Stardust fue una sonda espacial robótica de 385 kilogramoslanzada por la NASA el 7 de febrero de 1999. Su misión principal era recolectar muestras de polvo de la coma del cometa Wild 2 , así como muestras de polvo cósmico , y devolverlas a la Tierra para su análisis. Fue la primera misión de retorno de muestras de este tipo. En ruta hacia el cometa Wild 2, también sobrevoló y estudió el asteroide 5535 Annefrank . La misión principal se completó con éxito el 15 de enero de 2006 cuando la cápsula de retorno de muestras regresó a la Tierra. [10]
Una extensión de la misión, con nombre en código NExT , culminó en febrero de 2011 con la interceptación de Stardust del cometa Tempel 1 , un pequeño cuerpo del Sistema Solar previamente visitado por Deep Impact en 2005. Stardust cesó sus operaciones en marzo de 2011.
El 14 de agosto de 2014, los científicos anunciaron la identificación de posibles partículas de polvo interestelar de la cápsula Stardust que regresó a la Tierra en 2006. [11] [12] [13] [14]
A principios de los años 1980, los científicos comenzaron a buscar una misión dedicada al estudio de un cometa. A principios de los años 1990, varias misiones para estudiar el cometa Halley se convirtieron en las primeras misiones exitosas en enviar datos de cerca. Sin embargo, la misión cometaria estadounidense, Comet Rendezvous Asteroid Flyby , fue cancelada por razones presupuestarias. A mediados de los años 1990, se brindó más apoyo a una misión más económica, de clase Discovery , que estudiaría el cometa Wild 2 en 2004. [1]
Stardust fue seleccionada competitivamente en el otoño de 1995 como una misión del Programa Discovery de la NASA de bajo costo con objetivos científicos altamente enfocados. [1] : 5 La construcción de Stardust comenzó en 1996 y estaba sujeta a la restricción máxima de contaminación, protección planetaria de nivel 5. Sin embargo, el riesgo de contaminación interplanetaria por vida extraterrestre se consideró bajo, [15] ya que se creía que los impactos de partículas a más de 450 metros por segundo (1000 mph), incluso en aerogel , eran terminales para cualquier microorganismo conocido. [1] : 22–23
El cometa Wild 2 fue seleccionado como el objetivo principal de la misión por la rara oportunidad de observar un cometa de período largo que se ha aventurado cerca del Sol . Desde entonces, el cometa se ha convertido en un cometa de período corto después de un evento en 1974, donde la órbita de Wild 2 se vio afectada por la atracción gravitatoria de Júpiter , moviendo la órbita hacia adentro, más cerca del Sol. Al planificar la misión, se esperaba que la mayor parte del material original del que se formó el cometa aún se conservara. [1] : 5
Los principales objetivos científicos de la misión incluían: [7]
La nave espacial fue diseñada, construida y operada por Lockheed Martin Astronautics como una misión de clase Discovery en Denver, Colorado. El JPL proporcionó la gestión de la misión para la división de operaciones de la NASA. El investigador principal de la misión fue el Dr. Donald Brownlee de la Universidad de Washington. [1] : 5
El autobús de la nave espacial medía 1,7 metros (5 pies 7 pulgadas) de largo y 0,66 metros (2 pies 2 pulgadas) de ancho, un diseño adaptado del autobús espacial SpaceProbe desarrollado por Lockheed Martin Astronautics . El autobús se construyó principalmente con paneles de fibra de grafito con una estructura de soporte de panal de aluminio debajo; toda la nave espacial estaba cubierta con láminas de policianato, Kapton para mayor protección. Para mantener bajos costos, la nave espacial incorporó muchos diseños y tecnologías utilizados en misiones pasadas o desarrollados previamente para misiones futuras por la Iniciativa de Tecnologías de Naves Espaciales Pequeñas (SSTI). La nave espacial contaba con cinco instrumentos científicos para recopilar datos, incluida la bandeja de recolección de muestras Stardust , que se trajo de regreso a la Tierra para su análisis. [16]
La nave espacial estaba estabilizada en tres ejes con ocho propulsores monopropulsantes de hidracina de 4,41 N y ocho propulsores de 1 N para mantener el control de actitud (orientación); estos propulsores también realizaban las maniobras de propulsión menores necesarias. La nave espacial se lanzó con 80 kilogramos de propulsor. La información para el posicionamiento de la nave espacial fue proporcionada por una cámara estelar que utiliza FSW para determinar la actitud (Stellar Compass), una unidad de medición inercial y dos sensores solares . [1] : 30–31 [16] El software Stellar Compass fue proporcionado por Intelligent Decisions, Inc.
