Schiaparelli EDM ( en italiano: [skjapaˈrɛlli] ) fue un módulo demostrador de entrada, descenso y aterrizaje (EDM) fallido del programa ExoMars , una misión conjunta de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Rusa Roscosmos . [4] Fue construido en Italia y estaba destinado a probar tecnología para futuros aterrizajes suaves en la superficie de Marte . [5] También tenía una carga útil científica limitada pero enfocada que habría medido la electricidad atmosférica en Marte y las condiciones meteorológicas locales. [2] [6] [7]
Lanzado junto con el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) el 14 de marzo de 2016, Schiaparelli intentó un aterrizaje el 19 de octubre de 2016. Las señales de telemetría de Schiaparelli , monitoreadas en tiempo real por el Giant Metrewave Radio Telescope en India (y confirmadas por Mars Express ), se perdieron aproximadamente un minuto desde la superficie durante las etapas finales de aterrizaje. [8] El 21 de octubre de 2016, la NASA publicó una imagen del Mars Reconnaissance Orbiter que muestra lo que parece ser el lugar del accidente del módulo de aterrizaje. [9] Los datos de telemetría acumulados y retransmitidos por el ExoMars Trace Gas Orbiter de la ESA y Mars Express se utilizaron para investigar los modos de falla de la tecnología de aterrizaje empleada.
El módulo de demostración de entrada, descenso y aterrizaje Schiaparelli debe su nombre a Giovanni Schiaparelli (1835-1910), un astrónomo activo en el siglo XIX que realizó observaciones de Marte. [10] En particular, registró características que llamó canali en su italiano nativo. [10] Sus observaciones de lo que se traduce como canales en inglés inspiraron a muchos. [10] Las rayas oscuras en Marte son una característica del albedo que está relacionada con la distribución del polvo; estas características del albedo en Marte cambian lentamente con el tiempo y en las últimas décadas han sido monitoreadas por los orbitadores de Marte. [11] Schiaparelli es famoso por hacer mapas dibujados a mano de Marte durante sus oposiciones de 1877 con la Tierra con un telescopio refractor óptico. [4] También fue el primer astrónomo en determinar la relación entre los restos de cometas y las lluvias de meteoritos anuales. [4]
Otras cosas nombradas en honor a Schiaparelli incluyen el asteroide del cinturón principal 4062 Schiaparelli , [12] nombrado el 15 de septiembre de 1989 ( MPC 15090 ), [13] el cráter lunar Schiaparelli , [12] el cráter marciano Schiaparelli , [12] Schiaparelli Dorsum en Mercurio , [14] y el módulo de aterrizaje EDM de ExoMars de 2016. [4]
La misión recibió su nombre en noviembre de 2013; anteriormente se conocía como Módulo Demostrador de Entrada, Descenso y Aterrizaje de Exomars, o ExoMars EDM para abreviar. [4] Otro nombre era módulo de aterrizaje estático de ExoMars , sin embargo, algunos diseños para lo que era el módulo de aterrizaje estático son bastante diferentes debido a varias etapas de diseño y reestructuración del programa. [15] Otro nombre, especialmente para el orbitador y el módulo de aterrizaje juntos es ExoMars 2016. [ 16]
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El EDM se remonta al programa Aurora de la ESA , que tiene como objetivo la exploración humana del espacio y, por lo tanto, produce misiones que son los pilares para apoyar este objetivo. [19] ExoMars se originó a partir de esto y proporciona un contexto para comprender el EDM. [19] Schiaparelli forma un "bloque" importante de aprendizaje sobre cómo aterrizar cargas útiles pesadas en Marte, lo cual es vital para futuras misiones tripuladas. [19] Otro "bloque" es el rover ExoMars, que pretende demostrar, entre otras cosas, la capacidad de atravesar varios kilómetros/millas en la superficie de Marte. [19] El programa Aurora se centra en dos tipos de misión: una son naves espaciales insignia más grandes y la otra son misiones más pequeñas específicamente diseñadas para descargar el riesgo de las misiones más grandes. [17]
