Hayabusa2 ( en japonés :はやぶさ2 , lit. ' Halcón peregrino 2 ' ) es una misión de retorno de muestras de asteroides operada por la agencia espacial estatal japonesa JAXA . Es la sucesora de la misión Hayabusa , que trajo muestras de asteroides por primera vez en junio de 2010. [10] Hayabusa2 se lanzó el 3 de diciembre de 2014 y se encontró en el espacio conel asteroide cercano a la Tierra 162173 Ryugu el 27 de junio de 2018. [11] Inspeccionó el asteroide durante un año y medio y tomó muestras. Dejó el asteroide en noviembre de 2019 y trajo las muestras a la Tierra el 5 de diciembre de 2020 UTC . [8] [12] [13] Su misión ahora se ha extendido hasta al menos 2031, cuando se encontrará con el pequeño asteroide de rápida rotación 1998 KY 26 .
Hayabusa2 transporta múltiples cargas científicas útiles para detección y muestreo remoto, y cuatro pequeños exploradores para investigar la superficie del asteroide y analizar el contexto ambiental y geológico de las muestras recolectadas.
El asteroide 162173 Ryugu (anteriormente designado 1999 JU 3 ) es un asteroide carbonoso primitivo cercano a la Tierra . Se cree que los asteroides carbonosos preservan los materiales más prístinos e incontaminados del Sistema Solar , una mezcla de minerales, hielo y compuestos orgánicos que interactúan entre sí. [14] Se espera que su estudio proporcione conocimientos adicionales sobre el origen y la evolución de los planetas interiores y, en particular, el origen del agua y los compuestos orgánicos en la Tierra , [14] [15] todos ellos relevantes para el origen de la vida en la Tierra. [16]
Inicialmente, el lanzamiento estaba previsto para el 30 de noviembre de 2014, [17] [18] [19] pero se retrasó al 3 de diciembre de 2014 a las 04:22:04 UTC (3 de diciembre de 2014, 13:22:04 hora local) en un vehículo de lanzamiento H-IIA . [20] Hayabusa2 se lanzó junto con la sonda espacial PROCYON para sobrevolar el asteroide. La misión de PROCYON fue un fracaso. Hayabusa2 llegó a Ryugu el 27 de junio de 2018, [11] donde examinó el asteroide durante un año y medio y recolectó muestras. [14] Partió del asteroide en noviembre de 2019 y regresó con las muestras a la Tierra en diciembre de 2020. [19]
En comparación con la misión Hayabusa anterior , la nave espacial cuenta con motores de iones mejorados , tecnología de guía y navegación, antenas y sistemas de control de actitud . [21] Se disparó un penetrador cinético (una carga explosiva en forma de U) a la superficie del asteroide para exponer material de muestra prístino que luego se recolectó para regresar a la Tierra. [15] [19]
Tras el éxito inicial de Hayabusa , la JAXA comenzó a estudiar una posible misión sucesora en 2007. [22] En julio de 2009, Makoto Yoshikawa de la JAXA presentó una propuesta titulada "Misiones de retorno de muestras de asteroides de seguimiento de Hayabusa". En agosto de 2010, la JAXA obtuvo la aprobación del gobierno japonés para comenzar el desarrollo de Hayabusa2 . El costo del proyecto estimado en 2010 fue de 16.4 mil millones de yenes ( 149 millones de dólares estadounidenses ). [10] [23]
Hayabusa2 se lanzó el 3 de diciembre de 2014, llegó al asteroide Ryugu el 27 de junio de 2018 y permaneció estacionario a una distancia de unos 20 km (12 mi) para estudiar y cartografiar el asteroide. En la semana del 16 de julio de 2018, se enviaron comandos para moverse a una altitud de vuelo estacionario más baja. [24]
El 21 de septiembre de 2018, la sonda Hayabusa2 expulsó los dos primeros exploradores, Rover-1A (HIBOU) [25] y Rover-1B (OWL), desde una altitud de aproximadamente 55 m (180 pies) que cayeron de forma independiente a la superficie del asteroide. [26] [27] Funcionaron nominalmente y transmitieron datos. [28] El explorador MASCOT se desplegó con éxito el 3 de octubre de 2018 y operó durante aproximadamente 16 horas como estaba previsto. [29]
