Stardust fue una sonda espacial robótica de 385 kilogramoslanzada por la NASA el 7 de febrero de 1999. Su misión principal era recolectar muestras de polvo de la coma del cometa Wild 2 , así como muestras de polvo cósmico , y devolverlas a la Tierra para su análisis. Fue la primera misión de retorno de muestras de este tipo. De camino al cometa Wild 2, también pasó cerca y estudió el asteroide 5535 Annefrank . La misión principal se completó con éxito el 15 de enero de 2006, cuando la cápsula de retorno de muestras regresó a la Tierra. [10]
Una extensión de la misión, con nombre en código NExT , culminó en febrero de 2011 con Stardust interceptando el cometa Tempel 1 , un pequeño cuerpo del Sistema Solar visitado anteriormente por Deep Impact en 2005. Stardust cesó sus operaciones en marzo de 2011.
El 14 de agosto de 2014, los científicos anunciaron la identificación de posibles partículas de polvo interestelar de la cápsula Stardust que regresó a la Tierra en 2006. [11] [12] [13] [14]
A partir de la década de 1980, los científicos comenzaron a buscar una misión dedicada a estudiar un cometa. A principios de la década de 1990, varias misiones para estudiar el cometa Halley se convirtieron en las primeras misiones exitosas en proporcionar datos de cerca. Sin embargo, la misión cometaria estadounidense Comet Rendezvous Asteroid Flyby fue cancelada por motivos presupuestarios. A mediados de la década de 1990, se brindó más apoyo a una misión más barata, de clase Discovery , que estudiaría el cometa Wild 2 en 2004. [1]
Stardust fue seleccionada competitivamente en el otoño de 1995 como una misión del Programa Discovery de la NASA de bajo costo con objetivos científicos altamente enfocados. [1] : 5 La construcción de Stardust comenzó en 1996 y estaba sujeta a la restricción máxima de contaminación, nivel 5 de protección planetaria . Sin embargo, el riesgo de contaminación interplanetaria por vida extraterrestre se consideró bajo, [15] ya que se creía que los impactos de partículas a más de 450 metros por segundo (1000 mph), incluso en el aerogel , eran terminales para cualquier microorganismo conocido. [1] : 22-23
El cometa Wild 2 fue seleccionado como objetivo principal de la misión por la rara oportunidad de observar un cometa de período largo que se ha aventurado cerca del Sol . Desde entonces, el cometa se ha convertido en un cometa de período corto después de un evento en 1974, donde la órbita de Wild 2 se vio afectada por la atracción gravitacional de Júpiter , moviendo la órbita hacia adentro, más cerca del Sol. Al planificar la misión, se esperaba que aún se conservara la mayor parte del material original a partir del cual se formó el cometa. [ 15
Los principales objetivos científicos de la misión incluyeron: [7]
La nave espacial fue diseñada, construida y operada por Lockheed Martin Astronautics como una misión clase Discovery en Denver, Colorado. JPL proporcionó gestión de misión para la división de operaciones de misión de la NASA. El investigador principal de la misión fue el Dr. Donald Brownlee de la Universidad de Washington. [ 15
El autobús de la nave espacial medía 1,7 metros (5 pies 7 pulgadas) de largo y 0,66 metros (2 pies 2 pulgadas) de ancho, un diseño adaptado del autobús espacial profundo SpaceProbe desarrollado por Lockheed Martin Astronautics . El autobús se construyó principalmente con paneles de fibra de grafito con una estructura de soporte de aluminio en forma de panal debajo; Toda la nave espacial estaba cubierta con láminas de policianato y Kapton para mayor protección. Para mantener bajos costos, la nave espacial incorporó muchos diseños y tecnologías utilizados en misiones pasadas o desarrollados previamente para misiones futuras por la Iniciativa de Tecnologías de Pequeñas Naves Espaciales (SSTI). La nave espacial incluía cinco instrumentos científicos para recopilar datos, incluida la bandeja de recolección de muestras Stardust , que fue traída a la Tierra para su análisis. [dieciséis]
La nave espacial estaba estabilizada en tres ejes con ocho propulsores monopropulsores de hidracina de 4,41 N y ocho propulsores de 1 N para mantener el control de actitud (orientación); Estos propulsores también realizaron las maniobras de propulsión menores necesarias. La nave espacial fue lanzada con 80 kilogramos de propulsor. La información para el posicionamiento de la nave espacial fue proporcionada por una cámara estelar que utiliza FSW para determinar la actitud (Stellar Compass), una unidad de medición inercial y dos sensores solares . [1] : 30–31 [16] El software Stellar Compass fue proporcionado por Intelligent Decisions, Inc.