En 2005, el consejo de la ESA aprobó 650 millones de euros para un rover y un módulo de aterrizaje estático en Marte. [20] En ese momento, la idea era un solo lanzamiento que llevara tanto un rover de clase Mars Exploration Rover como un módulo de aterrizaje estático instrumentado a Marte con una etapa de crucero más simple; en este caso, el módulo de aterrizaje estático aterrizó el rover y realizó sus propios estudios. [19] [20] Sin embargo, para lograr sus objetivos de misión dentro de las limitaciones de usar un cohete Soyuz para el lanzamiento, el rover tenía un presupuesto de solo 6 kg. [20] Para permitir un rover más grande, se evaluaron el Ariane V , Atlas V y Proton. [20] Se consideraron rovers de 180 kg hasta 600 kg, y finalmente surgió la idea de un módulo de aterrizaje de prueba para descargar el riesgo del módulo de aterrizaje del rover, que encajaba bien con una estrategia de dos lanzamientos que permitía un orbitador más pesado y un rover más pesado en el segundo lanzamiento. [20]
Al principio del desarrollo, el módulo de aterrizaje iba a ser transportado por una etapa de crucero dedicada llamada Módulo Transportador . [21] Finalmente, la misión Trace Gas Orbiter se fusionó con ExoMars, convirtiéndose en el portador del EDM. [20]
Aunque el módulo de aterrizaje se estrelló, se espera que los datos transmitidos desde Schiaparelli proporcionen a la ESA y a Roscosmos la tecnología necesaria para aterrizar en la superficie de Marte con un aterrizaje suave y controlado. Esta tecnología será utilizada por el rover Rosalind Franklin , parte del programa ExoMars , cuyo lanzamiento estaba previsto para 2022. [3] [22]
El módulo de descenso Schiaparelli de 577 kg (1272 lb) y el orbitador completaron las pruebas y se integraron a un cohete Proton-M en el cosmódromo de Baikonur a mediados de enero de 2016. [23] TGO y EDM llegaron a Baikonur en diciembre de 2015. [20] En febrero, la nave espacial se montó en la etapa superior Briz-M y, a principios de marzo, se unió al cohete Proton. [20]
El lanzamiento se produjo a las 09:31 GMT (15:31 hora local) del 14 de marzo de 2016. [24] Se produjeron cuatro quemaduras de cohetes en las siguientes 10 horas antes de que se liberaran el módulo de descenso y el orbitador. [25] Se recibió una señal del orbitador a las 21:29 GMT de ese día, confirmando que el lanzamiento fue exitoso y que la nave espacial estaba funcionando correctamente. [26] Poco después de la separación de las sondas, la etapa de refuerzo superior Briz-M explotó a unos pocos kilómetros de distancia, sin dañar el orbitador ni el módulo de aterrizaje. [27]
Después de su lanzamiento, el Trace Gas Orbiter (TGO) y el EDM viajaron juntos a través del espacio hacia Marte. [28] Durante este tiempo, el EDM fue alimentado desde una línea eléctrica umbilical al TGO, preservando así las limitadas baterías internas del EDM. [28] El motor principal del TGO ejecutó una maniobra en el espacio profundo en dos etapas el 28 de julio y el 11 de agosto para determinar el ángulo de la trayectoria de vuelo de entrada y el lugar de aterrizaje. [29] El 14 de octubre de 2016, el TGO hizo un ajuste final a su trayectoria antes de la separación de Schiaparelli. [30] La masa de lanzamiento de las dos naves espaciales juntas es de 4332 kg, incluido el módulo Schiaparelli de 600 kg. [31] Esta fue la nave espacial más pesada enviada hasta ahora a Marte. [32] El viaje de la Tierra a Marte en 2016 tomó alrededor de 7 meses. [32]
El 16 de octubre de 2016, el TGO y el EDM se separaron, el orbitador se dirigió a la inserción en la órbita de Marte y el EDM a la entrada en la atmósfera de Marte. [28] [33] Antes de la separación, el EDM se hizo girar a 2,5 RPM (ver también estabilización de giro ) y luego se liberó a una velocidad de aproximadamente 1 km/h en relación con el TGO. [34] El EDM fue diseñado para entrar en un modo de hibernación de menor potencia durante unos 3 días mientras viajaba solo a Marte. [28] El EDM salió de la hibernación aproximadamente una hora y media antes de llegar a la atmósfera marciana. [28] Mientras tanto, después de la separación, el TGO ajustó su trayectoria para su inserción en la órbita de Marte y el 19 de octubre de 2016 realizó una quema de motor de cohete de 139 minutos para entrar en la órbita de Marte. [30] El mismo día, el módulo Schiaparelli llegó a Marte viajando a 21.000 km/h (13.000 mph; 5,8 km/s) y se dedicó a su tarea principal de entrada, descenso y aterrizaje. [35] Después de una entrada atmosférica exitosa, la velocidad del módulo se redujo del valor de entrada de 5,8 km/s a unos pocos cientos de m/s debido a la fuerza de arrastre proporcionada por la atmósfera de Marte . Durante esta fase del vuelo, se utilizó un escudo térmico para proteger la carga útil de la severa carga de calor. El paracaídas se activó mediante el software de a bordo cuando los acelerómetros detectaron un valor de aceleración no gravitacional dado de 9 m/s 2 , como se esperaba. Después de haber alcanzado el régimen