Para comunicarse con la Red de Espacio Profundo , la nave espacial transmitió datos a través de la banda X utilizando una antena parabólica de alta ganancia de 0,6 metros (2 pies 0 pulgadas) , una antena de ganancia media (MGA) y antenas de baja ganancia (LGA) según la fase de la misión, y un diseño de transpondedor de 15 vatios originalmente pensado para la nave espacial Cassini . [1] : 32 [16]
La sonda estaba alimentada por dos paneles solares , que proporcionaban una media de 330 vatios de potencia. Los paneles también incluían escudos Whipple para proteger las delicadas superficies del polvo cometario potencialmente dañino mientras la nave espacial estaba en coma de Wild 2. El diseño de los paneles solares se derivó principalmente de las directrices de desarrollo de naves espaciales de la Small Spacecraft Technology Initiative (SSTI). Los paneles proporcionaban un método único para cambiar las cadenas de serie a paralelo dependiendo de la distancia al Sol. También se incluyó una única batería de níquel-hidrógeno ( NiH 2 ) para proporcionar energía a la nave espacial cuando los paneles solares recibían muy poca luz solar. [1] : 31 [16]
El ordenador de la nave espacial funcionaba con una tarjeta de procesador RAD6000 de 32 bits reforzada con radiación . Para almacenar datos cuando la nave espacial no podía comunicarse con la Tierra, la tarjeta de procesador podía almacenar 128 megabytes , de los cuales el 20% estaba ocupado por el software del sistema de vuelo. El software del sistema es una forma de VxWorks , un sistema operativo integrado desarrollado por Wind River Systems . [1] : 31 [16]
Las partículas de cometas e interestelares se recogen en un aerogel de densidad ultrabaja . La bandeja colectora, del tamaño de una raqueta de tenis, contenía noventa bloques de aerogel, lo que proporcionaba más de 1.000 centímetros cuadrados de superficie para capturar granos de polvo de cometas e interestelares .
Para recoger las partículas sin dañarlas, se utiliza un sólido a base de silicio con una estructura porosa similar a una esponja en la que el 99,8 por ciento del volumen es espacio vacío. El aerogel tiene una densidad 1/1000 de la del vidrio , otro sólido a base de silicio con el que se puede comparar. Cuando una partícula choca con el aerogel, queda enterrada en el material, creando una larga pista, hasta 200 veces la longitud del grano. El aerogel se empaquetó en una rejilla de aluminio y se colocó en una cápsula de retorno de muestra (SRC), que se liberaría de la nave espacial cuando pasara por la Tierra en 2006.