La primera recolección de muestras estaba prevista para finales de octubre de 2018, pero los exploradores se encontraron con un paisaje con rocas grandes y pequeñas, pero sin suelo superficial para tomar muestras. Por lo tanto, se decidió posponer los planes de recolección de muestras hasta 2019 y evaluar más a fondo varias opciones para el aterrizaje. [30] [31] La primera recuperación de muestras de la superficie tuvo lugar el 21 de febrero de 2019. El 5 de abril de 2019, Hayabusa2 liberó un impactador para crear un cráter artificial en la superficie del asteroide. Sin embargo, el 14 de mayo de 2019, Hayabusa2 no logró dejar caer en la superficie los marcadores reflectantes especiales necesarios para guiar el descenso y los procesos de muestreo, [32] pero más tarde dejó caer con éxito uno desde una altitud de 9 m (30 pies) el 4 de junio de 2019. [33] El muestreo subterráneo tuvo lugar el 11 de julio de 2019. [34] La nave espacial partió del asteroide el 13 de noviembre de 2019 (con el comando de salida enviado a las 01:05 UTC del 13 de noviembre de 2019). Entregó con éxito las muestras de regreso a la Tierra el 6 de diciembre de 2020 ( JST ), dejando caer el contenido en paracaídas en un contenedor especial en un lugar en el sur de Australia . Las muestras se recuperaron el mismo día para su transporte seguro de regreso a los laboratorios de JAXA en Japón. [8] [35] [36]
El diseño de Hayabusa2 se basa en la primera nave espacial Hayabusa , con algunas mejoras. [14] [39] Tiene una masa de 600 kilogramos (1.300 lb) incluido el combustible, [39] y la energía eléctrica es generada por dos conjuntos de paneles solares con una salida de 2,6 kW a 1 AU y 1,4 kW a 1,4 AU. [39] La energía se almacena en once baterías de iones de litio de 13,2 Ah montadas en línea . [39]
La nave espacial cuenta con cuatro propulsores de iones solares-eléctricos para propulsión llamados μ10, [37] uno de los cuales es de respaldo. Estos motores utilizan microondas para convertir el xenón en plasma ( iones ), que son acelerados por un voltaje aplicado por los paneles solares y expulsados por la parte trasera del motor. El funcionamiento simultáneo de tres motores genera empujes de hasta 28 mN. [39] Aunque este empuje es muy pequeño, los motores también son extremadamente eficientes; los 66 kg (146 lb) de masa de reacción de xenón [37] pueden cambiar la velocidad de la nave espacial hasta en 2 km/s. [39]
La nave espacial tiene cuatro ruedas de reacción redundantes y un sistema de control de reacción química con doce propulsores para el control de actitud (orientación) y control orbital en el asteroide. [37] [39] Los propulsores químicos utilizan hidracina y MON-3 , con una masa total de 48 kg (106 lb) de propulsor químico. [39]
El contratista principal, NEC, construyó la nave espacial de 590 kg (1300 lb), su sistema de comunicaciones en banda Ka y una cámara de infrarrojo medio . [21] La nave espacial tiene dos antenas direccionales de alta ganancia para banda X y banda Ka . [37] Las velocidades de bits son de 8 bit/s a 32 kbit/s. [39] Las estaciones terrestres son el Centro de Espacio Profundo Usuda , el Centro Espacial Uchinoura , la Red de Espacio Profundo de la NASA y la Estación Malargüe ( ESA ). [39]
El telescopio de cámara de navegación óptica (ONC-T) es una cámara de encuadre telescópico con siete colores para navegar ópticamente la nave espacial. [40] Funciona en sinergia con la cámara de navegación óptica de campo amplio (ONC-W2) y con dos rastreadores de estrellas . [39]
Para descender a la superficie del asteroide para realizar el muestreo, la nave espacial lanzó uno de los cinco marcadores de destino en las zonas de aterrizaje seleccionadas como marcas guía artificiales, con un material exterior altamente reflectante que es reconocido por una luz estroboscópica montada en la nave espacial. [39] La nave espacial también utilizó su altímetro láser y su medición de distancia ( LIDAR ), así como sensores de navegación del punto de control terrestre (GCP-NAV) durante el muestreo. [39]
La nave espacial Hayabusa2 fue la primera en desplegar exploradores operativos en un asteroide.
