1,5 
paracaídas piloto es de 2,6 m de diámetro
09:09+ 03m 00hCubierta de popa en libertad, paracaídas principal desplegado 
Altitud 160-180 km 
Velocidad = Mach 1,5 
2,5 segundos después de paracaídas piloto desplegada 
paracaídas principal es 8.3m de diámetro
09:10+ 04m 00hSonda comience la transmisión con Orbiter
09:10+ 04m 00hSuelte escudo frontal 
Transmisores de alta potencia 
Istruments configurados para descenso 
mediciones comienzan 
152-175 km 
velocidad <Mach 0.6
09:25+ 19m 00hSeparación del paracaídas principal 
Implementar estabilizar paracaídas de frenado 
110-140 km de altitud 
Drogue es de 3m de diámetro
09:42+ 36m 00hSensor de proximidad superficie activada a 60 km de altitud
09:49+ 43m 00hEfectos de formación de hielo posibles para sondear a los 50 km de altitud
11:12+ 06m 02hTitan-C orbitador máxima aproximación. 
Inbound 60 000 kilometros sobrevuelo a 5,4 kms -1 , 93 grados de fase
11:23+ 17m 02hLámpara de imágenes de descenso en
11:27+ 21m 02hSuperficie de impacto, fase de descenso final. Puede variar ± 15 min en función de tiempo de descenso
13:37+ 31m 04hOrbiter deja de recopilar datos de la sonda. 
máximo de 4 horas y 36 minutos de la recolección de datos
13:39+ 33m 04hEscribe proteger las particiones de datos de la sonda. Particiones A5 y B5 de la grabadora de estado sólido están protegidos de más de escritura de datos.
13:47+ 41m 04hGire Orbiter para que apunte a la Tierra
13:50+ 44m 04hA su vez a la Tierra completa
13:59+ 53m 04hSecuencia crítica termina; comienza S07 fondo secuencia B
14:00+ 54m 04hPost-sonda se inicia el seguimiento. Canberra receptora estación de 70m, a 10 minutos de bloqueo DSN asignado
14:07+ 01m 05hPrimeros datos de telemetría enviados a la Tierra
14:10+ 04m 05hLa reproducción de los datos de la sonda comienza en Canberra a 66.360 bps
16:50+ 44m 07hFinaliza la reproducción de la primera partición de la primera copia de datos de la sonda recibida en la Tierra
16:57+ 51m 07hAscendente anillo cruce del plano 
Distancia = 18,4 radios de Saturno
17:53+ 47m 08hIniciar el seguimiento en Madrid 70m. La velocidad de datos mejorada a 142.200 bps
21:00+ 54m 11hTerminar primero la reproducción completa de todos los datos de la sonda. Juego completo de todos los datos de la sonda copias recibida en la Tierra
15 de enero 2005
Doce y veintidós+ 16m 15hEn primer conjunto completo de datos de la sonda Huygens alcanza Centro de Operaciones. A más tardar el tiempo indicado, probablemente hasta ~ 3 horas antes
02:28+ 17h 22mIniciar el seguimiento a 70m Goldstone
11:00+ 01d 02hEncendido de los instrumentos del orbitador, si Orbiter es procedimiento saludable y la reproducción según el plan
12:23+ 01d 03hTerminar la reproducción nominal de los datos de la sonda


Mientras  la  sonda  Huygens  descendia  ,  y  por  debajo  de  las  brumas  eternas  de  su  atmosfera  ,  una  imagen  parecida  a  la  Tierra  se  empieza  a  ver  ,  un  mundo  parecido  al  nuestro  pero  a  mas  de  1.200  millones  de  km .

Ultima  imagen  de  la  sonda  Huygens  ,  parece  rocas  alli  en  Titan  , tiene  la  consistencia  entre  hielo  y  nieve  .

No  debemos  olvidar  a  esos  dos  ingenieros  , Claudio  Sollazo  y  Boris  Smeds  ,  sin  ellos  ,  y  gracias  a  su  tenacidad  y  celo  ,  fue  posible  ver  la  enigmatica  superficie  de  Titan  ,  si  ellos  no  hubieran  hecho  lo  que  hicieron  ,  hoy  en  dia  ,  nunca  sabriamos  si  la  sonda  Huygens  llego  en  perfecta  condiciones  a  la  superficie  ,  gracias  a  ellos  ,  millones  de  personas  nos  deleitamos  con  la  imagen  de  un  mundo parecido  a  la  Tierra   .

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www.esa.int
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