subsónico por medio del paracaídas nominalmente inflado, el módulo Schiaparelli experimentó una anomalía que provocó que la carcasa posterior y el paracaídas se soltaran antes de lo esperado e impidieron que los retrocohetes ralentizaran el descenso. [29] La ubicación del aterrizaje forzoso, reconstruida utilizando datos del Mars Reconnaissance Orbiter , se identificó bastante cerca del lugar de aterrizaje esperado, a unos 6,4 km de distancia de él. [29] El TGO entró en la órbita de Marte y se sometió a varios meses de aerofrenado para ajustar su velocidad y órbita, y las actividades científicas comenzaron a fines de 2017. [35] El TGO continuará sirviendo como satélite de retransmisión para futuras misiones de aterrizaje en Marte hasta 2022. [36]
El lugar de aterrizaje elegido fue Meridiani Planum, una llanura marciana apreciada por los módulos de aterrizaje de Marte por su terreno plano y baja elevación que le da a la nave espacial tiempo y distancia para reducir la velocidad antes de llegar al suelo. [38] El EDM no puede evitar obstáculos durante su descenso, por lo que era importante elegir un área plana grande con un mínimo de obstáculos. [37] La elipse de aterrizaje tiene unos 100 km de largo por 15 km de ancho, centrada a 6° oeste y 2° sur en dirección este-oeste, con el borde oriental incluyendo el lugar de aterrizaje del rover Opportunity , y cerca del cráter Endeavour donde todavía estaba en funcionamiento cuando se lanzó el EDM y cuando intentó aterrizar. [39] El lugar de aterrizaje del rover Opportunity (MER-B) se llama Challenger Memorial Station . [40] También se pensó que el EDM tendría la oportunidad de llegar cuando Marte experimentara sus tormentas de polvo globales, y así obtener conocimiento sobre la atmósfera en estas condiciones menos comunes. [39] También se sabe que el sitio es científicamente interesante; El rover Opportunity descubrió un tipo de mineral de hierro que se forma en presencia de agua, por lo que se teoriza que hubo una cantidad significativa de agua allí en el pasado. [37]
El aterrizaje estaba previsto para realizarse en Meridiani Planum [3] durante la temporada de tormentas de polvo, lo que habría proporcionado la oportunidad de caracterizar una atmósfera cargada de polvo durante la entrada y el descenso, medir la carga de electricidad estática del polvo (normalmente producida por la transferencia de carga en el contacto entre partículas) y realizar mediciones de superficie asociadas con un entorno rico en polvo. [41]
Las tormentas de polvo globales han ocurrido al menos nueve veces desde 1924, incluyendo 1977, 1982, 1994, 2001 y 2007; las tormentas de polvo de 2007 casi terminaron con el funcionamiento de los rover de exploración de Marte estadounidenses Spirit y Opportunity , que funcionaban con energía solar . [42] Las tormentas de polvo globales oscurecieron Marte cuando el orbitador Mariner 9 llegó allí en 1971, y el polvo tardó varias semanas en asentarse y permitir una imagen clara de la superficie de Marte. [43] Se predijo que era probable que las tormentas de polvo globales de Marte ocurrieran en el otoño de 2016, pero no habían comenzado cuando el EDM intentó su aterrizaje. [42] Las tormentas de polvo globales golpearon en el verano de 2018, cortando la luz del rover Opportunity, que funcionaba con energía solar , que todavía estaba operando cerca del lugar de aterrizaje de Schiaparelli. [44]
El módulo de aterrizaje Schiaparelli se separó del orbitador TGO el 16 de octubre de 2016, tres días antes de su llegada a Marte, y entró en la atmósfera a 21 000 km/h (13 000 mph) el 19 de octubre de 2016 [35] (véase también Entrada atmosférica en Marte ). Cuando el módulo de aterrizaje se desconectó del orbitador, cambió a energía de batería interna y utilizó un modo de hibernación de bajo consumo mientras se desplazó por inercia durante tres días justo antes de entrar en la atmósfera marciana. [2] Schiaparelli salió de la hibernación varias horas antes de su entrada, a una velocidad de 21 000 km/h (13 000 mph) y una altitud de 122,5 km (76,1 mi) sobre la superficie de Marte. [2] El escudo térmico se utilizó durante la inmersión en la atmósfera para desacelerar el módulo de aterrizaje a 1.650 km/h (1.030 mph) en el momento en que alcanzó los 11 km (6,8 mi) de altitud. [46] Durante la entrada, la instrumentación COMARS+ del EDM funcionó para recopilar datos sobre cómo el calor y el aire fluyen alrededor de la cápsula de entrada. [47]