La carga útil Hayabusa2 está equipada con múltiples instrumentos científicos: [39] [41]
Las cámaras de navegación óptica (ONC) se utilizaron para la navegación de la nave espacial durante las operaciones de aproximación y proximidad al asteroide. También tomaron imágenes remotas de la superficie para buscar polvo interplanetario alrededor del asteroide. La ONC-T es una cámara de telefoto con un campo de visión de 6,35° × 6,35° y varios filtros ópticos transportados en un carrusel. La ONC-W1 y la ONC-W2 son cámaras pancromáticas (485–655 nm) de gran angular (65,24° × 65,24°) con vistas nadir y oblicuas, respectivamente. [39]
El espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRS3) es un espectrógrafo que opera a una longitud de onda de 1,8 a 3,2 μm. El NIRS3 se utilizó para analizar la composición mineral de la superficie. [39]
El sensor de imágenes por infrarrojos térmicos (TIR) es una cámara infrarroja térmica que funciona a 8–12 μm y utiliza un conjunto de microbolómetros bidimensionales . Su resolución espacial es de 20 m a una distancia de 20 km o de 5 cm a una distancia de 50 m (70 pies a 12 millas o 2 pulgadas a 160 pies). Se utilizó para determinar temperaturas de superficie en el rango de −40 a 150 °C (−40 a 302 °F). [39]
El instrumento de detección y medición de distancias por luz ( LIDAR ) midió la distancia desde la nave espacial hasta la superficie del asteroide midiendo la luz láser reflejada. Funcionó en un rango de altitud de entre 30 m y 25 km (100 pies y 16 millas). [39]
Cuando la nave espacial estaba a menos de 30 m (98 pies) de la superficie durante la operación de muestreo, se utilizaron los telémetros láser (LRF-S1, LRF-S3) para medir la distancia y la actitud (orientación) de la nave espacial en relación con el terreno. [42] [43] El LRF-S2 monitoreó la bocina de muestreo para activar el proyectil de muestreo.
Se están combinando los datos LIDAR y ONC para determinar la topografía detallada (dimensiones y forma) del asteroide. El seguimiento de una señal de radio desde la Tierra permitió medir el campo gravitacional del asteroide . [39]
Hayabusa2 transportaba cuatro pequeños rovers para explorar la superficie del asteroide in situ , [44] y proporcionar información de contexto para las muestras devueltas. Debido a la gravedad mínima del asteroide, los cuatro rovers fueron diseñados para moverse mediante saltos cortos en lugar de usar ruedas normales. Se desplegaron en diferentes fechas desde aproximadamente 60 m (200 pies) de altitud y cayeron libremente a la superficie bajo la débil gravedad del asteroide. [45] Los dos primeros rovers, llamados HIBOU (anteriormente Rover-1A) y OWL (anteriormente Rover-1B), aterrizaron en el asteroide Ryugu el 21 de septiembre de 2018. [28] El tercer rover, llamado MASCOT, se desplegó el 3 de octubre de 2018. Su misión fue exitosa. [46] El cuarto rover, conocido como Rover-2 o MINERVA-II-2 , falló antes de ser liberado del orbitador. Fue liberado el 2 de octubre de 2019 para orbitar el asteroide y realizar mediciones gravitacionales antes de que se le permitiera impactar el asteroide unos días después.
MINERVA-II es el sucesor del módulo de aterrizaje MINERVA que transportaba Hayabusa . Está formado por dos contenedores con tres exploradores.
