Genesis fue unasonda de retorno de muestras de la NASA que recogió una muestra de partículas del viento solar y las devolvió a la Tierra para su análisis. Fue la primera misión de retorno de muestras de la NASA en traer material desde el programa Apolo , y la primera en traer material de más allá de la órbita de la Luna . [4] [5] Genesis fue lanzada el 8 de agosto de 2001, y la cápsula de retorno de muestras se estrelló en Utah el 8 de septiembre de 2004, después de que un defecto de diseño impidiera el despliegue de su paracaídas de frenado . El accidente contaminó muchos de los recolectores de muestras. Aunque la mayoría estaban dañados, algunos de los recolectores se recuperaron con éxito. [6]
El equipo científico de Génesis demostró que parte de la contaminación podría eliminarse o evitarse, y que las partículas del viento solar podrían analizarse utilizando una variedad de enfoques, logrando así todos los principales objetivos científicos de la misión. [7] [8]
Los principales objetivos científicos de la misión fueron: [9]
En consecuencia, para cumplir con los objetivos científicos de la misión, la nave espacial Genesis fue diseñada para recolectar iones del viento solar y devolverlos a la Tierra para su análisis. [10] Genesis transportaba varios colectores de viento solar diferentes, todos los cuales recolectaban el viento solar de forma pasiva; es decir, los colectores se encontraban en el espacio de cara al Sol, mientras que los iones del viento solar chocaban contra ellos a velocidades superiores a los 200 km/s (120 mi/s) y, al impactar, se enterraban en la superficie de los colectores. Esta recolección pasiva es un proceso similar al que utiliza la industria de semiconductores para fabricar ciertos tipos de dispositivos, y el programa de acceso gratuito SRIM ofrece una simulación del proceso . [11]
La mayoría de los colectores Genesis muestreaban continuamente todo el viento solar que encontraba la nave espacial (el "viento solar en masa"). Sin embargo, la nave espacial también llevaba tres conjuntos de colectores que se desplegaban cuando se encontraban "regímenes" específicos (rápidos, lentos, eyecciones de masa coronal ) de viento solar, según lo determinaban los monitores de electrones e iones a bordo. [12] Estos conjuntos de colectores desplegables se diseñaron para proporcionar datos para probar la hipótesis de que los elementos formadores de rocas mantienen sus proporciones relativas a lo largo de los procesos que forman el viento solar.
Había un tercer tipo de colector en Genesis : el concentrador, que recogía el viento solar en masa, pero era selectivo porque repelía electrostáticamente el hidrógeno y tenía suficiente voltaje para enfocar los elementos más ligeros del viento solar sobre un objetivo pequeño, concentrando esos iones en un factor de ~20. El objetivo del concentrador era traer de vuelta una muestra con mayores cantidades de iones de viento solar para que los analistas pudieran medir con precisión los isótopos de los elementos ligeros . [13] [14]
Genesis fue una misión de clase Discovery del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el Instituto de Tecnología de California . La nave espacial fue diseñada y construida por Lockheed Martin Space Systems con un costo total de misión de 264 millones de dólares .
La NASA lanzó la nave en un cohete Delta II 7326 el 8 de agosto de 2001, a las 16:13:40 UTC desde Cabo Cañaveral . El desarrollo de la trayectoria de la misión fue dirigido por Martin Lo . Después del lanzamiento, Genesis navegó hacia la Tierra-Sol L 1 y luego realizó una maniobra de inserción en la órbita de Lissajous , entrando en una órbita elíptica alrededor de L 1 el 16 de noviembre de 2001. Genesis expuso sus conjuntos de colectores el 3 de diciembre y comenzó a recolectar partículas de viento solar . El proceso de recolección terminó después de 850 días, el 1 de abril de 2004, con la nave espacial completando cinco bucles de halo alrededor de L 1. [17] Genesis comenzó su regreso a la Tierra el 22 de abril de 2004. La fase de regreso incluyó un desvío orbital hacia la Tierra L 2 para que la nave pudiera ser recuperada durante el día, ya que una aproximación directa la habría obligado a ser recuperada durante la noche. Después de completar un bucle de halo alrededor de L 2 , la cápsula de retorno de muestras Genesis se separó del bus de la nave espacial y regresó a la Tierra para la recuperación planificada el 8 de septiembre de 2004. [18]
Una vez finalizada la fase de recolección, los conjuntos de colectores se guardaron en una cápsula de retorno de muestras y la nave espacial regresó a la Tierra. A medida que la cápsula se acercaba a la Tierra y en las primeras etapas del reingreso, todo parecía ir bien.
