El Explorador de atmósfera lunar y entorno de polvo ( LADEE ; / ˈ l æ d i / ) [5] fue una misión de demostración de tecnología y exploración lunar de la NASA . Fue lanzado en un cohete Minotaur V desde el puerto espacial regional del Atlántico Medio el 7 de septiembre de 2013. [6] Durante su misión de siete meses, LADEE orbitó el ecuador de la Luna, utilizando sus instrumentos para estudiar la exosfera lunar y el polvo en la Luna. vecindad. Los instrumentos incluyeron un detector de polvo, un espectrómetro de masas neutras y un espectrómetro ultravioleta-visible , así como una demostración de tecnología que consistió en una terminal de comunicaciones láser . [7] La misión terminó el 18 de abril de 2014, cuando los controladores de la nave espacial estrellaron intencionalmente LADEE en la cara oculta de la Luna , [8] [9] que, más tarde, se determinó que estaba cerca del borde oriental del cráter Sundman V. [10]
LADEE se anunció durante la presentación del presupuesto de la NASA para el año fiscal 2009 en febrero de 2008. [11] Inicialmente se planeó su lanzamiento con los satélites del Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad (GRAIL). [12]
Las pruebas mecánicas, incluidas pruebas acústicas , de vibración y de choque, se completaron antes de las pruebas de cámara de vacío térmico a gran escala en el Centro de Investigación Ames de la NASA en abril de 2013. [13] Durante agosto de 2013, LADEE se sometió a un equilibrio final, suministro de combustible y montaje en el lanzador, y todas las actividades previas al lanzamiento se completaron el 31 de agosto, listas para la ventana de lanzamiento que se abrió el 6 de septiembre. [14]
Ames de la NASA era responsable de las funciones diarias de LADEE, mientras que el Centro de Vuelos Espaciales Goddard operaba el conjunto de sensores y las cargas útiles de demostración de tecnología, además de gestionar las operaciones de lanzamiento. [15] La misión LADEE costó aproximadamente 280 millones de dólares, que incluyeron el desarrollo de naves espaciales e instrumentos científicos, servicios de lanzamiento, operaciones de misión, procesamiento científico y apoyo de retransmisión. [1]
La Luna puede tener una tenue atmósfera de partículas en movimiento que constantemente saltan y caen hacia la superficie de la Luna, dando lugar a una "atmósfera de polvo" que parece estática pero está compuesta de partículas de polvo en constante movimiento. Según los modelos propuestos a partir de 1956, [17] en la cara iluminada de la Luna, la radiación solar ultravioleta y de rayos X es lo suficientemente energética como para arrancar electrones de los átomos y moléculas del suelo lunar. Las cargas positivas se acumulan hasta que las partículas más pequeñas de polvo lunar (que miden 1 micrómetro o menos) son repelidas de la superficie y elevadas desde metros hasta kilómetros de altura, alcanzando las partículas más pequeñas las mayores altitudes. [17] [18] [19] [20] Finalmente, vuelven a caer hacia la superficie donde se repite el proceso. En el lado nocturno, el polvo está cargado negativamente por los electrones del viento solar . De hecho, el "modelo de la fuente" sugiere que el lado nocturno se cargaría a voltajes más altos que el lado diurno, posiblemente lanzando partículas de polvo a velocidades y altitudes más altas. [18] Este efecto podría potenciarse aún más durante la parte de la órbita de la Luna donde pasa a través de la cola magnética de la Tierra ; [21] ver Campo magnético de la Luna para más detalles. En el terminador podrían formarse importantes campos eléctricos horizontales entre las zonas de día y de noche, lo que provocaría un transporte de polvo horizontal. [21]
Además, se ha demostrado que la Luna tiene una " cola de sodio " demasiado débil para ser detectada por el ojo humano. Tiene cientos de miles de kilómetros de largo y fue descubierto en 1998 como resultado de la observación de la tormenta de meteoritos Leónidas por parte de científicos de la Universidad de Boston . La Luna libera constantemente gas atómico de sodio desde su superficie, y la presión de la radiación solar acelera los átomos de sodio en dirección contraria al Sol, formando una cola alargada que apunta en dirección opuesta al Sol. [22] [23] [24] Hasta abril de 2013, aún no se había determinado si los átomos de gas de sodio ionizado o el polvo cargado son la causa de los brillos lunares informados. [25]