MINERVA-II-1 es un contenedor que desplegó dos rovers, Rover-1A ( HIBOU ) y Rover-1B ( OWL ), el 21 de septiembre de 2018. [47] [48] Fue desarrollado por JAXA y la Universidad de Aizu . Los rovers son idénticos y tienen forma cilíndrica, 18 cm (7,1 pulgadas) de diámetro y 7 cm (2,8 pulgadas) de alto, y una masa de 1,1 kg (2,4 libras) cada uno. [39] [49] Se mueven saltando en el campo gravitacional bajo, utilizando un torque generado por masas giratorias dentro de los rovers. [50] Su carga útil científica es una cámara estéreo , una cámara gran angular y termómetros . Las células solares y los condensadores de doble capa proporcionan la energía eléctrica. [2] [51] Los rovers MINERVA-II-1 se desplegaron con éxito el 21 de septiembre de 2018. Ambos rovers se desempeñaron con éxito en la superficie del asteroide, enviando imágenes y videos desde la superficie. El Rover-1A operó durante 113 días de asteroide (36 días terrestres) y envió 609 imágenes desde la superficie, y el Rover-1B operó durante 10 días de asteroide (3 días terrestres) y envió 39 imágenes desde la superficie. [52]
El contenedor MINERVA-II-2 contenía el ROVER-2 (a veces denominado MINERVA-II-2), desarrollado por un consorcio de universidades liderado por la Universidad de Tohoku en Japón. Este tenía forma de prisma octogonal , de 15 cm (5,9 pulgadas) de diámetro y 16 cm (6,3 pulgadas) de alto, con una masa de aproximadamente 1 kg (2,2 libras). Tenía dos cámaras, un termómetro y un acelerómetro . Estaba equipado con LED ópticos y ultravioleta para iluminar y detectar partículas de polvo flotantes. El ROVER-2 llevaba cuatro mecanismos para moverse usando saltos cortos. [2] El Rover-2 tuvo problemas antes de su despliegue desde el orbitador, pero fue liberado el 2 de octubre de 2019 para orbitar el asteroide y realizar mediciones gravitacionales. Luego se estrelló contra la superficie del asteroide unos días después, el 8 de octubre de 2019.
El Mobile Asteroid Surface Scout ( MASCOT ) fue desarrollado por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en cooperación con la agencia espacial francesa CNES . [53] Mide 29,5 cm × 27,5 cm × 19,5 cm (11,6 pulgadas × 10,8 pulgadas × 7,7 pulgadas) y tiene una masa de 9,6 kg (21 libras). [54] MASCOT lleva cuatro instrumentos: un espectrómetro infrarrojo (MicrOmega), un magnetómetro (MASMAG), un radiómetro (MARA) y una cámara (MASCAM) que tomó imágenes de la estructura, distribución y textura a pequeña escala del regolito. [55] El rover es capaz de dar vueltas una vez para reposicionarse para realizar más mediciones. [44] [56] Recopiló datos sobre la estructura de la superficie y la composición mineralógica, el comportamiento térmico y las propiedades magnéticas del asteroide. [57] Tiene una batería no recargable que le permite operar durante aproximadamente 16 horas. [58] [59] El radiómetro infrarrojo del módulo de aterrizaje InSight Mars, lanzado en 2018, se basa en el radiómetro MASCOT. [60] [61]
MASCOT se lanzó el 3 de octubre de 2018. Tuvo un aterrizaje exitoso y realizó su misión de superficie con éxito. Se publicaron dos artículos que describen los resultados de MASCOT en las revistas científicas Nature Astronomy [62] y Science . [63] Un hallazgo de la investigación fue que los asteroides de tipo C consisten en material más poroso de lo que se pensaba anteriormente, lo que explica un déficit de este tipo de meteorito . Los meteoritos de este tipo son demasiado porosos para sobrevivir a la entrada en la atmósfera del planeta Tierra. Otro hallazgo fue que Ryugu consta de dos tipos diferentes de roca casi negra con poca cohesión interna , pero no se detectó polvo. [64] [65] Un tercer artículo que describe los resultados de MASCOT se publicó en el Journal of Geophysical Research y describe las propiedades magnéticas de Ryugu, mostrando que Ryugu no tiene un campo magnético a escala de roca. [66]
El plan original era que la nave espacial recogiera hasta tres muestras: 1) material de superficie que exhibiera características de minerales hidratados; 2) material de superficie con evidencia no observable o débil de alteraciones acuosas; 3) material excavado del subsuelo. [71]
Las dos primeras muestras de superficie estaban programadas para comenzar a fines de octubre de 2018, pero los rovers mostraron rocas grandes y pequeñas y un área de superficie insuficiente para muestrear, por lo que el equipo de la misión decidió posponer el muestreo hasta 2019 y evaluar varias opciones. [30] El primer muestreo de superficie se completó el 22 de febrero de 2019 y obtuvo una cantidad sustancial de tierra vegetal, [70] [72] por lo que el segundo muestreo de superficie se pospuso y finalmente se canceló para disminuir los riesgos de la misión. [70]
La segunda y última muestra se recolectó del material que se desprendió de debajo de la superficie por el impactador cinético (impactador SCI) disparado desde una distancia de 300 m (980 pies). [73] [74] Todas las muestras se almacenan en contenedores sellados separados dentro de la cápsula de retorno de muestras (SRC).