Se había llevado a cabo una amplia planificación para la recuperación de la cápsula. Un aterrizaje normal con paracaídas podría haber dañado las delicadas muestras, por lo que el diseño de la misión exigía una recuperación en el aire de la cápsula de retorno de muestras. A unos 33 km (21 mi) sobre el suelo, se desplegaría un paracaídas de frenado para frenar el descenso. Luego, a una altura de 6,7 km (4,2 mi), se desplegaría un gran paracaídas para frenar aún más el descenso y dejar la cápsula en vuelo estable. Un helicóptero , con un segundo helicóptero como respaldo, intentaría entonces atrapar la cápsula por su paracaídas en el extremo de un gancho de cinco metros. Una vez recuperada, la cápsula habría sido aterrizada suavemente.
La cápsula de retorno de muestras entró en la atmósfera terrestre sobre el norte de Oregón a las 16:55 UTC del 8 de septiembre de 2004, con una velocidad de aproximadamente 11,04 km/s (24.706 mph). [18] Debido a un fallo de diseño en un sensor de desaceleración, el despliegue del paracaídas nunca se activó, y el descenso de la nave espacial se ralentizó solo por su propia resistencia del aire . [19] La recuperación en el aire planificada no se pudo llevar a cabo, y la cápsula se estrelló contra el suelo desértico del Dugway Proving Ground en el condado de Tooele, Utah , a unos 86 m/s (310 km/h; 190 mph).
La cápsula se rompió al impactar y se rompió también parte de la cápsula de muestras interior. Los daños fueron menos graves de lo que cabría esperar dada su velocidad; en cierta medida, se amortiguaron al caer en un terreno bastante blando.
Los dispositivos pirotécnicos no activados en el sistema de despliegue del paracaídas y los gases tóxicos de las baterías retrasaron la aproximación del equipo de recuperación al lugar del accidente. Una vez que todo estuvo seguro, la cápsula de retorno de muestras dañada fue asegurada y trasladada a una sala limpia para su inspección; al mismo tiempo, un equipo de personal capacitado recorrió el lugar en busca de fragmentos de colectores y tomó muestras del suelo del desierto local para archivarlas como referencia con la que identificar posibles contaminantes en el futuro. Las tareas de recuperación realizadas por los miembros del equipo Genesis en el campo de pruebas y entrenamiento de Utah , que incluyeron la inspección, catalogación y empaquetado de varios colectores, duraron cuatro semanas. [20]
Después de liberar la cápsula de retorno de muestras el 8 de septiembre de 2004, el bus de la nave espacial viajó de regreso hacia el punto de Lagrange Tierra-Sol ( L 1 ). Se realizó una maniobra de corrección de trayectoria el 6 de noviembre de 2004, lo que permitió que el bus de la nave espacial finalmente abandonara L 1 si no se utilizaba para una misión prolongada. Los comandos finales se transmitieron al bus el 2 de diciembre de 2004, [21] poniendo a Genesis en hibernación. Mientras esté en este modo "seguro", continuará transmitiendo información sobre su condición, apuntando de forma autónoma sus paneles solares hacia el Sol. El bus de la nave espacial abandonó L 1 alrededor del 1 de febrero de 2005, permaneciendo en una órbita heliocéntrica que conduce a la Tierra. [22]
Las primeras investigaciones demostraron que algunas obleas se habían desmoronado con el impacto, pero otras estaban prácticamente intactas. En la cápsula entró tierra del desierto, pero no agua líquida. Como se esperaba que las partículas del viento solar estuvieran incrustadas en las obleas, mientras que se pensaba que la suciedad contaminante probablemente se encontraría simplemente en la superficie, fue posible separar la suciedad de las muestras. [23] Inesperadamente, lo más difícil de tratar durante el proceso de análisis de las muestras no fue la tierra del desierto terrestre introducida en el choque, sino los propios componentes de la nave, como lubricantes y materiales de construcción de la misma. [24]
El equipo de análisis afirmó que deberían poder lograr la mayoría de sus objetivos científicos primarios. El 21 de septiembre de 2004, comenzó la extracción y en enero de 2005 se envió una primera muestra de una oblea de aluminio a los científicos de la Universidad de Washington en St. Louis para su análisis. [25]
Las muestras de viento solar de Génesis se encuentran bajo conservación a largo plazo en el Centro Espacial Johnson de la NASA, de modo que a medida que evolucionen las técnicas de análisis de muestras, las muestras de viento solar prístinas estarán disponibles para la comunidad científica en las próximas décadas. [7]
