El Explorador de Circulación Oceánica en Estado Estacionario y Campo Gravitatorio ( GOCE ) fue el primero de los satélites pesados del Programa Planeta Vivo de la ESA destinado a cartografiar con un detalle sin precedentes el campo gravitatorio de la Tierra . La instrumentación principal de la nave espacial era un gradiómetro de gravedad altamente sensible que constaba de tres pares de acelerómetros que medían los gradientes gravitacionales a lo largo de tres ejes ortogonales .
Lanzado el 17 de marzo de 2009, GOCE 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. Combinando 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 velocidad de las corrientes oceánicas geostróficas . La órbita baja y la alta precisión del sistema mejoraron enormemente la precisión conocida y la resolución espacial del geoide (la superficie teórica de igual potencial gravitacional 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 debida al arrastre del aire sin la vibración de un motor de cohete convencional propulsado químicamente , limitando así los errores en las mediciones del gradiente de gravedad causados por fuerzas no gravitacionales y restaurando la trayectoria de la nave lo más fielmente posible. posible a una trayectoria puramente inercial .
Después de quedarse sin propulsor, el satélite comenzó a salirse de órbita y realizó un reingreso incontrolado 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 GOCE se presentó en el Simposio Planeta Vivo de la ESA en junio de 2010. [6]
Los resultados iniciales de la misión del satélite 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 elaborados a partir de los datos de GOCE muestran las corrientes oceánicas con mucho más detalle que los disponibles anteriormente. [12] Incluso detalles muy pequeños como el Mann Eddy en el Atlántico Norte fueron visibles en los datos, [13] al igual que el efecto del huracán Igor en 2010. [14] El análisis detallado de los datos del propulsor y el acelerómetro de GOCE reveló por casualidad que había detectó las ondas infrasónicas generadas por el terremoto de Tōhoku de 2011 (después de lo cual, sin darse cuenta, se convirtió en el primer sismógrafo en órbita). [15]
Resultados posteriores de los datos de GOCE expusieron detalles del manto de la Tierra, incluidas plumas del manto, antiguas zonas de subducción y restos del océano Tetis . [dieciséis]
El análisis posterior de los datos de GOCE también proporcionó nueva información sobre la composición geológica del continente antártico, incluida la detección de restos de continentes antiguos 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 de la torre de lanzamiento. [20]
GOCE se lanzó 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 después del Tratado de Reducción de Armas Estratégicas. El lanzador utilizó 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. GOCE fue lanzado a una órbita anochecer-amanecer sincrónica con el Sol con una inclinación de 96,7° y un nodo ascendente a las 18:00. La separación del lanzador era de 295 km. Luego, la órbita del satélite decayó durante un período de 45 días hasta una altitud operativa prevista en 270 km. Durante este tiempo, se puso en servicio la nave espacial y se verificó la confiabilidad del sistema de propulsión eléctrica en el control de actitud [ necesita actualización ] . [22]
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En febrero de 2010 se descubrió una falla en la computadora del satélite, lo que obligó a los controladores a cambiar el control a la computadora de respaldo.
En julio de 2010, GOCE sufrió un grave problema de comunicación cuando el satélite de repente dejó de transmitir datos científicos a sus estaciones receptoras. Investigaciones exhaustivas realizadas por expertos de la ESA y de la industria revelaron que es casi seguro que el problema estaba relacionado con un enlace de comunicación entre el módulo del procesador y los módulos de telemetría de la computadora principal. [23] La recuperación se completó en septiembre de 2010: como parte del plan de acción, la temperatura del piso que albergaba las computadoras se elevó unos 7 °C (13 °F), lo que resultó en el restablecimiento de las comunicaciones normales. [24]
En noviembre de 2010, fecha prevista para la finalización de la misión original de 20 meses antes de que se retrasara por los fallos, se decidió extender la vida útil de la misión hasta finales de 2012 para completar el trabajo original y llevar a cabo otros 18 meses. misión mensual para mejorar los datos recopilados. [25]
En noviembre de 2012, la órbita se redujo de 255 a 235 km (158 a 146 millas) para obtener datos de mayor resolución, momento en el que el combustible permaneció durante otras 50 semanas. [26]
En mayo de 2013 se llevó a cabo una nueva reducción a 229 km (142 millas).
El satélite se quedó sin propulsor de xenón en octubre de 2013, momento en el que tardaría entre 2 y 3 semanas en volver a entrar. [27] El 18 de octubre de 2013, la ESA informó que la presión en el sistema de combustible del motor de iones de GOCE había caído por debajo de 2,5 bar, que es la presión de funcionamiento 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; Privado de xenón, el propulsor de iones 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 uno o dos días. [30] [31] Para esta fecha, la altitud del perigeo había disminuido a 155 km (96 millas). [32]
El 10 de noviembre, la ESA esperaba que el reingreso se produjera entre las 18:30 y las 24:00 UTC de ese día, y que la franja terrestre del impacto más probable se extendiera en gran medida sobre el océano y las regiones 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 principal carga útil del satélite era el gradiómetro de gravedad electrostático (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 avanzaba a lo largo de su trayectoria orbital. Debido a su diferente posición en el campo gravitacional, todos experimentaron la aceleración gravitacional de la Tierra de manera ligeramente diferente. Los tres ejes del gradiómetro permitieron la medición simultánea de los cinco componentes independientes del tensor del gradiente de gravedad .
Otra carga útil era un receptor GPS 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 terrestres . [37]
El marco de GOCE de 5 × 1,1 m (16 × 4 pies) tenía paneles solares fijos que cubrían su lado orientado al sol, que producían 1300 vatios de potencia. [38] Los paneles tenían la forma de 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 40.000 m/s (140.000 km/h; 89.000 mph), lo que compensaba las pérdidas por desintegración orbital. La misión del GOCE terminó cuando se vació el tanque de combustible de xenón de 40 kg (88 lb). [7] Los propulsores iónicos duales tipo Kaufman podrían producir hasta 20 milinewton (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 tanto, menos resistencia a la nave) significaba que el combustible duraría más de los 20 meses previstos, posiblemente hasta 2014. En realidad, el fin de la misión se declaró formalmente el 21 de octubre de 2013 después de 55 meses, con los últimos 11 meses en una órbita más baja (con mayor densidad de aire y, por tanto, mayor uso de combustible). [40]