Se esperaba que la nave espacial china Chang'e 3 , que fue lanzada el 1 de diciembre de 2013 y entró en órbita lunar el 6 de diciembre de [26], contaminara la tenue exosfera lunar tanto con el propulsor del encendido de los motores como con el polvo lunar del aterrizaje del vehículo. [27] Si bien se expresó la preocupación de que esto podría interrumpir la misión de LADEE, [27] como sus lecturas de referencia de la exosfera de la Luna, en cambio proporcionó valor científico adicional ya que se conocían tanto la cantidad como la composición del escape del sistema de propulsión de la nave espacial. [28] Los datos de LADEE se utilizaron para rastrear la distribución y eventual disipación de los gases de escape y el polvo en la exosfera de la Luna. [28] [29] También fue posible observar la migración del agua , un componente del escape, dando una idea de cómo se transporta y queda atrapada alrededor de los polos lunares. [30]
La misión LADEE fue diseñada para abordar tres objetivos científicos principales: [31]
y un objetivo de demostración de tecnología :
LADEE se lanzó el 7 de septiembre de 2013 a las 03:27 UTC (6 de septiembre, 11:27 pm EDT), desde las instalaciones de vuelo Wallops en el puerto espacial regional del Atlántico Medio en un cohete portador Minotaur V. [33] Esta fue la primera misión lunar que se lanzó desde esa instalación. El lanzamiento tenía potencial para ser visible a lo largo de gran parte de la costa este de Estados Unidos, desde Maine hasta Carolina del Sur; El clima despejado permitió a numerosos observadores desde la ciudad de Nueva York hasta Virginia observar el ascenso, el corte de la primera etapa y el encendido de la segunda etapa. [34]
Como el Minotaur V es un cohete de propulsor sólido , el control de actitud de la nave espacial en esta misión funcionó de manera un poco diferente a un cohete típico de combustible líquido con una retroalimentación de circuito cerrado más continua . Las primeras tres etapas del Minotauro "vuelan un perfil de actitud preprogramado" para ganar velocidad y llevar el vehículo a su trayectoria preliminar, mientras que la cuarta etapa se utiliza para modificar el perfil de vuelo y colocar la nave espacial LADEE en perigeo para la quinta etapa estabilizada por giro . etapa para luego colocar la nave espacial en una órbita altamente elíptica alrededor de la Tierra , la primera de tres, para comenzar un tránsito lunar de un mes de duración. [35]
Aunque ahora están separadas de la nave espacial LADEE, tanto la cuarta como la quinta etapa del Minotauro V alcanzaron la órbita y ahora son desechos espaciales en la órbita terrestre . [3]
Una foto de lanzamiento con una rana lanzada hacia lo alto por la ola de presión se hizo popular en las redes sociales. El estado de la rana es incierto. [36] [37]
LADEE adoptó un enfoque inusual en su tránsito por la Luna . Lanzada a una órbita terrestre muy elíptica , la nave espacial dio tres vueltas cada vez más grandes alrededor de la Tierra [3] antes de acercarse lo suficiente como para entrar en la órbita lunar . El tránsito requirió aproximadamente un mes. [38]
Después de separarse del Minotauro, se detectaron altas corrientes eléctricas en las ruedas de reacción del satélite , lo que provocó que se apagaran. No hubo indicios de falla y, después de ajustar los límites de protección, al día siguiente se reanudó la orientación con ruedas de reacción. [39]
La nave espacial LADEE realizó tres " órbitas en fase " de la Tierra antes de lograr una inserción en la órbita lunar (LOI), que ocurrió en el perigeo de la tercera órbita utilizando un encendido del motor de tres minutos. [3] La órbita objetivo para la tercera órbita terrestre tenía un perigeo de 200 kilómetros (120 millas), un apogeo de 278.000 km (173.000 millas) y una inclinación de 37,65 grados. El argumento previsto del perigeo es de 155 grados, mientras que su energía característica , C3, es de -2,75 km 2 /s 2 . [3] La nueva trayectoria que utiliza bucles de fase orbital se realizó por cuatro razones principales: [40]
