El GOCE ( Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer ) fue el primero de los satélites pesados del Programa Planeta Vivo de la ESA, destinado a cartografiar con un nivel de detalle sin precedentes el campo gravitatorio de la Tierra . La instrumentación principal de la nave espacial era un gradiómetro de gravedad de alta sensibilidad compuesto por tres pares de acelerómetros que medían los gradientes gravitacionales a lo largo de tres ejes ortogonales .
El GOCE, lanzado el 17 de marzo de 2009, cartografió la estructura profunda del manto terrestre y sondeó regiones volcánicas peligrosas. Aportó nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los océanos; esto, en particular, fue un importante impulsor de la misión. Al combinar los datos de gravedad con información sobre la altura de la superficie del mar recopilada por otros altímetros satelitales, los científicos pudieron rastrear la dirección y la velocidad de las corrientes oceánicas geostróficas . La órbita baja y la alta precisión del sistema mejoraron en gran medida la precisión y la resolución espacial conocidas del geoide (la superficie teórica de igual potencial gravitatorio en la Tierra).
La forma de flecha y las aletas únicas del satélite ayudaron a mantener estable a GOCE mientras volaba a través de la termosfera a una altitud comparativamente baja de 255 kilómetros (158 millas). Además, un sistema de propulsión iónica compensó continuamente la desaceleración variable debido a la resistencia del aire sin la vibración de un motor de cohete convencional propulsado por químicos , lo que limitó los errores en las mediciones del gradiente de gravedad causados por fuerzas no gravitacionales y restableció la trayectoria de la nave lo más cerca posible de una trayectoria puramente inercial .
Tras quedarse sin combustible, el satélite comenzó a salirse de la órbita y realizó un reingreso sin control el 11 de noviembre de 2013. [1]
El mapa de gravedad final y el modelo del geoide proporcionarán a los usuarios de todo el mundo un producto de datos bien definido que conducirá a:
El primer modelo de gravedad global de la Tierra basado en datos de GOCE se presentó en el Simposio Planeta Vivo de la ESA, en junio de 2010. [6]
Los resultados iniciales de la misión satelital GOCE fueron presentados en la reunión de otoño de 2010 de la Unión Geofísica Americana (AGU) por el Dr. Rory Bingham de la Universidad de Newcastle, Reino Unido. Los mapas producidos a partir de los datos de GOCE muestran las corrientes oceánicas con mucho más detalle que el que se había podido obtener anteriormente. [12] Incluso detalles muy pequeños como el remolino de Mann en el Atlántico Norte eran visibles en los datos, [13] al igual que el efecto del huracán Igor en 2010. [14] Un análisis detallado de los datos del propulsor y del acelerómetro de GOCE reveló por casualidad que había detectado las ondas infrasónicas generadas por el terremoto de Tōhoku de 2011 (con lo que inadvertidamente se convirtió en el primer sismógrafo en órbita). [15]
Resultados posteriores de los datos de GOCE expusieron detalles sobre el manto de la Tierra, incluidas columnas del manto, antiguas zonas de subducción y restos del océano de Tetis . [16]
El análisis posterior de los datos de GOCE también proporcionó nueva información sobre la composición geológica del continente antártico, incluida la detección de restos del antiguo continente y al menos tres cratones debajo del hielo antártico. [17] [18] [19]
El primer intento de lanzamiento, el 16 de marzo de 2009, fue abortado debido a un mal funcionamiento en la torre de lanzamiento. [20]
El GOCE fue lanzado el 17 de marzo de 2009 a las 14:21 UTC desde el cosmódromo de Plesetsk, en el norte de Rusia, a bordo de un vehículo Rokot / Briz-KM . [21] El Rokot es un misil balístico intercontinental UR-100N modificado que fue dado de baja tras el Tratado de Reducción de Armas Estratégicas. El lanzador utilizaba las dos etapas inferiores de combustible líquido del misil original y estaba equipado con una tercera etapa Briz-KM desarrollada para una inyección orbital precisa. El GOCE fue lanzado a una órbita heliosincrónica de anochecer-amanecer con una inclinación de 96,7° y un nodo ascendente a las 18:00. La separación del lanzador fue de 295 km. Luego, la órbita del satélite decayó durante un período de 45 días hasta una altitud operativa, prevista de 270 km. Durante este tiempo, la nave espacial fue puesta en servicio y se verificó la fiabilidad del sistema de propulsión eléctrica en el control de actitud [ necesita actualización ] . [22]
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En febrero de 2010 se descubrió un fallo en el ordenador del satélite, lo que obligó a los controladores a cambiar el control al ordenador de respaldo.
