El Mars Polar Lander , también conocido como Mars Surveyor '98 Lander , fue una nave espacial robótica de 290 kilogramos lanzada por la NASA el 3 de enero de 1999 para estudiar el suelo y el clima de Planum Australe , una región cercana al polo sur de Marte . Formó parte de la misión Mars Surveyor '98 . Sin embargo, el 3 de diciembre de 1999, después de que se esperaba que la fase de descenso estuviera completa, el módulo de aterrizaje no pudo restablecer la comunicación con la Tierra. Un análisis post mortem determinó que la causa más probable del percance fue la terminación prematura del encendido del motor antes de que el módulo de aterrizaje tocara la superficie, lo que provocó que golpeara el planeta a alta velocidad. [2]
El coste total del módulo de aterrizaje polar en Marte fue de 165 millones de dólares. El desarrollo de la nave espacial costó 110 millones de dólares, el lanzamiento se estimó en 45 millones de dólares y las operaciones de la misión en 10 millones de dólares. [3]
Como parte de la misión Mars Surveyor '98 , se buscó un módulo de aterrizaje como forma de recopilar datos climáticos desde la Tierra junto con un orbitador. La NASA sospechaba que podía existir una gran cantidad de agua congelada bajo una fina capa de polvo en el polo sur. Al planificar el módulo de aterrizaje polar de Marte, el posible contenido de agua en el polo sur marciano fue el factor determinante más importante para elegir un lugar de aterrizaje. [4] Se colocó a bordo de la nave espacial un CD-ROM con los nombres de un millón de niños de todo el mundo como parte del programa "Envía tu nombre a Marte", diseñado para fomentar el interés por el programa espacial entre los niños. [5]
Los objetivos principales de la misión fueron: [6]
El módulo de aterrizaje polar de Marte llevaba dos sondas de impacto pequeñas e idénticas , conocidas como "Deep Space 2 A y B". Las sondas debían impactar la superficie a gran velocidad aproximadamente a 73°S 210°O / 73°S 210°O / -73; -210 (Deep Space 2) para penetrar el suelo marciano y estudiar la composición del subsuelo hasta un metro de profundidad. Sin embargo, después de entrar en la atmósfera marciana, los intentos de contactar con las sondas fracasaron. [4]
Deep Space 2 fue financiado por el Programa Nuevo Milenio , y su costo de desarrollo fue de 28 millones de dólares. [3]
La nave espacial medía 3,6 metros de ancho y 1,06 metros de alto con las patas y los paneles solares completamente desplegados. La base estaba construida principalmente con una cubierta de aluminio en forma de panal , láminas de grafito y epoxi compuestas que formaban el borde y tres patas de aluminio. Durante el aterrizaje, las patas debían desplegarse desde la posición replegada con resortes de compresión y absorber la fuerza del aterrizaje con insertos de aluminio en forma de panal aplastables en cada pata. En la cubierta del módulo de aterrizaje, una pequeña caja de jaula de Faraday térmica albergaba la computadora, la electrónica de distribución de energía y las baterías, la electrónica de telecomunicaciones y los componentes del tubo de calor (LHP) del circuito de la bomba capilar , que mantenían la temperatura operativa. Cada uno de estos componentes incluía unidades redundantes en caso de que uno fallara. [4] [1] [7]
Durante el viaje a Marte, la etapa de crucero se estabilizó en tres ejes con cuatro módulos de motor de reacción monopropelente de hidracina , cada uno de los cuales incluía un propulsor de maniobra de corrección de trayectoria de 22 newtons para la propulsión y un propulsor de sistema de control de reacción de 4 newtons para el control de actitud (orientación). La orientación de la nave espacial se realizó utilizando sensores solares redundantes , rastreadores de estrellas y unidades de medición inercial . [1]
Durante el descenso, el módulo de aterrizaje utilizó tres grupos de motores modulados por pulsos, cada uno de los cuales contenía cuatro propulsores monopropulsados de hidracina de 266 newtons. La altitud durante el aterrizaje se midió mediante un sistema de radar Doppler , y un subsistema de control de actitud y articulación (AACS) controlaba la actitud para garantizar que la nave espacial aterrizara en el acimut óptimo para maximizar la captación solar y la telecomunicación con el módulo de aterrizaje. [4] [1] [7]
El módulo de aterrizaje fue lanzado con dos tanques de hidracina que contenían 64 kilogramos de combustible y estaban presurizados con helio . Cada tanque esférico estaba ubicado en la parte inferior del módulo de aterrizaje y proporcionaba combustible durante las etapas de crucero y descenso. [4] [1] [7]
Durante la etapa de crucero, las comunicaciones con la nave espacial se realizaron a través de la banda X utilizando una antena en forma de bocina de ganancia media y amplificadores de potencia de estado sólido redundantes. Para medidas de contingencia, también se incluyó una antena omnidireccional de baja ganancia. [4]