LADEE entró en órbita lunar el 6 de octubre de 2013, cuando LADEE fue puesta en una órbita de captura elíptica de 24 horas de duración. [41] LADEE fue bajado aún más a una órbita de cuatro horas el 9 de octubre de 2013, [42] Se produjo otra quemadura el 12 de octubre, bajando a LADEE a una órbita circular alrededor de la Luna con una altitud de aproximadamente 250 kilómetros (160 millas) durante su fase de puesta en marcha, que duró unos 30 días. [43] Los sistemas e instrumentos de LADEE fueron revisados después de que la órbita se redujo a 75 km (47 millas) de altitud. [3]
El sistema de láser pulsado Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) de LADEE realizó una prueba exitosa el 18 de octubre de 2013, transmitiendo datos entre la nave espacial y su estación terrestre en la Tierra a una distancia de 385.000 kilómetros (239.000 millas). Esta prueba estableció un récord de enlace descendente de 622 megabits por segundo (Mbps) desde la nave espacial a la Tierra, y una "tasa de carga de datos sin errores de 20 Mbps" desde la estación terrestre a la nave espacial. [44] Las pruebas se llevaron a cabo durante un período de prueba de 30 días. [45]
El LLCD es un sistema de comunicación óptica de espacio libre . Es el primer intento de la NASA de comunicación espacial bidireccional utilizando un láser óptico en lugar de ondas de radio . Se espera que conduzca a sistemas láser operativos en futuros satélites de la NASA.
Para las operaciones científicas, LADEE fue maniobrada a una órbita con un periselene de 20 km (12 millas) y un aposelene de 60 km (37 millas). [1] La fase científica de la misión principal de LADEE se planeó inicialmente en 100 días, [3] y luego se le dio una extensión de 28 días. La extensión brindó una oportunidad para que el satélite recopilara un ciclo lunar completo adicional de datos de muy baja altitud para ayudar a los científicos a desentrañar la naturaleza de la tenue exosfera de la Luna. [46]
Los controladores de la nave espacial ordenaron un encendido final del motor el 11 de abril de 2014, para bajar LADEE a 2 km (1 mi) de la superficie de la Luna y prepararlo para el impacto a más tardar el 21 de abril. [8] [9] [ 47 ] Luego, la sonda abordó el eclipse lunar de abril de 2014 el 15 de abril, durante el cual no pudo generar energía porque estuvo a la sombra de la Tierra durante cuatro horas. [48] Los instrumentos científicos se apagaron y los calentadores se activaron durante el evento para conservar energía pero mantener caliente la nave espacial. [48] Los ingenieros no esperaban que LADEE sobreviviera, ya que no fue diseñado para manejar ese entorno, pero salió del eclipse con solo unas pocas fallas en el sensor de presión. [9]
Durante su penúltima órbita el 17 de abril, el periapsis de LADEE lo llevó a 300 m (1000 pies) de la superficie lunar. [49] El contacto con la nave espacial se perdió alrededor de las 04:30 UTC del 18 de abril cuando se movió detrás de la Luna. [8] [50] LADEE golpeó la superficie de la cara oculta de la Luna en algún momento entre las 04:30 y las 05:22 a una velocidad de 5.800 km/h (3.600 mph). [9] [49] Se eligió la cara oculta de la Luna para evitar la posibilidad de dañar lugares históricamente importantes como los lugares de alunizaje de la Luna y el Apolo . [8] La NASA utilizó el Lunar Reconnaissance Orbiter para obtener imágenes de la ubicación del impacto, que se determinó que estaba cerca del borde oriental del cráter Sundman V. [10] [47] [49]
LADEE es la primera nave espacial diseñada , integrada , construida y probada por el Centro de Investigación Ames de la NASA . [51] La nave espacial tiene un diseño novedoso (un autobús espacial nunca antes volado) y de un costo mucho menor que las misiones científicas típicas de la NASA, lo que presentó desafíos novedosos para el equipo de diseño de trayectoria para lanzar la nueva nave espacial a la Luna con una plan de trayectoria de vuelo espacial de alta confianza, mientras se trata de un nuevo cohete de primer uso (Minotauro V) y una nave espacial sin legado de pruebas de vuelo . (ver Tránsito lunar, arriba). [51]