Para comunicarse con la Red de Espacio Profundo , la nave espacial transmitía datos a través de la banda X utilizando una antena parabólica de alta ganancia de 0,6 metros (2 pies 0 pulgadas) , una antena de ganancia media (MGA) y una antena de baja ganancia (LGA), dependiendo en fase de misión, y un diseño de transpondedor de 15 vatios originalmente destinado a la nave espacial Cassini . [1] : 32 [16]
La sonda estaba alimentada por dos paneles solares , que proporcionaban una media de 330 vatios de potencia. Los conjuntos también incluían escudos Whipple para proteger las delicadas superficies del polvo cometario potencialmente dañino mientras la nave espacial estaba en coma de Wild 2. El diseño del conjunto solar se derivó principalmente de las pautas de desarrollo de naves espaciales de la Small Spacecraft Technology Initiative (SSTI). Los conjuntos proporcionaron un método único para cambiar cadenas de serie a paralelo dependiendo de la distancia al Sol. También se incluyó una única batería de níquel-hidrógeno ( NiH 2 ) para proporcionar energía a la nave espacial cuando los paneles solares recibieran muy poca luz solar. [1] : 31 [16]
La computadora de la nave espacial funcionaba con una tarjeta procesadora de 32 bits RAD6000 endurecida por radiación . Para almacenar datos cuando la nave espacial no podía comunicarse con la Tierra, la tarjeta procesadora podía almacenar 128 megabytes , el 20% de los cuales estaba ocupado por el software del sistema de vuelo. El software del sistema es una forma de VxWorks , un sistema operativo integrado desarrollado por Wind River Systems . [1] : 31 [16]
Las partículas de cometas e interestelares se recogen en un aerogel de densidad ultrabaja . La bandeja colectora del tamaño de una raqueta de tenis contenía noventa bloques de aerogel, proporcionando más de 1.000 centímetros cuadrados de superficie para capturar granos de polvo cometarios e interestelares .
Para recoger las partículas sin dañarlas se utiliza un sólido a base de silicio con una estructura porosa similar a una esponja, en el que el 99,8 por ciento del volumen es espacio vacío. El aerogel tiene 1 ⁄ 1000 de la densidad del vidrio , otro sólido a base de silicio con el que se puede comparar. Cuando una partícula golpea el aerogel, queda enterrada en el material, creando una pista larga, de hasta 200 veces la longitud del grano. El aerogel se empaquetó en una rejilla de aluminio y se instaló en una cápsula de retorno de muestras (SRC), que iba a ser liberada de la nave espacial cuando pasara por la Tierra en 2006.