El módulo de aterrizaje estaba destinado originalmente a comunicar datos a través del Mars Climate Orbiter fallido mediante la antena UHF . Con el orbitador perdido el 23 de septiembre de 1999, el módulo de aterrizaje aún podría comunicarse directamente con la Red del Espacio Profundo a través del enlace directo a la Tierra (DTE), una antena parabólica de banda X, orientable, de ganancia media ubicada en la cubierta. Alternativamente, Mars Global Surveyor podría usarse como un relé utilizando la antena UHF varias veces cada día marciano. Sin embargo, la Red del Espacio Profundo solo podría recibir datos del módulo de aterrizaje, y no enviar comandos al mismo utilizando este método. La antena de ganancia media directa a la Tierra proporcionó un canal de retorno de 12,6 kbit/s , y la ruta de retransmisión UHF proporcionó un canal de retorno de 128 kbit/s. Las comunicaciones con la nave espacial estarían limitadas a eventos de una hora, restringidos por la acumulación de calor que se produciría en los amplificadores. El número de eventos de comunicación también estaría limitado por las limitaciones de potencia. [4] [6] [1] [7]
La etapa de crucero incluyó dos paneles solares de arseniuro de galio para alimentar el sistema de radio y mantener la energía de las baterías en el módulo de aterrizaje, que mantenían calientes ciertos componentes electrónicos. [4] [1]
Después de descender a la superficie, el módulo de aterrizaje desplegaría dos paneles solares de arseniuro de galio de 3,6 metros de ancho, ubicados a cada lado de la nave espacial. Otros dos paneles solares auxiliares se ubicaron en el costado para proporcionar energía adicional por un total de 200 vatios y aproximadamente de ocho a nueve horas de tiempo de funcionamiento por día. [4] [1]
Aunque el Sol no se hubiera puesto por debajo del horizonte durante la misión principal, habría llegado muy poca luz a los paneles solares para que se mantuvieran lo suficientemente calientes como para que ciertos componentes electrónicos siguieran funcionando. Para evitar este problema, se incluyó una batería de níquel-hidrógeno de 16 amperios-hora que se recargaba durante el día y alimentaba el calentador del recinto térmico por la noche. También se esperaba que esta solución limitara la vida útil del módulo de aterrizaje. A medida que los días marcianos se hicieran más fríos a fines del verano, se suministraría muy poca energía al calentador para evitar la congelación, lo que provocaría que la batería también se congelara y señalara el final de la vida útil del módulo de aterrizaje. [4] [1] [7]
El módulo de aterrizaje polar de Marte fue lanzado el 3 de enero de 1999 a las 20:21:10 UTC por la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17B en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida, a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II 7425-9.5. La secuencia completa de encendido duró 47,7 minutos después de que un propulsor de tercera etapa de combustible sólido Thiokol Star 48 B colocara la nave espacial en una trayectoria de transferencia a Marte de 11 meses a una velocidad final de 6,884 kilómetros por segundo con respecto a Marte. Durante el crucero, la nave espacial se guardó dentro de una cápsula aerodinámica y un segmento conocido como la etapa de crucero proporcionó energía y comunicaciones con la Tierra. [4] [6] [1]
La zona de aterrizaje prevista era una región cercana al polo sur de Marte, llamada Ultimi Scopuli , porque presentaba una gran cantidad de escópulos ( escarpes lobulados o irregulares ). [ cita requerida ]
El 3 de diciembre de 1999, el módulo de aterrizaje polar de Marte llegó a Marte y los operadores de la misión comenzaron los preparativos para el aterrizaje. A las 14:39:00 UTC, se desembarcó la etapa de crucero, lo que dio inicio a una interrupción planificada de las comunicaciones que duraría hasta que la nave espacial tocara tierra en la superficie. Seis minutos antes de la entrada en la atmósfera, un encendido programado de los propulsores durante 80 segundos hizo que la nave espacial adoptara la orientación de entrada adecuada, con el escudo térmico posicionado para absorber el calor de 1.650 °C que se generaría cuando la cápsula de descenso atravesara la atmósfera.
La cápsula de entrada, que viajaba a 6,9 kilómetros por segundo, entró en la atmósfera marciana a las 20:10:00 UTC y se esperaba que aterrizara en las proximidades de 76°S 195°O / 76°S 195°O / -76; -195 (Mars Polar Lander) en una región conocida como Planum Australe . Se esperaba que se restableciera la comunicación para las 20:39:00 UTC, después del aterrizaje. Sin embargo, la comunicación no se restableció y el módulo de aterrizaje se declaró perdido. [4] [6] [1]
El 25 de mayo de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix llegó a Marte y posteriormente completó la mayoría de los objetivos del Mars Polar Lander , transportando varios de los mismos instrumentos o instrumentos derivados.
