Deep Space 2 fue una sonda espacial de la NASA , parte del Programa Nuevo Milenio . Incluía dos sondas espaciales en miniatura muy avanzadas que fueron enviadas a Marte a bordo del Mars Polar Lander en enero de 1999. [1] Las sondas fueron nombradas "Scott" y "Amundsen", en honor a Robert Falcon Scott y Roald Amundsen , los primeros exploradores en llegar al Polo Sur de la Tierra. Destinada a ser la primera nave espacial en penetrar debajo de la superficie de otro planeta, después de entrar en la atmósfera de Marte, DS2 debía separarse de la nave nodriza Mars Polar Lander y caer en picado a la superficie utilizando solo un impactador aeroshell , sin paracaídas . La misión fue declarada un fracaso el 13 de marzo de 2000, después de que todos los intentos de restablecer las comunicaciones después del descenso no obtuvieron respuesta. [2]
El desarrollo de Deep Space 2 tuvo un coste de 28 millones de dólares. [3]
Deep Space 2, también conocida como "Mars Microprobe", [2] fue la segunda nave espacial desarrollada en el marco del Programa Nuevo Milenio de la NASA para probar en vuelo conceptos de tecnologías avanzadas para misiones espaciales. El objetivo del programa era realizar demostraciones de tecnología de alto riesgo, con el lema "Asumir riesgos para reducir el peligro futuro". [4] El proyecto fue dirigido y operado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de Pasadena, con contribuciones de la Universidad de Arizona, la Universidad Estatal de Nuevo México, la Universidad del Norte de Arizona, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y otros. [5]
La misión Deep Space 2 tenía como objetivo validar desde el punto de vista técnico el concepto de una sonda penetradora que impactaría en el planeta a gran velocidad, en lugar de reducir la velocidad para un aterrizaje suave, como hacen las sondas que se utilizan tradicionalmente para la exploración planetaria. El concepto de sonda penetradora es potencialmente un enfoque de menor costo y tiene la ventaja propuesta de brindar acceso al subsuelo del planeta en estudio (en este caso, Marte).
Aunque el objetivo principal era validar la tecnología, las sondas también tenían objetivos de análisis científico en Marte. Estos objetivos eran “1) derivar la densidad atmosférica, la presión y la temperatura a lo largo de toda la columna atmosférica, 2) caracterizar la dureza del suelo y posiblemente la presencia de capas a una escala de decenas de centímetros, 3) determinar si hay hielo presente en el suelo subterráneo y, 4) estimar la conductividad térmica del suelo en profundidad”. [6] El objetivo final de estas sondas era desplegar redes “alrededor de un planeta utilizando no más recursos que un solo aterrizaje bajo supuestos convencionales”. [7]
Las sondas fueron lanzadas con el Mars Polar Lander el 3 de enero de 1999, en un vehículo de lanzamiento Delta II 7425.
Cada sonda [8] [6] pesaba 2,4 kg (5,3 lb) y estaba envuelta en una carcasa protectora . Viajaron a Marte a bordo de otra nave espacial, la Mars Polar Lander .
Al llegar a la región polar sur de Marte el 3 de diciembre de 1999, [1] las carcasas del tamaño de una pelota de baloncesto fueron liberadas de la nave espacial principal, cayendo en picado a través de la atmósfera y golpeando la superficie del planeta a más de 179 m/s (590 pies/s). Al impactar, cada carcasa estaba diseñada para romperse, y su sonda del tamaño de un pomelo debía perforar el suelo y separarse en dos partes. La parte inferior, llamada cuerpo delantero, estaba diseñada para penetrar hasta 0,6 metros (2 pies 0 pulgadas) en el suelo. Contenía el instrumento científico principal a bordo, el Experimento de Agua Evolucionada. [6] La parte superior de la sonda, o cuerpo trasero, estaba diseñada para permanecer en la superficie con el fin de transmitir datos a través de su antena UHF a la nave espacial Mars Global Surveyor en órbita alrededor de Marte. El Mars Global Surveyor actuaría como un relé para enviar los datos recopilados de vuelta a la Tierra. Las dos secciones de la sonda estaban diseñadas para permanecer conectadas a través de un cable de datos. [2]
Cada sonda está equipada con cinco instrumentos que permiten el análisis de la atmósfera, la superficie y el subsuelo.