Para analizar el aerogel en busca de polvo interestelar, se necesitará un millón de fotografías para obtener imágenes de la totalidad de los granos muestreados. Las imágenes se distribuirán a los usuarios de computadoras domésticas para ayudar en el estudio de los datos mediante un programa llamado Stardust@home . En abril de 2014, la NASA informó que había recuperado siete partículas de polvo interestelar del aerogel. [27]
La Stardust se lanzó con dos pares idénticos de obleas de silicio cuadradas de 10,16 centímetros (4 pulgadas) . Cada par tenía grabados más de un millón de nombres de personas que participaron en el programa de divulgación pública rellenando formularios de Internet disponibles a finales de 1997 y mediados de 1998. Un par de microchips se colocó en la nave espacial y el otro se adjuntó a la cápsula de retorno de muestras. [1] : 24
La Stardust fue lanzada a las 21:04:15 UTC del 7 de febrero de 1999 por la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17A en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida, a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II 7426. La secuencia completa de encendido duró 27 minutos, llevando a la nave espacial a una órbita heliocéntrica que la llevaría alrededor del Sol y más allá de la Tierra para una maniobra de asistencia gravitatoria en 2001, para alcanzar el asteroide 5535 Annefrank en 2002 y el cometa Wild 2 en 2004 a una baja velocidad de sobrevuelo de 6,1 km/s. En 2004, la nave espacial realizó una corrección de curso que le permitiría pasar por la Tierra una segunda vez en 2006, para liberar la cápsula de retorno de muestras para un aterrizaje en Utah en las salinas de Bonneville . [1] : 14–22 [7]
Durante el segundo encuentro con la Tierra, la cápsula de retorno de muestras fue liberada el 15 de enero de 2006. [7] Inmediatamente después, la Stardust fue puesta en una "maniobra de desvío" para evitar entrar en la atmósfera junto con la cápsula. Menos de veinte kilogramos de combustible permanecieron a bordo después de la maniobra. [7] El 29 de enero de 2006, la nave espacial fue puesta en modo de hibernación con solo los paneles solares y el receptor activos, en una órbita heliocéntrica de 3 años que la devolvería a las proximidades de la Tierra el 14 de enero de 2009. [7] [28]
El 3 de julio de 2007 se aprobó una extensión de la misión posterior para que la nave espacial volviera a estar en pleno funcionamiento para un sobrevuelo del cometa Tempel 1 en 2011. La extensión de la misión fue la primera en volver a visitar un cuerpo pequeño del Sistema Solar y utilizó el propulsor restante, lo que marcó el final de la vida útil de la nave espacial. [29]
El 2 de noviembre de 2002, a las 04:50:20 UTC, la Stardust se topó con el asteroide 5535 Annefrank a una distancia de 3079 km (1913 mi). [7] El ángulo de fase solar osciló entre 130 y 47 grados durante el período de observaciones. Este encuentro se utilizó principalmente como prueba de ingeniería de la nave espacial y de las operaciones terrestres en preparación para el encuentro con el cometa Wild 2 en 2003. [7]
El 2 de enero de 2004, a las 19:21:28 UTC, la Stardust se encontró con el cometa Wild 2 [34] en el lado que daba al sol con una velocidad relativa de 6,1 km/s a una distancia de 237 km (147 mi). [7] La distancia de encuentro original estaba prevista para 150 km (93 mi), pero esto se modificó después de que una junta de revisión de seguridad aumentara la distancia de aproximación más cercana para minimizar el potencial de colisiones catastróficas con polvo. [7]
La velocidad relativa entre el cometa y la nave espacial era tal que el cometa en realidad la alcanzó por detrás mientras viajaban alrededor del Sol. Durante el encuentro, la nave espacial estaba en el lado iluminado por el Sol del núcleo, acercándose con un ángulo de fase solar de 70 grados, alcanzando un ángulo mínimo de 3 grados cerca del punto de aproximación más cercano y alejándose con un ángulo de fase de 110 grados. [7] El software AutoNav se utilizó durante el sobrevuelo. [35] : 11
Durante el sobrevuelo, la nave espacial desplegó la placa de recolección de muestras para recoger muestras de granos de polvo de la coma y tomó fotografías detalladas del núcleo helado . [36]
El 19 de marzo de 2006, los científicos de Stardust anunciaron que estaban considerando la posibilidad de redirigir la nave espacial en una misión secundaria para obtener imágenes del cometa Tempel 1. El cometa fue previamente el objetivo de la misión Deep Impact en 2005, enviando un impactador a la superficie. La posibilidad de esta extensión podría ser vital para recopilar imágenes del cráter de impacto que Deep Impact no pudo capturar debido al polvo del impacto que oscureció la superficie.