El dispositivo de muestreo de Hayabusa2 se basa en el de Hayabusa . La primera recuperación de muestras de la superficie se llevó a cabo el 21 de febrero de 2019, que comenzó con el descenso de la nave espacial, acercándose a la superficie del asteroide. Cuando el cuerno de muestreo unido a la parte inferior de Hayabusa2 tocó la superficie, se disparó un proyectil (bala) de tantalio de 5 g (0,18 oz) a 300 m/s (980 ft/s) hacia la superficie. [72] Los materiales expulsados resultantes fueron recogidos por un "recolector" en la parte superior del cuerno, al que los eyectados llegaron por su propio impulso en condiciones de microgravedad. [75]
La recolección de muestras del subsuelo requirió un impactador para crear un cráter con el fin de recuperar material bajo la superficie, no sujeto a la erosión espacial . Esto requirió retirar un gran volumen de material de la superficie con un impactador potente. Para este propósito, Hayabusa2 desplegó el 5 de abril de 2019 un cañón de vuelo libre con una "bala", llamado Small Carry-on Impactor ( SCI ); el sistema contenía un proyectil de cobre de 2,5 kg (5,5 lb) , disparado a la superficie con una carga propulsora explosiva. Después del despliegue del SCI, Hayabusa2 también dejó atrás una cámara desplegable ( DCAM3 ) [Nota 1] para observar y mapear la ubicación precisa del impacto del SCI, mientras el orbitador maniobraba hacia el lado más alejado del asteroide para evitar ser golpeado por escombros del impacto.
Se esperaba que el despliegue de la SCI indujera un movimiento sísmico en el asteroide, un proceso que se considera importante para la renovación de la superficie de cuerpos pequeños sin aire. Sin embargo, las imágenes tomadas por la nave espacial tras el impacto revelaron que se había producido un movimiento sísmico mínimo, lo que indica que el asteroide era significativamente menos cohesivo de lo esperado. [76]
Aproximadamente 40 minutos después de la separación, cuando la nave espacial se encontraba a una distancia segura, el impactador fue disparado hacia la superficie del asteroide detonando una carga hueca de 4,5 kg (9,9 lb) de HMX plastificado para acelerar. [56] [77] El impactador de cobre fue disparado hacia la superficie desde una altitud de aproximadamente 500 m (1600 pies) y excavó un cráter de aproximadamente 10 m (33 pies) de diámetro, exponiendo material prístino. [15] [32] El siguiente paso fue el despliegue el 4 de junio de 2019 de un marcador de objetivo reflectante en el área cercana al cráter para ayudar con la navegación y el descenso. [33] El aterrizaje y el muestreo tuvieron lugar el 11 de julio de 2019. [34]
La nave espacial recogió y almacenó las muestras en contenedores separados y sellados dentro de la cápsula de retorno de muestras (SRC), que está equipada con aislamiento térmico . El contenedor tiene un diámetro externo de 40 cm (16 pulgadas), una altura de 20 cm (7,9 pulgadas) y una masa de aproximadamente 16 kg (35 libras). [39]
Al final de la fase científica en noviembre de 2019, [8] Hayabusa2 utilizó sus motores iónicos para cambiar de órbita y regresar a la Tierra. [75] Horas antes de que Hayabusa2 sobrevolara la Tierra a fines de 2020, liberó la cápsula, el 5 de diciembre de 2020 a las 05:30 UTC. [78] La cápsula se liberó girando a una revolución cada tres segundos. La cápsula reingresó a la atmósfera de la Tierra a 12 km/s (7,5 mi/s) y desplegó un paracaídas reflectante de radar a una altitud de aproximadamente 10 km (6,2 mi), y expulsó su escudo térmico, mientras transmitía una señal de baliza de posición. [39] [75] La cápsula de muestra aterrizó en el campo de pruebas de Woomera en Australia. [13] [79] La distancia total de vuelo fue de 5,24 × 10 9 km (35,0 UA). [39]