Después de ralentizar su entrada inicial a través de la atmósfera, el módulo desplegó un paracaídas y debía completar su aterrizaje en retrocohetes utilizando un sistema de guía, navegación y control de circuito cerrado basado en un sensor de altímetro de radar Doppler y unidades de medición inercial a bordo . A lo largo del descenso, varios sensores registraron una serie de parámetros atmosféricos y el rendimiento del módulo de aterrizaje. [48] El plan era que a 7 km (4,3 mi) de altitud se desecharía el escudo térmico delantero y se encendería el altímetro de radar, luego a 1,3 km (0,81 mi) de altitud sobre Marte se desecharían la cubierta térmica trasera y el paracaídas. [46]
Las etapas finales del aterrizaje se realizarían utilizando motores de combustible líquido de encendido por pulsos o retrocohetes . A unos dos metros sobre el suelo, los motores estaban diseñados para apagarse y dejar que la plataforma aterrizara sobre una estructura aplastable, diseñada para deformarse y absorber el impacto final. [3] [48] En el aterrizaje final estaba diseñado para soportar rocas de unos 31 cm (12 pulgadas) de altura, y se esperaba, pero no se garantizaba, que no se encontrarían rocas o cráteres de gran tamaño. [49] En el contacto final, el módulo de aterrizaje estaba diseñado para soportar pendientes de hasta 19 grados y rocas de hasta 38 cm (15 pulgadas) de altura. [50]
El rover Opportunity estaba operando en la región y los dos equipos trabajaron juntos para intentar obtener imágenes del EDM en su descenso, lo que, dependiendo de las condiciones, podría haber sido posible especialmente si el EDM "se hubiera alejado" en su elipse de aterrizaje. Sin embargo, las cámaras del rover no tenían visión del módulo de aterrizaje durante su descenso. [51] [52] Fue la primera vez que una sonda de superficie intentó obtener imágenes del aterrizaje de otro vehículo desde la superficie de Marte. [52] (Otras naves espaciales se han fotografiado entre sí, especialmente los orbitadores que observan los que están en tierra, y en 2005 la Mars Global Surveyor fotografió a Mars Express en órbita alrededor de Marte. [53] )
Resumen de EDL (según lo previsto): [54]
Se perdió el contacto con el módulo 50 segundos antes del aterrizaje previsto. El 21 de octubre de 2016, tras estudiar los datos, la ESA afirmó que era probable que las cosas salieran mal cuando el paracaídas se soltó antes de tiempo, los motores se encendieron y luego se apagaron después de un tiempo demasiado corto. [55]
El módulo de aterrizaje Schiaparelli intentó un aterrizaje automático el 19 de octubre de 2016, pero la señal se perdió inesperadamente poco tiempo antes de la hora de aterrizaje planificada. [8] [56] Mars Express de la ESA y Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) y MAVEN de la NASA continuaron escuchando la señal del módulo de aterrizaje sin éxito. [8]
Schiaparelli transmitió alrededor de 600 megabytes de telemetría durante su intento de aterrizaje, [57] y un análisis detallado encontró que su entrada atmosférica ocurrió normalmente, con el paracaídas desplegándose a 12 km (7,5 mi) y 1.730 km/h (1.070 mph), y su escudo térmico liberándose a 7,8 km (4,8 mi). Sin embargo, la unidad de medición inercial del módulo de aterrizaje , que mide la rotación, se saturó (no pudo tomar lecturas más altas) durante aproximadamente un segundo. Esta saturación, junto con los datos de la computadora de navegación, generó una lectura de altitud que fue negativa, o por debajo del nivel del suelo. Esto provocó la liberación prematura del paracaídas y la carcasa trasera. Los propulsores de frenado se activaron durante unos tres segundos en lugar de los 30 segundos esperados, seguido de la activación de los sistemas terrestres como si el vehículo ya hubiera aterrizado. En realidad, todavía estaba a una altitud de 3,7 km (2,3 mi). [58] [59] El módulo de aterrizaje continuó transmitiendo durante 19 segundos después de que los propulsores se apagaran; la pérdida de señal ocurrió 50 segundos antes de que se suponía que aterrizara. [60] Schiaparelli impactó la superficie marciana a 300 km/h (190 mph), cerca de la velocidad terminal. [61]
