Mars Cube One (o MarCO ) fue una misión de sobrevuelo de Marte lanzada el 5 de mayo de 2018 junto con el módulo de aterrizaje InSight Mars de la NASA . [5] Consistía en dos nanonaves espaciales, MarCO-A y MarCO-B , que proporcionaron comunicaciones en tiempo real a la Tierra para InSight durante su entrada, descenso y aterrizaje (EDL) el 26 de noviembre de 2018, cuando InSight estaba fuera de la línea de visión de la Tierra. [6] Ambas naves espaciales eran CubeSats 6U diseñados para probar tecnologías de navegación y comunicaciones miniaturizadas. Estos fueron los primeros CubeSats en operar más allá de la órbita terrestre y, además de las telecomunicaciones, también probaron la resistencia de los CubeSats en el espacio profundo. El 5 de febrero de 2019, la NASA informó que ambos CubeSats habían quedado en silencio el 5 de enero de 2019 y es poco probable que se vuelva a saber de ellos. [3] En agosto de 2019, los CubeSats fueron honrados por su papel en el aterrizaje exitoso del módulo de aterrizaje InSight en Marte. [7]
El módulo de aterrizaje InSight retransmitió sus datos de telemetría durante el aterrizaje, lo que demostró el nuevo sistema de retransmisión y la tecnología para su uso futuro en misiones a otros cuerpos del Sistema Solar. Esto proporcionó una alternativa a los orbitadores para la retransmisión de información y alcanzó un umbral de desarrollo tecnológico.
Después de que los satélites MarCO se silenciaran en enero de 2019, existía la posibilidad de que las comunicaciones con los satélites pudieran restablecerse en la segunda mitad de 2019, a medida que los satélites se desplazaran a una ubicación más favorable en el espacio. La NASA lanzó una campaña para establecer comunicación con los satélites en septiembre de 2019. Los intentos de comunicación no tuvieron éxito y el 2 de febrero de 2020 la NASA anunció que la misión Mars Cube One finalizaba formalmente. [8]
Mars Cube One es la primera nave espacial construida con la forma de CubeSat para operar más allá de la órbita terrestre en una misión al espacio profundo. Los CubeSats están hechos de pequeños componentes que son deseables por múltiples razones, incluido el bajo costo de construcción, [9] desarrollo rápido, sistemas simples y facilidad de despliegue en la órbita terrestre baja . Se han utilizado para muchos fines de investigación, incluidos: esfuerzos biológicos, misiones de mapeo, etc. La tecnología CubeSat fue desarrollada por la Universidad Politécnica Estatal de California y la Universidad de Stanford , con el propósito de proyectos rápidos y fáciles que permitieran a los estudiantes hacer uso de la tecnología. A menudo se empaquetan como parte de la carga útil para una misión más grande, lo que los hace aún más rentables. [10]
Las dos naves espaciales Mars Cube One son idénticas y se denominan oficialmente MarCO-A y MarCO-B y fueron lanzadas juntas por redundancia; fueron apodadas por los ingenieros del JPL como WALL-E y EVE en referencia a los personajes principales de la película animada WALL-E . [11] [12] El costo de la misión MarCO fue de 18,5 millones de dólares. [13]
Los ingenieros de MarCO del JPL consideran el sobrevuelo de Marte como una demostración de tecnología que podría conducir a muchas más misiones de satélites pequeños, de bajo costo y con objetivos específicos fuera de la órbita de la Tierra. [14] Mientras sigue de cerca el desempeño de la misión MarCO, la NASA ha propuesto gastar más dinero en CubeSats como complemento a proyectos multimillonarios que a veces enfrentan años de retraso. [15]
El lanzamiento de Mars Cube One fue gestionado por el Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA . El lanzamiento estaba previsto para el 4 de marzo de 2016 en un Atlas V 401, [16] pero la misión se pospuso al 5 de mayo de 2018 después de un importante fallo de prueba de un instrumento científico InSight . [17] El cohete Atlas V lanzó la nave espacial junto con InSight , luego los dos MarCO se separaron poco después del lanzamiento para volar su propia trayectoria a Marte [18] con el fin de probar la resistencia y la navegación de los CubeSats en el espacio profundo. [19] [20]
Durante la fase de crucero, las dos naves espaciales se mantuvieron a unos 10.000 km (6.200 mi) de distancia de InSight por cada flanco por seguridad, y la distancia se redujo a medida que las tres naves espaciales se acercaban a Marte. [13] La distancia de vuelo más cercana a Marte fue de 3.500 km (2.200 mi). [4]
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La misión principal de MarCO es probar nuevas tecnologías de comunicación y navegación miniaturizadas. Pudieron proporcionar retransmisión de comunicaciones en tiempo real mientras el módulo de aterrizaje InSight se encontraba en la fase de entrada, descenso y aterrizaje (EDL). [22]
Las naves espaciales MarCO fueron lanzadas en pareja (llamadas WALL-E y EVE por los personajes de la película ) para redundancia, y volaron a ambos lados de InSight . Si bien hay una gran cantidad de CubeSats alrededor de la Tierra, Mars Cube One es la primera misión CubeSat que va más allá de la órbita terrestre. Esto permitió la recopilación de datos únicos fuera de la atmósfera y la órbita de la Tierra. Además de servir como relés de comunicaciones, también probaron la resistencia de los componentes CubeSat y las capacidades de navegación en el espacio profundo. En lugar de esperar varias horas para que la información se transmita de regreso a la Tierra directamente desde el módulo de aterrizaje InSight , MarCO transmitió datos críticos para EDL inmediatamente (sujeto solo al tiempo de transmisión de 8 minutos Marte-Tierra) después de completar el aterrizaje. [23] [22] [24] La información enviada a la Tierra incluía una imagen de InSight de la superficie marciana justo después de que el módulo de aterrizaje tocara tierra. [25] [26]