El 3 de julio de 2007 se aprobó la ampliación de la misión, que pasó a denominarse Nueva Exploración del Tempel 1 (NExT). Esta investigación permitiría observar por primera vez los cambios que se producen en el núcleo de un cometa tras un acercamiento al Sol. NExT también ampliaría el mapeo del Tempel 1, convirtiéndolo en el núcleo de un cometa más mapeado hasta la fecha. Este mapeo ayudaría a abordar las principales cuestiones de la geología del núcleo de un cometa. Se esperaba que la misión de sobrevuelo consumiera casi todo el combustible restante, lo que indicaría el fin de la operatividad de la nave espacial. [29] El software AutoNav (para navegación autónoma) controlaría la nave espacial durante los 30 minutos previos al encuentro. [37]
Los objetivos de la misión incluían lo siguiente: [37]
El 15 de febrero de 2011, a las 04:39:10 UTC, Stardust-NExT se encontró con Tempel 1 a una distancia de 181 km (112 mi). [8] [9] Se estima que se adquirieron 72 imágenes durante el encuentro. Estas mostraron cambios en el terreno y revelaron partes del cometa nunca vistas por Deep Impact . [38] También se observó el lugar del impacto de Deep Impact , aunque apenas era visible debido al material que se estaba depositando en el cráter. [39]
El 24 de marzo de 2011, aproximadamente a las 23:00 UTC, la Stardust realizó un encendido para consumir el combustible restante. [33] La nave espacial tenía poco combustible restante y los científicos esperaban que los datos recopilados ayudaran al desarrollo de un sistema más preciso para estimar los niveles de combustible en las naves espaciales. Una vez recopilados los datos, no fue posible orientar más la antena y se apagó el transmisor. La nave espacial envió un acuse de recibo desde aproximadamente 312 millones de kilómetros (194 millones de millas) de distancia en el espacio. [5]
El 15 de enero de 2006, a las 05:57 UTC, la cápsula de retorno de muestras se separó con éxito de Stardust . La SRC reingresó a la atmósfera de la Tierra a las 09:57 UTC, [40] con una velocidad de 12,9 km/s, la velocidad de reentrada a la atmósfera de la Tierra más rápida jamás alcanzada por un objeto creado por el hombre. [41] La cápsula siguió un perfil de reentrada drástico, pasando de una velocidad de Mach 36 a una velocidad subsónica en 110 segundos. [42] [ verificación fallida ] La desaceleración máxima fue de 34 g , [43] encontrada 40 segundos después de la reentrada a una altitud de 55 km sobre Spring Creek, Nevada . [42] El escudo térmico de ablación de carbono impregnado con fenol (PICA) , producido por Fiber Materials Inc., alcanzó una temperatura de más de 2900 °C durante esta pronunciada reentrada. [44] La cápsula luego se lanzó en paracaídas al suelo, y finalmente aterrizó a las 10:12 UTC en el Campo de Pruebas y Entrenamiento de Utah , cerca del Campo de Pruebas Dugway del Ejército de los EE. UU . [6] [45] La cápsula fue luego transportada por un avión militar desde Utah a la Base de la Fuerza Aérea Ellington en Houston , Texas , y luego transferida por carretera en un convoy no anunciado a las instalaciones de Curatorial de Materiales Planetarios en el Centro Espacial Johnson en Houston para comenzar el análisis. [7] [46]
El recipiente de muestra fue llevado a una sala limpia con un factor de limpieza 100 veces mayor que el de un quirófano de hospital para asegurar que el polvo interestelar y cometario no estuviera contaminado. [47] Estimaciones preliminares sugirieron que al menos un millón de motas microscópicas de polvo estaban incrustadas en el colector de aerogel . Se encontró que diez partículas tenían al menos 100 micrómetros (0,1 mm) y la más grande aproximadamente 1000 micrómetros (1 mm). También se encontraron aproximadamente 45 impactos de polvo interestelar en el colector de muestras, que se encontraba en la parte posterior del colector de polvo cometario. Un equipo de voluntarios está observando y analizando los granos de polvo a través del proyecto de ciencia ciudadana , Stardust@Home .