Para analizar el aerogel en busca de polvo interestelar, se necesitarán un millón de fotografías para obtener imágenes de la totalidad de los granos muestreados. Las imágenes se distribuirán a los usuarios de computadoras domésticas para ayudar en el estudio de los datos utilizando un programa titulado Stardust@home . En abril de 2014, la NASA informó que había recuperado siete partículas de polvo interestelar del aerogel. [27]
Stardust se lanzó con dos juegos de pares idénticos de obleas de silicio cuadradas de 10,16 centímetros (4 pulgadas) . Cada par presentaba grabados de más de un millón de nombres de personas que participaron en el programa de divulgación pública completando formularios en Internet disponibles a finales de 1997 y mediados de 1998. Un par de microchips se colocó en la nave espacial y el otro se conectó a la cápsula de retorno de muestra. [1] : 24
Stardust fue lanzado a las 21:04:15 UTC del 7 de febrero de 1999 por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17A en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida, a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II 7426 . La secuencia de combustión completa duró 27 minutos y llevó a la nave espacial a una órbita heliocéntrica que la llevaría alrededor del Sol y más allá de la Tierra para una maniobra de asistencia gravitatoria en 2001, para alcanzar el asteroide 5535 Annefrank en 2002 y el cometa Wild 2 en 2004 a baja velocidad. velocidad de sobrevuelo de 6,1 km/s. En 2004, la nave espacial realizó una corrección de rumbo que le permitiría pasar por la Tierra por segunda vez en 2006, para liberar la Cápsula de Retorno de Muestras para un aterrizaje en Utah, en las Salinas de Bonneville . [1] : 14–22 [7]
Durante el segundo encuentro con la Tierra, la Cápsula de Retorno de Muestras fue lanzada el 15 de enero de 2006. [7] Inmediatamente después, Stardust fue puesta en una "maniobra de desvío" para evitar entrar a la atmósfera junto a la cápsula. Después de la maniobra quedaron a bordo menos de veinte kilogramos de propulsor. [7] El 29 de enero de 2006, la nave espacial fue puesta en modo de hibernación con sólo los paneles solares y el receptor activos, en una órbita heliocéntrica de 3 años que la devolvería a las proximidades de la Tierra el 14 de enero de 2009. [7] [28]
El 3 de julio de 2007 se aprobó una extensión posterior de la misión para que la nave espacial volviera a estar en pleno funcionamiento para un sobrevuelo del cometa Tempel 1 en 2011. La extensión de la misión fue la primera en volver a visitar un pequeño cuerpo del Sistema Solar y utilizó el propulsor restante, señalando el fin de la vida útil de la nave espacial. [29]
A las 04:50:20 UTC del 2 de noviembre de 2002, Stardust encontró el asteroide 5535 Annefrank desde una distancia de 3.079 km (1.913 millas). [7] El ángulo de fase solar osciló entre 130 grados y 47 grados durante el período de observaciones. Este encuentro se utilizó principalmente como prueba de ingeniería de la nave espacial y operaciones terrestres en preparación para el encuentro con el cometa Wild 2 en 2003. [7]
A las 19:21:28 UTC, el 2 de enero de 2004, Stardust encontró el cometa Wild 2 [34] en el lado solar con una velocidad relativa de 6,1 km/s a una distancia de 237 km (147 mi). [7] Se planeó que la distancia de encuentro original fuera de 150 km (93 millas), pero esto se cambió después de que una junta de revisión de seguridad aumentó la distancia de aproximación más cercana para minimizar el potencial de colisiones de polvo catastróficas. [7]
La velocidad relativa entre el cometa y la nave espacial era tal que el cometa en realidad superó a la nave espacial por detrás mientras viajaban alrededor del Sol. Durante el encuentro, la nave espacial estaba en el lado del núcleo iluminado por el Sol, acercándose en un ángulo de fase solar de 70 grados, alcanzando un ángulo mínimo de 3 grados cerca del máximo acercamiento y alejándose en un ángulo de fase de 110 grados. [7] El software AutoNav se utilizó durante el sobrevuelo. [35] : 11
Durante el sobrevuelo, la nave espacial desplegó la placa de recolección de muestras para recolectar muestras de granos de polvo del coma y tomó fotografías detalladas del núcleo helado . [36]
El 19 de marzo de 2006, los científicos de Stardust anunciaron que estaban considerando la posibilidad de redirigir la nave espacial a una misión secundaria para tomar fotografías del cometa Tempel 1 . El cometa fue anteriormente el objetivo de la misión Deep Impact en 2005, enviando un impactador a la superficie. La posibilidad de esta extensión podría ser vital para recopilar imágenes del cráter de impacto que Deep Impact no pudo capturar debido al polvo del impacto que oscureció la superficie.