Se recogerán todas las sustancias volátiles antes de abrir los contenedores sellados. [71] Las muestras se conservarán y analizarán en el Centro de Conservación de Muestras Extraterrestres de JAXA , [80] donde los científicos internacionales pueden solicitar una pequeña parte de las muestras. La nave espacial trajo de regreso una cápsula que contenía fragmentos de asteroides ricos en carbono que los científicos creen que podrían proporcionar pistas sobre la antigua entrega de agua y moléculas orgánicas a la Tierra. [81] [82]
La JAXA está compartiendo una parte de estas muestras con la NASA y, a cambio, la NASA proporcionará a la JAXA un porcentaje de una muestra del asteroide Bennu, cuando la nave espacial OSIRIS-REx de la agencia regrese a la Tierra desde la roca espacial el 24/9/2023. [83]
Con el regreso exitoso y la recuperación de la cápsula de muestra el 6 de diciembre de 2020 ( JST ), Hayabusa2 ahora usará sus 30 kg (66 lb) restantes de propulsor de xenón (de los 66 kg (146 lb) iniciales) para extender su vida útil y volar para explorar nuevos objetivos. [84] A partir de septiembre de 2020, se seleccionaron un sobrevuelo de 98943 Torifune en julio de 2026 y un encuentro con 1998 KY 26 en julio de 2031 para la extensión de la misión. [85] [86] [87] La observación de Torifune será un sobrevuelo de alta velocidad de un asteroide de tipo S. [ 88 ] La cámara fija de Hayabusa2 no fue diseñada para este tipo de sobrevuelo. El encuentro con 1998 KY 26 será la primera visita de un microasteroide de rotación rápida, con un período de rotación de unos 10 minutos. [87] Entre 2021 y 2026, la nave espacial también realizará observaciones de tránsito de exoplanetas . [87] También se estudió una opción para realizar un sobrevuelo de Venus para preparar un encuentro con 2001 AV 43. [89] [90]
Escenario EAEEA seleccionado (Tierra → Asteroide → Tierra → Tierra → Asteroide): [87]
El apodo de la Misión Extendida es “Hayabusa2♯” (léase “Hayabusa2 Sharp” ). El carácter “♯” es un símbolo musical que significa “subir la nota un semitono” y, para esta misión, también es el acrónimo de “Small Hazardous Asteroid Reconnaissance Probe”. Este nombre indica que la Misión Extendida Hayabusa2 está destinada a investigar asteroides pequeños pero potencialmente peligrosos que podrían colisionar con la Tierra en el futuro. El significado en inglés de la palabra “sharp” también destaca la naturaleza extremadamente desafiante de esta misión, que también se refleja en el significado musical de “subir la nota un semitono”, que sugiere un aumento del rango de la misión. Como el carácter “♯” es un símbolo musical, puede resultar difícil introducirlo en la práctica al escribir. Por lo tanto, el símbolo se puede sustituir por el símbolo “#” (signo de número / almohadilla / almohadilla) que se encuentra en los teclados de computadora o teléfonos. No hay ningún problema con la notación “Hayabusa2♯” (símbolo musical) o “Hayabusa2#”. [91] [92]
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .objetivo de la misión japonesa Hayabusa2
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