Imagen clicable: al hacer clic en las etiquetas se abrirá un nuevo artículo.Viajando a aproximadamente 6,9 kilómetros por segundo y 125 kilómetros por encima de la superficie, la nave espacial entró en la atmósfera y fue desacelerada inicialmente utilizando un escudo térmico de ablación de 2,4 metros , ubicado en la parte inferior del cuerpo de entrada, para frenar aerodinámicamente a través de 116 kilómetros de la atmósfera. Tres minutos después de la entrada, la nave espacial había disminuido su velocidad a 496 metros por segundo, lo que indicó que se desplegara un paracaídas de poliéster de 8,4 metros desde un mortero, seguido inmediatamente por la separación del escudo térmico y el encendido de MARDI, mientras se encontraba a 8,8 kilómetros sobre la superficie. El paracaídas redujo aún más la velocidad de la nave espacial a 85 metros por segundo cuando el radar terrestre comenzó a rastrear las características de la superficie para detectar la mejor ubicación de aterrizaje posible y determinar la velocidad vertical a través del efecto Doppler para el control de empuje.
Cuando la nave espacial había disminuido su velocidad a 80 metros por segundo, un minuto después de desplegar el paracaídas, el módulo de aterrizaje se separó de la carcasa posterior y comenzó un descenso propulsado a 1,3 kilómetros de altura. La velocidad vertical estaba prevista para caer a 2,4 metros por segundo a 12 m de altura y luego permanecer constante hasta el aterrizaje. Por debajo de los 40 metros, el radar se volvería poco fiable debido al polvo levantado y se apagó ya a esa altura; durante los últimos segundos, el empuje estaría controlado por sensores inerciales. También se activó una función para apagar el empuje inmediatamente al tocar tierra a 40 metros. El aterrizaje estaba previsto para las 20:01 UTC, que se indica como 20:15 "hora de recepción terrestre". [4] [6] [1] [7]
Las operaciones del módulo de aterrizaje debían comenzar cinco minutos después del aterrizaje, primero desplegando los paneles solares almacenados, seguido de la orientación de la antena de ganancia media, directa a la Tierra, para permitir la primera comunicación con la Red de Espacio Profundo . Se debía emitir una transmisión de 45 minutos a la Tierra que contenía 30 imágenes de aterrizaje adquiridas por MARDI. La llegada de esa señal de un aterrizaje exitoso se esperaba a las 20:39 UTC. El módulo de aterrizaje se apagaría entonces durante seis horas para permitir que las baterías se cargaran. En los días siguientes, los instrumentos de la nave espacial serían revisados por los operadores y los experimentos científicos comenzarían el 7 de diciembre y durarían al menos los siguientes 90 soles marcianos , con la posibilidad de una misión extendida. [4] [6] [1] [7]
El 3 de diciembre de 1999, a las 14:39:00 UTC, se envió la última telemetría del módulo de aterrizaje polar de Marte , justo antes de la separación de la etapa de crucero y la posterior entrada en la atmósfera. No se recibieron más señales de la nave espacial. La sonda Mars Global Surveyor intentó fotografiar la zona en la que se creía que se encontraba el módulo de aterrizaje. Se vio un objeto y se creyó que era el módulo de aterrizaje. Sin embargo, imágenes posteriores tomadas en septiembre de 2005 dieron como resultado que se descartara el objeto identificado. El módulo de aterrizaje polar de Marte sigue perdido. [13] [14]
Se desconoce la causa de la pérdida de comunicación. Sin embargo, la Junta de Revisión de Fallos concluyó que la causa más probable del percance fue un error de software que identificó incorrectamente las vibraciones, causadas por el despliegue de las patas plegadas, como el aterrizaje en la superficie. [15] La acción resultante de la nave espacial fue el apagado de los motores de descenso, mientras que probablemente todavía se encontraba a 40 metros sobre la superficie. Aunque se sabía que el despliegue de las patas podía crear la indicación falsa, las instrucciones de diseño del software no contemplaban esa eventualidad. [16]
Además del apagado prematuro de los motores de descenso, la Junta de Revisión de Fallas también evaluó otros posibles modos de falla. [2] A falta de pruebas sustanciales sobre el modo de falla, no se pudieron excluir las siguientes posibilidades:
El fracaso del módulo de aterrizaje polar de Marte se produjo dos meses y medio después de la pérdida del orbitador climático de Marte . Se han citado como causas subyacentes de los fracasos la financiación insuficiente y la mala gestión. [17] Según Thomas Young, presidente del Equipo de Evaluación Independiente del Programa Marte, el programa "estaba subfinanciado en al menos un 30%". [18]
A pesar del fracaso del módulo de aterrizaje polar de Marte, Planum Australe , que sirvió como objetivo de exploración para el módulo de aterrizaje y las dos sondas Deep Space 2 , [19] sería explorado en años posteriores por el radar MARSIS de la Agencia Espacial Europea , que examinó y analizó el sitio desde la órbita de Marte. [20] [21] [22] [23]
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