Un día después del intento de aterrizaje, la cámara de contexto del MRO de la NASA identificó nuevas marcas en el suelo debido al impacto del módulo de aterrizaje y al paracaídas. [63] El lugar del accidente está a unos 54 km (~33,5 millas) de donde se encontraba el rover activo de Marte de la NASA Opportunity en el momento del aterrizaje. [64] El 27 de octubre de 2016, la ESA publicó imágenes de alta resolución del lugar del accidente tomadas por la cámara HiRISE del MRO el 25 de octubre de 2016. [65] [66] Se identificaron el escudo térmico delantero, el lugar de impacto del módulo y el escudo térmico trasero y el paracaídas. [65] Se cree que el cráter tiene aproximadamente medio metro (yarda) de profundidad y puede ser posible estudiarlo más a fondo en un momento posterior. [65] En una nota relacionada, un cráter hecho artificialmente era en realidad el objetivo de la misión THOR propuesta bajo el programa Mars Scout que produjo Phoenix y MAVEN, el objetivo era la excavación subterránea. [67] Esa misión fue ignorada, pero otro orbitador pudo descubrir cráteres de impacto naturales y frescos, y se encontró hielo en ellos. [68]
Aunque el módulo de aterrizaje se estrelló, los funcionarios de la ESA declararon que Schiaparelli fue un éxito porque había cumplido su función principal de probar el sistema de aterrizaje para el módulo de aterrizaje Kazachok 2020, entonces planeado , y devolver datos de telemetría durante su descenso. [56] [70] Para el 20 de octubre, la mayor parte de los datos del descenso habían sido devueltos a la Tierra y estaban siendo analizados. [71] A diferencia del módulo de aterrizaje Beagle 2 , del que no se volvió a saber nada después de ser liberado de Mars Express en 2003, el módulo Exomars transmitió durante el descenso, por lo que los datos recopilados y transmitidos en el camino hacia abajo no se perdieron si la nave espacial se destruía en el impacto. [72]
Una investigación que concluyó en mayo de 2017 identificó cuatro "causas fundamentales del accidente [...]: Insuficiente gestión de la incertidumbre y la configuración en el modelado de la dinámica del paracaídas, lo que llevó a esperar una dinámica mucho menor que la observada en vuelo; Tiempo de persistencia inadecuado del indicador de saturación de la IMU [Unidad de medición inercial] y manejo inadecuado de la saturación de la IMU por parte del GNC [Guidance Navigation and Control]; Enfoque insuficiente para la detección, aislamiento y recuperación de fallas y robustez del diseño; Error en la gestión de subcontratistas y aceptación del hardware". [73]
La investigación de la junta de investigación reveló que en el momento en que el módulo de aterrizaje desplegó su paracaídas, comenzó a girar inesperadamente rápido. Esta rotación superrápida saturó brevemente el instrumento de medición de giro de Schiaparelli , lo que resultó en un gran error de estimación de actitud por parte del software del sistema de guía, navegación y control. Esto hizo que la computadora calculara que estaba por debajo del nivel del suelo, lo que provocó la liberación temprana del paracaídas y la carcasa posterior, un breve encendido de los propulsores durante solo 3 segundos en lugar de 30 segundos y la activación del sistema en tierra como si Schiaparelli hubiera aterrizado. [74] La investigación también determinó que "[l]a misión no se habría visto comprometida por el error de conocimiento de actitud inducido por la saturación de la IMU [Unidad de Medición Inercial], si el tiempo de persistencia se hubiera establecido en un valor menor". [73] : 19
Las imágenes del lugar del impacto del módulo sugirieron que un tanque de combustible pudo haber explotado en el impacto. [65] Se estima que el módulo impactó la superficie a unos 300 km/h (83 m/s; 190 mph). [75] Imágenes adicionales del lugar tomadas en noviembre confirmaron aún más la identidad de las partes de la nave espacial. [76] Las imágenes adicionales eran en color y se observó que el paracaídas estaba ligeramente desplazado. [76]
Al tomar más imágenes utilizando una técnica llamada reconstrucción de súper resolución (SRR), se puede mejorar la resolución, y esto se hizo para la sonda Beagle 2, que antes estaba perdida . [77] Otros dos beneficios de tener más imágenes es que es más fácil discernir entre el ruido de la imagen, como los rayos cósmicos y los objetos reales, y entre los puntos brillantes y los objetos de alto albedo frente a los reflejos especulares momentáneos. [61] Finalmente, con múltiples imágenes a lo largo del tiempo, se pueden observar movimientos y cambios, como el viento que sopla un paracaídas. [61]