En julio de 2010, GOCE sufrió un grave fallo de comunicaciones, cuando el satélite dejó de transmitir datos científicos a sus estaciones receptoras. Las exhaustivas investigaciones realizadas por expertos de la ESA y de la industria revelaron que el problema estaba casi seguro relacionado con un enlace de comunicación entre el módulo procesador y los módulos de telemetría del ordenador principal. [23] La recuperación se completó en septiembre de 2010: como parte del plan de acción, la temperatura del suelo que albergaba los ordenadores se elevó unos 7 °C (13 °F), lo que permitió restablecer las comunicaciones normales. [24]
En noviembre de 2010, fecha prevista de finalización de la misión original de 20 meses antes de que se retrasara por los fallos, se decidió ampliar la duración de la misión hasta finales de 2012 para completar el trabajo original y llevar a cabo otra misión de 18 meses para mejorar los datos recopilados. [25]
En noviembre de 2012, la órbita se redujo de 255 a 235 km (158 a 146 mi) para obtener datos de mayor resolución, momento en el que quedó combustible para otras 50 semanas. [26]
En mayo de 2013 se produjo una nueva reducción a 229 km (142 mi).
El satélite se quedó sin combustible de xenón en octubre de 2013, momento en el que tardaría entre dos y tres semanas en volver a entrar en la atmósfera. [27] El 18 de octubre de 2013, la ESA informó de que la presión en el sistema de combustible del motor iónico de GOCE había caído por debajo de los 2,5 bares, que es la presión operativa nominal necesaria para encender el motor. [28] Posteriormente, el fin de la misión se declaró formalmente el 21 de octubre, cuando la nave espacial se quedó sin combustible; privada de xenón, el motor iónico dejó de funcionar a las 03:16 UTC. [3] [29]
El 9 de noviembre de 2013, un informe publicado indicó que se esperaba que el satélite volviera a entrar en la atmósfera en uno o dos días. [30] [31] Para esa fecha, la altitud del perigeo había descendido a 155 km (96 mi). [32]
El 10 de noviembre, la ESA esperaba que el reingreso ocurriera entre las 18:30 y las 24:00 UTC de ese día, y que la franja terrestre de impacto más probable se extendiera en gran parte sobre regiones oceánicas y polares. [33]
Su órbita descendente el 11 de noviembre de 2013 pasó sobre Siberia , el océano Pacífico occidental , el océano Índico oriental y la Antártida . [34] [35] El satélite finalmente se desintegró alrededor de las 00:16 UTC del 11 de noviembre cerca de las Islas Malvinas . [5] [36]
La carga útil principal del satélite era el gradiómetro electrostático de gravedad (EGG) para medir el campo gravitatorio de la Tierra . Este instrumento constaba de tres pares de acelerómetros capacitivos dispuestos en tres dimensiones que respondían a pequeñas variaciones en el "tirón gravitacional" de la Tierra a medida que viajaba a lo largo de su trayectoria orbital. Debido a su diferente posición en el campo gravitatorio, todos experimentaban la aceleración gravitacional de la Tierra de forma ligeramente diferente. Los tres ejes del gradiómetro permitían la medición simultánea de los cinco componentes independientes del tensor del gradiente gravitacional .
Otra carga útil era un receptor GPS de a bordo utilizado como instrumento de seguimiento de satélite a satélite (SSTI), un sistema de compensación para todas las fuerzas no gravitacionales que actúan sobre la nave espacial. El satélite también estaba equipado con un retrorreflector láser para permitir el seguimiento mediante estaciones de medición láser satelitales terrestres . [37]
El marco de 5 × 1,1 m (16 × 4 pies) de GOCE tenía paneles solares fijos que cubrían su lado orientado al sol, que producían 1.300 vatios de energía. [38] Los paneles estaban diseñados para actuar como aletas, estabilizando la nave espacial mientras orbitaba a través del aire residual en la termosfera .
El motor eléctrico de propulsión iónica , diseñado y construido en el centro espacial de QinetiQ en Farnborough, Inglaterra, expulsaba iones de xenón a velocidades superiores a los 40.000 m/s (140.000 km/h; 89.000 mph), lo que compensaba las pérdidas por desintegración orbital. La misión de GOCE terminó cuando se vació el tanque de combustible de xenón de 40 kg (88 lb). [7] Los propulsores iónicos duales de tipo Kaufman podían producir hasta 20 milinewtons (0,0045 lbf) de empuje. [39]
Aunque su vida útil prevista era de 20 meses, un informe de la ESA de junio de 2010 sugirió que una actividad solar inusualmente baja (lo que significa una atmósfera superior más tranquila y, por lo tanto, menos resistencia para la nave) significaba que el combustible duraría más de los 20 meses previstos, posiblemente hasta 2014. En realidad, el final de la misión se declaró formalmente el 21 de octubre de 2013 después de 55 meses, con los 11 meses finales en una órbita más baja (con mayor densidad de aire y, por lo tanto, mayor uso de combustible). [40]