En 2007, los científicos de la Universidad de Washington publicaron hallazgos detallados sobre los isótopos de neón y argón . [26] Los resultados restantes sobre la composición elemental e isotópica de los gases nobles se informaron en 2009. [27] Los resultados coinciden con los datos de muestras lunares que contienen viento solar "joven" (~100 millones de años), lo que indica que la composición del viento solar no ha cambiado al menos en los últimos 100 millones de años. [27]
El 20 de abril de 2005, los científicos del Centro Espacial Johnson en Houston retiraron los cuatro colectores de viento solar del concentrador y los encontraron en excelentes condiciones. Los objetivos del concentrador recolectaron iones de oxígeno solar durante la misión y se analizarían para medir la composición isotópica del oxígeno solar, el objetivo de medición de mayor prioridad para Genesis . [28]
El equipo anunció el 10 de marzo de 2008 que el análisis de una oblea de carburo de silicio del concentrador Genesis mostró que el Sol tiene una mayor proporción de oxígeno-16 ( 16 O ) en relación con la Tierra, la Luna, Marte y los meteoritos a granel. [29] [30] Esto implica que un proceso desconocido agotó el oxígeno-16 en aproximadamente un 6% del disco solar de material protoplanetario antes de la coalescencia de los granos de polvo que formaron los planetas interiores y el cinturón de asteroides. [31]
El nitrógeno fue un elemento clave en el objetivo porque se desconocían la extensión y el origen de sus variaciones isotópicas en los materiales del Sistema Solar. El material del objetivo mostró que el nitrógeno del viento solar implantado tiene una relación 15 N/ 14 N.2,18 × 10 −3 (es decir, ≈40% más pobre en 15 N en relación con la atmósfera terrestre). La relación 15 N/ 14 N de la nebulosa protosolar fue2,27 × 10 −3 , que es la relación 15 N/ 14 N más baja conocida para los objetos del Sistema Solar. Este resultado demuestra la extrema heterogeneidad isotópica del nitrógeno del naciente Sistema Solar y explica los componentes empobrecidos en 15 N observados en los reservorios del Sistema Solar. [32]
Se nombró una Junta de Investigación de Accidentes (MIB) de la NASA compuesta por 16 miembros, entre ellos expertos en pirotecnia , aviónica y otras especialidades. La MIB comenzó su trabajo el 10 de septiembre de 2004, cuando llegó al campo de pruebas de Dugway. Decidió que todo el hardware científico que debía ser conservado por el Centro Espacial Johnson podía liberarse y no era necesario para el trabajo de la junta. Tanto el JPL como Lockheed Martin comenzaron a preparar datos de vuelo y otros registros para la MIB.
El 20 de septiembre de 2004, el MIB anunció que la cápsula, una vez extraído el material científico, se trasladaría a las instalaciones de Lockheed Martin Space Systems cerca de Denver, Colorado , para uso del MIB. [33]
En un comunicado de prensa del 14 de octubre se anunció una primera causa posible del fallido despliegue de los paracaídas. Lockheed Martin había diseñado el sistema con los mecanismos internos de un sensor de aceleración orientados de forma incorrecta (un interruptor G estaba al revés) y las revisiones de diseño no habían detectado el error. El acelerómetro se instaló de acuerdo con el diseño incorrecto. El diseño previsto era hacer un contacto eléctrico dentro del sensor a 3 g (29 m/s2 ) , mantenerlo hasta el máximo esperado de 30 g (290 m/s2 ) , y romper el contacto nuevamente a 3 g para iniciar la secuencia de liberación del paracaídas. En cambio, nunca se produjo ningún contacto. [34]
El mismo concepto general de paracaídas se utilizó también en la nave espacial de retorno de muestras cometarias Stardust , que aterrizó con éxito en 2006.
El presidente del comité de investigación de la NASA, Michael Ryschkewitsch, señaló que ninguno de los estrictos procedimientos de revisión de la NASA había detectado un error, y dijo: "Sería muy fácil confundir esto". [35]
Este accidente es similar al evento original que inspiró a Edward A. Murphy Jr. a formular la ahora famosa Ley de Murphy : un acelerómetro instalado al revés. [36] El 6 de enero de 2006, Ryschkewitsch reveló que Lockheed Martin se saltó un procedimiento de prueba previa en la nave, y señaló que la prueba podría haber detectado fácilmente el problema. [37]
![Un conjunto de colectores Genesis en el laboratorio limpio del Centro Espacial Johnson. Los hexágonos están compuestos por una variedad de obleas ultrapuras de grado semiconductor, que incluyen silicio, corindón, oro sobre zafiro, películas de carbono similares al diamante,[15] y otros materiales.[16]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/37/Genesis_Collector_Array.jpg/1280px-Genesis_Collector_Array.jpg)