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El objetivo principal de la misión era probar los sistemas de aterrizaje, incluyendo el paracaídas, el altímetro de radar Doppler, los propulsores de hidracina , etc. [79] El objetivo secundario de la misión era científico. El módulo de aterrizaje debía medir la velocidad y dirección del viento, la humedad, la presión y la temperatura de la superficie, y determinar la transparencia de la atmósfera. [41] La carga útil científica de la superficie se llamó DREAMS, y fue diseñada para obtener datos meteorológicos durante unos días después del aterrizaje, [80] así como para realizar las primeras mediciones de electricidad atmosférica en Marte. [6] [46]
Se incluyó una cámara de descenso (DECA) en la carga útil. [46] Las imágenes capturadas se transmitirían después del aterrizaje. [2] AMELIA, COMARS+ y DECA recopilaron datos durante la entrada, el descenso y el aterrizaje durante unos seis minutos. [3] Gran parte de estos datos se transmitieron mientras descendía. [81] Aunque la parte EDL estaba diseñada para durar literalmente unos pocos minutos, y las observaciones de la superficie como máximo unos pocos días, un instrumento, INRRI, era un retrorreflector láser pasivo que podría usarse durante el mayor tiempo posible, incluso décadas después, para la determinación de la distancia láser del módulo de aterrizaje. [82]
El INRRI se montó en la parte superior (cenital) del módulo de aterrizaje para permitir que la nave espacial que se encontraba sobre él pudiera apuntarlo. Su masa era de unos 25 gramos y fue aportado por la Agencia Espacial Italiana (ASI). El diseño utilizó un reflector de esquinas cúbicas para devolver la luz láser entrante. Los cubos están hechos de sílice fundida y están montados sobre una estructura de soporte de aluminio. [83] El INRRI también se montó en el módulo de aterrizaje InSight Mars. [84]
La carga útil científica del módulo de aterrizaje para la superficie fue el paquete meteorológico DREAMS (Dust Characterization, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface), que consiste en un conjunto de sensores para medir la velocidad y dirección del viento (MetWind), la humedad (MetHumi), la presión (MetBaro), la temperatura de la superficie (MarsTem), la transparencia de la atmósfera (Solar Irradiance Sensor – SIS) y la electrificación atmosférica (Atmospheric Relaxation and Electric-field Sensor – Micro-ARES). [80] [87] Las instituciones que contribuyeron a la carga útil científica DREAMS incluyen INAF y CISAS de Italia, LATMOS de Francia, ESTEC de los Países Bajos, FMI de Finlandia e INTA de España. [88]
La carga útil DREAMS estaba destinada a funcionar durante 2 a 8 días marcianos como una estación ambiental durante la duración de la misión en la superficie después del aterrizaje. [3] [48] La llegada planificada del módulo de aterrizaje se hizo coincidir con la temporada global de tormentas de polvo de Marte y recopilar datos sobre una atmósfera marciana cargada de polvo. [41] Se esperaba que DREAMS proporcionara nuevos conocimientos sobre el papel de las fuerzas eléctricas en el levantamiento de polvo, el mecanismo que inicia las tormentas de polvo. Además, el sensor MetHumi estaba destinado a complementar las mediciones de MicroARES con datos críticos sobre la humedad, para permitir a los científicos comprender mejor el proceso de electrificación del polvo. [87]
La electricidad atmosférica en Marte aún no se ha medido, y su posible papel en las tormentas de polvo y la química atmosférica sigue siendo desconocido. [89] Se ha especulado que la electricidad atmosférica puede haber jugado un papel en los resultados no concluyentes de los experimentos de vida del módulo de aterrizaje Viking , que fueron positivos para metabolizar la vida microbiana, pero el espectrómetro de masas no detectó compuestos orgánicos. [86] Las dos posibles explicaciones favorecidas son las reacciones con peróxido de hidrógeno u ozono creados por la luz ultravioleta o los procesos eléctricos atmosféricos durante las tormentas de polvo. [86]
DREAMS-P era un sensor de presión y DREAMS-H era para humedad; los sensores alimentan una única placa de circuito de manejo de datos. [90]
Además de la carga útil en la superficie, durante el descenso funcionó una cámara llamada DECA (Descent Camera) en el módulo de aterrizaje. Su objetivo era proporcionar información contextual adicional y datos de ubicación exacta en forma de imágenes. [91] DECA es un re-vuelo de la cámara de monitoreo visual (VMC) de la misión Planck y Herschel . [92]
Otro experimento de superficie que se centró en el polvo fue el Experimento de Adherencia de Materiales en el módulo de aterrizaje Mars Pathfinder , unos veinte años antes de ExoMars.