La misión LADEE utiliza el autobús o cuerpo modular de la nave espacial común, hecho de un compuesto de carbono liviano con una masa sin combustible de 248,2 kg (547 lb). El autobús tiene la capacidad de realizar varios tipos de misiones, incluidos viajes a la Luna y objetos cercanos a la Tierra , con diferentes módulos o sistemas aplicables. Este concepto modular es una forma innovadora de pasar de los diseños personalizados a diseños de usos múltiples y producción en línea de ensamblaje, lo que podría reducir drásticamente el costo del desarrollo de naves espaciales. [52] Los módulos de bus de la nave espacial LADEE constan del módulo de radiador que lleva la aviónica, el sistema eléctrico y los sensores de actitud; el Módulo de Bus; el módulo de carga útil que transporta los dos instrumentos más grandes; y los Módulos de Extensión, que albergan el sistema de propulsión. [1]
La estructura principal tiene 2,37 m (7,8 pies) de alto, 1,85 m (6,1 pies) de ancho y 1,85 m (6,1 pies) de profundidad. La masa total de la nave espacial es 383 kg (844 lb). [1]
La energía eléctrica fue generada por un sistema fotovoltaico compuesto por 30 paneles de células solares de silicio que producen 295 W por UA . Los paneles solares se montaron en las superficies exteriores del satélite y la energía eléctrica se almacenó en una batería de iones de litio que proporcionaba hasta 24 Ah de energía de 28 voltios . [1]
El sistema de propulsión LADEE constaba de un sistema de control de órbita (OCS) y un sistema de control de reacción (RCS). El OCS proporcionó control de velocidad a lo largo del eje + Z para grandes ajustes de velocidad. El RCS proporcionó control de actitud de tres ejes durante las quemas del sistema OCS y también proporcionó descargas de impulso para las ruedas de reacción , que eran el principal sistema de control de actitud entre las quemas de OCS. [33]
El motor principal era un 455 N High Performance Apogee Thruster (HiPAT). Los propulsores de control de actitud 22N de alta eficiencia se fabrican con materiales de alta temperatura y son similares al HiPAT. El motor principal proporcionaba la mayor parte del empuje para las maniobras de corrección de trayectoria de la nave espacial. Los propulsores del sistema de control se utilizaron para las pequeñas maniobras previstas para la fase científica de la misión. [1]
Después de la fase científica, se produjo un período de desmantelamiento, durante el cual la altitud se redujo gradualmente hasta que la nave espacial impactó la superficie lunar. [1]
LADEE llevaba tres instrumentos científicos y una carga útil de demostración tecnológica.
La carga útil científica consta de: [53]
LADEE también llevaba una carga útil de demostración de tecnología para probar un sistema de comunicación óptica . La Demostración de Comunicación Láser Lunar (LLCD) utilizó un láser para transmitir y recibir datos como pulsos de luz, de forma muy similar a como se transfieren los datos en un cable de fibra óptica . Se utilizaron tres estaciones terrestres. Este método de comunicación podría proporcionar potencialmente velocidades de datos cinco veces mayores que el sistema de comunicación por radiofrecuencia anterior . [32] [55] La tecnología es un predecesor directo del sistema de demostración de retransmisión de comunicaciones láser (LCRD) de la NASA, que debía lanzarse en 2017, [56] [57] y, de hecho, se lanzó en 2021. [58]
Los equipos científicos de LADEE continuaron analizando los datos adquiridos en el momento del aterrizaje del Chang'e 3 el 14 de diciembre de 2013. [59]
El equipo de LADEE incluyó contribuyentes de la sede de la NASA, Washington DC, el Centro de Investigación Ames de la NASA, Moffett Field, California, el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland , y el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder. [63] Los investigadores invitados incluyen aquellos de la Universidad de California, Berkeley; el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, Laurel, Maryland; la Universidad de Colorado; la Universidad de Maryland; y el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland. [63]
LADEE también tiene el potencial de medir el polvo que podría elevarse sobre la superficie lunar cuando el aterrizaje de Chang'e 3.
_Acd13-0051-008-uvs.jpg/1280px-LADEE's_instrument_Ultraviolet_and_Visible_Light_Spectrometer_(UVS)_Acd13-0051-008-uvs.jpg)