El 3 de julio de 2007 se aprobó la ampliación de la misión y se renombró Nueva Exploración de Tempel 1 (NExT). Esta investigación proporcionaría la primera visión de los cambios que se producen en el núcleo de un cometa después de una aproximación cercana al Sol. NExT también ampliaría el mapeo de Tempel 1, convirtiéndolo en el núcleo de cometa más cartografiado hasta la fecha. Este mapeo ayudaría a abordar las principales cuestiones de la geología del núcleo de los cometas. Se esperaba que la misión de sobrevuelo consumiera casi todo el combustible restante, lo que marcaría el fin de la operatividad de la nave espacial. [29] El software AutoNav (para navegación autónoma) controlaría la nave espacial durante los 30 minutos previos al encuentro. [37]
Los objetivos de la misión incluían los siguientes: [37]
Objetivos secundarios
A las 04:39:10 UTC del 15 de febrero de 2011, Stardust-NExT encontró Tempel 1 desde una distancia de 181 km (112 millas). [8] [9] Se estima que se adquirieron 72 imágenes durante el encuentro. Estos mostraron cambios en el terreno y revelaron porciones del cometa nunca vistas por Deep Impact . [38] También se observó el lugar del impacto de Deep Impact , aunque apenas era visible debido al material que se depositaba nuevamente en el cráter. [39]
El 24 de marzo de 2011, aproximadamente a las 23:00 UTC, Stardust realizó una quema para consumir el combustible restante. [33] A la nave espacial le quedaba poco combustible y los científicos esperaban que los datos recopilados ayudaran en el desarrollo de un sistema más preciso para estimar los niveles de combustible en las naves espaciales. Una vez recopilados los datos, ya no fue posible orientar la antena y se apagó el transmisor. La nave espacial envió un acuse de recibo desde aproximadamente 312 millones de kilómetros (194 millones de millas) de distancia en el espacio. [5]
El 15 de enero de 2006, a las 05:57 UTC, la cápsula de retorno de muestras se separó con éxito de Stardust . El SRC reingresó a la atmósfera de la Tierra a las 09:57 UTC, [40] con una velocidad de 12,9 km/s, la velocidad de reentrada más rápida a la atmósfera de la Tierra jamás lograda por un objeto creado por el hombre. [41] La cápsula siguió un perfil de reentrada drástico, pasando de una velocidad de Mach 36 a una velocidad subsónica en 110 segundos. [42] [ verificación fallida ] La desaceleración máxima fue de 34 g , [43] se encontró 40 segundos después de la reentrada a una altitud de 55 km sobre Spring Creek, Nevada . [42] El escudo térmico del ablador de carbono impregnado de fenólico (PICA) , producido por Fiber Materials Inc., alcanzó una temperatura de más de 2900 °C durante esta empinada reentrada. [44] La cápsula luego se lanzó en paracaídas al suelo y finalmente aterrizó a las 10:12 UTC en el campo de pruebas y entrenamiento de Utah , cerca del campo de pruebas Dugway del ejército de EE. UU . [6] [45] Luego, la cápsula fue transportada en un avión militar desde Utah a la Base de la Fuerza Aérea de Ellington en Houston , Texas , y luego transferida por carretera en un convoy sin previo aviso a las instalaciones de Curaduría de Materiales Planetarios en el Centro Espacial Johnson en Houston para comenzar el análisis. [7] [46]
El contenedor de muestra se llevó a una sala limpia con un factor de limpieza 100 veces mayor que el del quirófano de un hospital para garantizar que el polvo interestelar y del cometa no estuviera contaminado. [47] Las estimaciones preliminares sugirieron que al menos un millón de motas microscópicas de polvo estaban incrustadas en el colector de aerogel . Se encontró que diez partículas tenían al menos 100 micrómetros (0,1 mm) y la más grande aproximadamente 1.000 micrómetros (1 mm). Se estima que también se encontraron 45 impactos de polvo interestelar en el recolector de muestras, que se encontraba en la parte posterior del recolector de polvo del cometa. Un equipo de voluntarios está observando y analizando los granos de polvo a través del proyecto de ciencia ciudadana Stardust@Home .