La cámara de descenso (DECA) tenía como objetivo capturar unas 15 vistas hacia abajo a medida que se acercaba a la superficie de Marte. [92] Debía comenzar a adquirir imágenes después de que se expulsara el escudo térmico inferior. [93] Esta cámara tenía un campo de visión de 60 grados para capturar imágenes en escala de grises , para respaldar el conocimiento técnico del descenso. [92] DECA era un repuesto de vuelo de la cámara de monitoreo visual del Observatorio Espacial Herschel y la misión Plank que se lanzaron juntos. Las dimensiones de la cámara son 9 cm (3,5 pulgadas) cuadrados, con una masa de 0,6 kg (1,3 libras). [1] Los datos de la cámara de descenso DECA se almacenaron durante el descenso y no estaban destinados a ser retransmitidos a la Tierra hasta después del aterrizaje, [2] por lo que estas imágenes se perdieron en el accidente. El propósito de este retraso en la transferencia fue proteger la nave espacial y los datos de las descargas electrostáticas. [93] DECA fue diseñado y construido en Bélgica por Optique et Instruments de Précision (OIP). [2]
Los principales objetivos de DECA incluían: [2]
Debido a que el módulo de aterrizaje demostrador Schiarapelli transmitió durante su descenso, se recibió con éxito una gran cantidad de telemetría. [81] Se transmitieron a la Tierra alrededor de 600 megabytes [57] de datos, que representan aproximadamente el 80% de la telemetría, y se utilizaron para investigar los modos de falla de la tecnología de aterrizaje empleada. [70] [94] [95]
Nota sobre las masas: en la superficie de Marte la gravedad es menor que en la Tierra, por lo que el peso es el 37% del peso de la Tierra. [96]
En un momento dado, Roscosmos se ofreció a contribuir con una fuente de energía de generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) de 100 vatios para el módulo de aterrizaje EDM para permitirle monitorear el entorno de la superficie local durante un año marciano completo, [100] [101] pero debido a los complejos procedimientos de control de exportaciones rusos, más tarde optó por el uso de una batería eléctrica no recargable con suficiente energía para 2 a 8 soles . [1] [102] También se consideraron los paneles solares cuando se estaba considerando una misión más larga (1 a 2 meses) respaldada por un módulo de aterrizaje más pesado y complejo. [103] En la década de 2010, el enfoque estaba en la ejecución de una demostración de tecnología de corta duración (unos pocos días de tiempo en la superficie), con énfasis en los sistemas de aterrizaje. [104]
La particularidad de Schiaparelli es que solo lleva baterías no recargables, por lo que su vida activa se limitará a unos pocos días marcianos, ya que su objetivo principal es demostrar las tecnologías de entrada, descenso y aterrizaje.
ESA, 2016 [45]
Schiaparelli tenía una radio UHF para comunicarse con los orbitadores de Marte. [99] El módulo de aterrizaje tenía dos antenas, una en la carcasa trasera y otra en el módulo de aterrizaje. [99] Cuando se expulsa la carcasa trasera, puede transmitir desde la antena espiral en el cuerpo del módulo de aterrizaje. [99] El momento en que un orbitador puede comunicarse con el módulo de aterrizaje depende de dónde se encuentra en su órbita, y no todos los orbitadores pueden grabar o hablar con el módulo de aterrizaje porque el globo de Marte bloquea la línea de visión hacia el módulo de aterrizaje. [99] El TGO de ExoMars también podría comunicarse con él utilizando el sistema UHF. [99] El EDM "despertó" de la hibernación unos 90 minutos antes del aterrizaje, y transmitió continuamente durante 15 minutos antes del aterrizaje. [99]
Durante su aterrizaje, la señal EDM fue monitoreada en Marte por el orbitador Mars Express , y de forma remota por el Radiotelescopio Gigante Metrewave en Pune, India. [99] Mars Express también se comunica con otros módulos de aterrizaje y exploradores utilizando su sistema de comunicación Melacom. [99] El Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) sobrevoló el aterrizaje dos horas después del aterrizaje, y estaba disponible para verificar las señales de Schiaparelli . [99] El TGO de ExoMars también pudo comunicarse con él utilizando el sistema UHF. [99]
El sistema de comunicación estándar en Marte es la radio Electra , en uso desde la llegada del Mars Reconnaissance Orbiter en 2006. Antes de esto, varios orbitadores usaban un sistema de retransmisión UHF de primera generación, incluidos Mars Global Surveyor , Mars Odyssey y Mars Express . [99] El uso de orbitadores para retransmitir datos de los módulos de aterrizaje y los exploradores de Marte se destaca por su eficiencia energética. [105]
El 19 de octubre de 2016, una transmisión de radio tardó 9 minutos y 47 segundos en viajar aproximadamente a la velocidad de la luz desde Marte a la Tierra. [106] Por lo tanto, aunque el conjunto de radio en Pune escuchó en "tiempo real", la secuencia EDL completa, que tardaría unos 6 minutos, ya había ocurrido incluso cuando se estaba grabando su entrada en la atmósfera. [106] Hay una pequeña variación porque la velocidad de la luz se reduce por el aire de Marte y la Tierra (ver índice de refracción ), y otro factor es la dilatación del tiempo , porque la sonda existía a una velocidad significativamente diferente y en un campo gravitatorio diferente al de la estación de radio en la Tierra (aunque relativamente pequeño). [107] [108] [109]