Sin los CubeSats MarCO, InSight retransmitiría la información del vuelo al Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), que no transmite información tan rápidamente. Al ver la dificultad ya existente para comunicarse con el control terrestre durante situaciones especialmente riesgosas, varios equipos se propusieron revisar la forma en que se retransmiten los datos a la Tierra. Las misiones anteriores enviaban los datos directamente a la Tierra después del aterrizaje, o a los orbitadores cercanos, que luego retransmitirían la información. [22] Es posible que las misiones futuras ya no opten por depender de estos métodos, ya que los CubeSats pueden mejorar la retransmisión de datos en tiempo real, así como reducir el coste total de la misión. [18]
El diseño incluye dos CubeSats con relés de comunicación, construidos por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que tienen la especificación 6U (10×20×30 cm). Un factor limitante para el desarrollo de CubeSats es que todos los componentes necesarios deben caber dentro del marco del satélite. Debe contener la antena, la aviónica para controlar el satélite, un sistema de propulsión, energía y carga útil. [22]
A bordo de los dos CubeSats hay una antena de frecuencia ultra alta ( UHF ) con polarización circular . La información EDL de InSight se transmitió a través de la banda UHF a 8 kbit/s a los CubeSats, y se retransmitió simultáneamente a una frecuencia de banda X a 8 kbit/s a la Tierra. [22] MarCO utilizó un panel solar desplegable para obtener energía, pero debido a las limitaciones en la eficiencia del panel solar, la energía para la frecuencia de banda X solo puede ser de unos 5 vatios.
Para que los CubeSats transmitan información, necesitan una antena de alta ganancia (HGA) que sea confiable, cumpla con las especificaciones de masa, tenga baja complejidad y sea asequible de construir. Una antena de alta ganancia ( antena direccional ) es una que tiene un ancho de haz de ondas de radio estrecho y enfocado . Se evaluaron tres tipos posibles: una antena de parche de microbanda estándar , un reflectarray y un reflector de malla. Con el tamaño pequeño y plano requerido para los CubeSats, el tipo de antena reflectarray cumplió con todas las necesidades de la misión. Los componentes de la HGA reflectarray son tres paneles plegados, una bisagra de raíz que conecta las alas al cuerpo del CubeSat, cuatro bisagras de ala y un mecanismo de liberación de cable quemado. Los paneles de la antena deben poder soportar cambios de temperatura durante la misión, así como vibraciones durante el despliegue. [22] MarCO transmitió datos críticos para EDL inmediatamente después del aterrizaje. [23] [25] Estas señales llegaron a la Tierra ocho minutos después.
El sistema de propulsión cuenta con ocho propulsores de gas frío que controlan la trayectoria y un sistema de control de reacción para ajustar su actitud (orientación 3D). [27] En el camino hacia el destino correcto de la transmisión, el sistema de propulsión realizó cinco pequeñas correcciones para garantizar que las dos pequeñas naves espaciales estuvieran en la trayectoria correcta. [28] Pequeños cambios en la trayectoria al principio del despliegue de la misión no solo ahorraron combustible, sino también el espacio que cualquier combustible adicional habría ocupado, conservando así el volumen para otros componentes importantes dentro de la nave espacial. MarCO-B (WALL-E) había estado perdiendo gas propulsor casi desde el despegue, pero las primeras evaluaciones indicaron que tenía suficiente para completar su misión. [13]
Una vez completada su misión principal, las pequeñas naves espaciales continuarán en sus órbitas elípticas alrededor del Sol. Los ingenieros esperaban que siguieran funcionando durante un par de semanas después de pasar la órbita de Marte, dependiendo de cuánto duren su combustible y sus componentes electrónicos. [13]
Cada MarCO lleva una radio del tamaño de una pelota de béisbol que se utiliza para comunicarse con la Tierra mediante la banda X, para recibir datos de InSight mediante UHF y para recopilar mediciones de seguimiento para la navegación. Su sistema de control de actitud está equipado con un rastreador de estrellas que se utiliza para determinar la actitud de la nave espacial. [1] [29] Además, cada MarCO lleva una cámara gran angular en miniatura que se utiliza para verificar los despliegues y capturar imágenes de alcance. [30] [1]
La misión Artemis 1 a la Luna llevaba 10 CubeSats como carga útil secundaria. Cada CubeSat fue desarrollado por un equipo diferente con diferentes objetivos. [31] En otra misión, el CubeSat LICIA fue transportado por la sonda de prueba de redirección de doble asteroide , que se lanzó en noviembre de 2021. LICIA ayudó a DART monitoreando su impacto con un asteroide. [32]
Las dos naves espaciales más pequeñas y baratas que han cruzado jamás un planeta se acercan rápidamente a Marte, a la vanguardia de lo que los diseñadores de satélites estadounidenses y europeos esperan que algún día sean enjambres de pequeñas sondas que merodeen por el sistema solar.
"El aspecto más importante de MarCO es que se trata de una auténtica demostración de tecnología y de un proyecto de alto riesgo, muy en línea con el espíritu de la NASA", afirma [el ingeniero jefe de MarCO, Andy] Klesh. "Consideramos a MarCO sólo como el primero de una larga lista de pequeños satélites exploradores..."