La masa combinada de la muestra recolectada fue de aproximadamente 1 mg. [48]
En diciembre de 2006, se publicaron siete artículos en la revista científica Science , que analizaban los detalles iniciales del análisis de la muestra. Entre los hallazgos se encuentran: una amplia gama de compuestos orgánicos , incluidos dos que contienen nitrógeno biológicamente utilizable ; hidrocarburos alifáticos autóctonos con longitudes de cadena más largas que las observadas en el medio interestelar difuso ; abundantes silicatos amorfos además de silicatos cristalinos como olivino y piroxeno , demostrando coherencia con la mezcla del Sistema Solar y la materia interestelar, previamente deducida espectroscópicamente a partir de observaciones terrestres; [49] Se encontró que los silicatos hidratados y los minerales carbonato estaban ausentes, lo que sugiere una falta de procesamiento acuoso del polvo cometario; también se encontró carbono puro limitado ( CHON ) [ se necesita aclaración ] en las muestras devueltas; Se encontraron metilamina y etilamina en el aerogel, pero no estaban asociadas con partículas específicas.
En 2010, el Dr. Andrew Westphal anunció que Bruce Hudson, voluntario de Stardust@home, encontró una huella (etiquetada como "I1043,1,30") entre las muchas imágenes del aerogel que puede contener un grano de polvo interestelar. [50] El programa permite que cualquier descubrimiento voluntario sea reconocido y nombrado por el voluntario. Hudson llamó a su descubrimiento "Orión". [51]
En abril de 2011, científicos de la Universidad de Arizona descubrieron pruebas de la presencia de agua líquida en el cometa Wild 2 . Han encontrado minerales de sulfuro de hierro y cobre que debieron formarse en presencia de agua. El descubrimiento rompe el paradigma existente de que los cometas nunca se calientan lo suficiente como para derretir su masa helada. [52] En la primavera de 2014, se anunció la recuperación de partículas de polvo interestelar de la misión Stardust del programa Discovery. [53]
Las muestras de Stardust están actualmente disponibles para que todos puedan identificarlas después de completar la capacitación en la página web de Berkeley. [54]
La cápsula de retorno se encuentra actualmente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC. Su exhibición comenzó allí el 1 de octubre de 2008, el 50 aniversario de la creación de la NASA. La cápsula de retorno se muestra en modo de recolección de muestras, junto con una muestra del aerogel utilizado para recolectar muestras. [55]
Las muestras de cometas muestran que las regiones exteriores del Sistema Solar temprano no estaban aisladas y no eran un refugio donde los materiales interestelares pudieran sobrevivir comúnmente. [56] Los datos sugieren que se formó material del interior del Sistema Solar a alta temperatura y posteriormente fue transferido al cinturón de Kuiper . [57]
En 2009, la NASA anunció que los científicos habían identificado por primera vez uno de los componentes químicos fundamentales de la vida en un cometa: la glicina , un aminoácido, fue detectado en el material expulsado del cometa Wild 2 en 2004 y capturado por el Sonda de polvo de estrellas . Ya se ha detectado glicina en meteoritos y también hay observaciones en nubes de gas interestelares, pero el hallazgo de Stardust se describe como el primero en material cometario. El análisis de isótopos indica que el bombardeo intenso tardío incluyó impactos cometarios después de que la Tierra se fusionara pero antes de que evolucionara la vida. [58] Carl Pilcher, que dirige el Instituto de Astrobiología de la NASA, comentó que "el descubrimiento de glicina en un cometa respalda la idea de que los componentes fundamentales de la vida prevalecen en el espacio y fortalece el argumento de que la vida en el universo puede ser común en lugar de extraño." [59]