La masa combinada de la muestra recolectada fue de aproximadamente 1 mg. [48]
En diciembre de 2006, se publicaron siete artículos en la revista científica Science , que discutían los detalles iniciales del análisis de la muestra. Entre los hallazgos se encuentran: una amplia gama de compuestos orgánicos , incluidos dos que contienen nitrógeno biológicamente utilizable ; hidrocarburos alifáticos indígenas con longitudes de cadena más largas que las observadas en el medio interestelar difuso; abundantes silicatos amorfos además de silicatos cristalinos como olivino y piroxeno , lo que demuestra la coherencia con la mezcla de materia del Sistema Solar e interestelar, previamente deducida espectroscópicamente a partir de observaciones terrestres; [49] se encontró que no había silicatos hidratados ni minerales de carbonato, lo que sugiere una falta de procesamiento acuoso del polvo cometario; también se encontró carbono puro limitado ( CHON ) [ aclaración necesaria ] en las muestras devueltas; se encontró metilamina y etilamina en el aerogel, pero no se asoció con partículas específicas.
En 2010, el Dr. Andrew Westphal anunció que Bruce Hudson, voluntario de Stardust@home, había encontrado una pista (etiquetada como "I1043,1,30") entre las numerosas imágenes del aerogel que podrían contener un grano de polvo interestelar. [50] El programa permite que los voluntarios reconozcan y nombren cualquier descubrimiento realizado por ellos mismos. Hudson llamó a su descubrimiento "Orión". [51]
En abril de 2011, científicos de la Universidad de Arizona descubrieron evidencias de la presencia de agua líquida en el cometa Wild 2. Encontraron minerales de sulfuro de hierro y cobre que debieron formarse en presencia de agua. El descubrimiento rompe con el paradigma existente de que los cometas nunca se calientan lo suficiente como para derretir su masa helada. [52] En la primavera de 2014, se anunció la recuperación de partículas de polvo interestelar de la misión Stardust del programa Discovery. [53]
Las muestras de Stardust están actualmente disponibles para que todos las identifiquen después de completar la capacitación en la página web de Berkeley. [54]
La cápsula de retorno se encuentra actualmente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC. Comenzó a exhibirse allí el 1 de octubre de 2008, el 50 aniversario de la creación de la NASA. La cápsula de retorno se exhibe en modo de recolección de muestras, junto con una muestra del aerogel utilizado para recolectar muestras. [55]
Las muestras de cometas muestran que las regiones exteriores del Sistema Solar primitivo no estaban aisladas y no eran un refugio donde los materiales interestelares pudieran sobrevivir comúnmente. [56] Los datos sugieren que se formó material del Sistema Solar interior de alta temperatura y que posteriormente se transfirió al cinturón de Kuiper . [57]
En 2009, la NASA anunció que los científicos habían identificado por primera vez uno de los componentes químicos fundamentales de la vida en un cometa: la glicina , un aminoácido, fue detectada en el material expulsado del cometa Wild 2 en 2004 y capturado por la sonda Stardust . La glicina ya se había detectado en meteoritos antes y también hay observaciones en nubes de gas interestelar, pero el hallazgo de Stardust se describe como el primero en material cometario. El análisis de isótopos indica que el Bombardeo Pesado Tardío incluyó impactos cometarios después de que la Tierra se fusionara pero antes de que evolucionara la vida. [58] Carl Pilcher, quien dirige el Instituto de Astrobiología de la NASA, comentó que "el descubrimiento de glicina en un cometa respalda la idea de que los componentes fundamentales de la vida prevalecen en el espacio y fortalece el argumento de que la vida en el universo puede ser común en lugar de rara". [59]