El módulo de aterrizaje Schiaparelli tiene dos computadoras principales, una se llama Unidad Central de Terminal y Energía (CTPU) y está alojada en una caja caliente en la parte superior, y la otra computadora se llama Unidad Remota de Terminal y Energía (RTPU) [110] y está en la parte inferior del módulo de aterrizaje. [111] En general, la CTPU maneja las operaciones de superficie y la RTPU maneja la entrada y el descenso, y en realidad se destruye en el aterrizaje final con la superficie porque está en la parte inferior. [111] Cuando el Orbitador de Gas Traza y el Módulo Demostrador de Entrada están conectados, la RTPU maneja la interfaz y envía energía desde el orbitador al módulo. [111] Cuando se desconecta del orbitador, entonces debe funcionar con sus baterías internas. [111] La CTPU utiliza un procesador central LEON basado en la arquitectura de procesador SPARC basada en RISC de Sun Microsystems , y también tiene RAM, PROM y un temporizador. [111] La CTPU también maneja los datos enviados al sistema de comunicación por radio UHF. [111] Cuando el módulo de aterrizaje se desconecta del orbitador, pasa la mayor parte del tiempo en un modo de hibernación de bajo consumo mientras se desplaza por el espacio antes de entrar en la atmósfera marciana. [2] El módulo de aterrizaje debe desplazarse por el espacio por sí solo durante unos 3 días antes de aterrizar, mientras que el orbitador tiene que realizar una inserción en la órbita de Marte. [2] Los datos de la cámara de descenso DECA no se descargan a la computadora para su retransmisión a la Tierra hasta después del aterrizaje, y no se transmiten durante el descenso. [2]
Se desplegó un paracaídas de banda prohibida en forma de disco mediante un mortero pirotécnico. [97] Se probó a escala real en el túnel de viento más grande del mundo como parte de su desarrollo. [97] Se probó un paracaídas de escala inferior en la atmósfera de la Tierra en 2011; se ascendió en globo a 24,5 kilómetros de altitud y luego se soltó, y los sistemas de despliegue pirotécnico se probaron después de un período de caída libre. [112] El 19 de octubre de 2016, el paracaídas se desplegó con éxito en Marte. [65]
En el verano de 2019, durante las pruebas se produjeron problemas con el paracaídas del siguiente tramo del proyecto, a pesar de la prueba de la tecnología EDM; los problemas con el sistema de paracaídas pueden retrasar esa fase. [113]
El módulo Schiaparelli tiene tres juegos de tres propulsores, nueve en total, que comienzan a funcionar a aproximadamente 1 km (media milla) de altura en modo de pulso, reduciendo la velocidad de la nave espacial de 70 a 4 m/s (252 a 14 km/h). [114] Cada uno de los nueve motores es un motor de cohete CHT-400 que puede producir 400 Newtons de empuje. [114] Estos motores de cohete están alimentados por tres tanques esféricos de 17,5 litros que contienen propulsor de hidracina. [114] [115] Los tanques contienen alrededor de 15-16 kilogramos de hidracina (aproximadamente 34 libras, 2,4 piedras) de combustible por tanque, o 46 kg en total (101 libras o 7,24 piedras). [114] [115] El propulsor se presuriza con helio, contenido en un único tanque que contiene 15,6 litros a una presión de 170 bar (2465 psi). [115] Los propulsores se apagan a 1-2 metros/yardas de la superficie, después de lo cual la zona de deformación debajo del módulo de aterrizaje se encarga de la parada final. [114] Los datos de un temporizador, un radar Doppler y una unidad de medición inercial se fusionan en las computadoras del módulo de aterrizaje para controlar el funcionamiento de los propulsores. [114]
Un posible momento de "cierre" para la próxima misión ExoMars fue la reunión ministerial de la ESA en diciembre de 2016, que consideró ciertas cuestiones, incluidos los 300 millones de euros de financiación de ExoMars y las lecciones aprendidas de las misiones ExoMars 2016 hasta el momento. [116] Una preocupación fue el accidente de Schiaparelli , ya que este sistema de aterrizaje se está utilizando para la misión ExoMars 2020 que consiste en el rover Rosalind Franklin entregado por el módulo de aterrizaje instrumentado Kazachok 2020. [116]
El equipo de ExoMars ha sido elogiado por "poner buena cara" ante lo sucedido y ser positivo acerca del retorno muy creíble del EDM sobre su misión principal: datos sobre la entrada, el descenso y el aterrizaje, a pesar del accidente. [117]
Otro aspecto positivo fue el desarrollo del módulo demostrador como parte del gran plan general para ExoMars, lo que significó que las tecnologías de aterrizaje se sometieron a una prueba en el mundo real antes de transportar una carga más valiosa. [118]
En la reunión ministerial de la ESA de diciembre de 2016 se presentó un informe preliminar sobre el mal funcionamiento. [119] En diciembre se conoció el resultado: ExoMars seguiría recibiendo apoyo financiero de la ESA. [120] Se autorizaron 436 millones de euros (464 millones de dólares) para finalizar la misión. [120] [121]
Después de los muchos momentos desafiantes, difíciles y gratificantes de 2016, este es un gran alivio y un buen resultado para la exploración espacial europea.
— Director del proyecto ExoMars de la ESA [120]
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