• Acelerómetro de descenso: El acelerómetro de descenso era un sensor disponible comercialmente que se utilizaba para medir las aceleraciones producidas por el arrastre durante el descenso. Sus lecturas podían “utilizarse para derivar un perfil de densidad de la atmósfera marciana” basándose en los datos de aceleración combinados con el conocimiento de la velocidad de la sonda y el coeficiente balístico. [9]
• Acelerómetro de impacto: El acelerómetro de impacto fue construido con un rango de ±120.000 g para la gran aceleración esperada en el impacto con la superficie de Marte. [9]
• Sensor meteorológico: proporciona datos de presión atmosférica y temperatura en el lugar de aterrizaje. Este sensor se ubicó en la parte posterior de la sonda para que se mantuviera sobre la superficie después del impacto. Fue muestreado y registrado por las telecomunicaciones “lo que permite la adquisición de datos meteorológicos en caso de que el microcontrolador fallara durante el impacto”. [9]
• Sensores de temperatura de conductividad térmica del suelo: sensores de temperatura con resistencias de platino gemelas determinarían las tasas de enfriamiento en el cuerpo frontal una vez sumergido en la superficie. [9]
• Experimento de agua evolucionada: un pequeño sistema de recolección de muestras en el cuerpo delantero llevaría el regolito marciano a una cámara de calentamiento. Luego, la muestra se calentaría para permitir mediciones espectroscópicas del vapor resultante utilizando un láser de diodo sintonizable miniaturizado . El Experimento de agua evolucionada era el instrumento principal a bordo de la sonda. [6]
Se diseñaron baterías y componentes electrónicos personalizados para que las sondas Deep Space 2 sobrevivieran a aceleraciones extremadamente altas al impactar con la superficie de Marte y a las bajas temperaturas que experimentaría una vez en funcionamiento. Tanto los componentes electrónicos como las celdas personalizadas debían sobrevivir a un impacto del orden de 80.000 g y a temperaturas operativas de hasta -80 °C. [10] Además, era posible una diferencia de aceleración de hasta 30.000 g entre el fuselaje delantero y el trasero. [11]
Baterías
Junto con Yardney Technical Products, el JPL diseñó una batería con dos celdas no recargables de 6-14 V utilizando la química del cloruro de tionilo de litio (LI-SOCl2) para sobrevivir a las condiciones esperadas. Las baterías fueron sometidas a pruebas de impacto y también a ciclos térmicos durante el desarrollo. [11]
Embalaje de productos electrónicos
Debido al factor de forma de la sonda y a las duras condiciones de supervivencia, el JPL utilizó técnicas novedosas para asegurar la electrónica de a bordo. Las técnicas incluyeron la tecnología de chip a bordo (COB) para mejorar la densidad de empaquetamiento. [12] También utilizó un cable umbilical flexible de 1 metro para conectar el penetrador del cuerpo delantero que se desplazaría en caso de impacto. Los modelos mecánicos (que no funcionaban) se sometieron a pruebas de impacto antes del lanzamiento para determinar si las estructuras sobrevivirían. [12]
Las sondas llegaron a Marte junto con la misión Mars Polar Lander, aparentemente sin incidentes, pero nunca se logró establecer comunicación tras el impacto. Se desconoce cuál fue la causa del fallo.
Se encargó a una junta de revisión de fallos que informara sobre los fallos de las sondas Mars Polar Lander y Deep Space 2. [13] La junta de revisión no pudo identificar una causa probable del fallo, [14] pero sugirió varias causas posibles:
La Junta concluyó que las sondas y sus componentes no fueron probados adecuadamente antes del lanzamiento. [13] [14]
A pesar de los fracasos de Mars Polar Lander y de las dos sondas Deep Space 2, Planum Australe , que sirvió como su objetivo de exploración, [15] sería explorado en años posteriores por el radar MARSIS de la Agencia Espacial Europea , que examinó y analizó el sitio desde la órbita de Marte e incluso determinó que el área tenía agua debajo de su vasta área de hielo. [16] [17] [18] [19] Las imágenes que se obtuvieron de MARSIS también determinaron que el agua descubierta debajo de Planum Australe era de hecho agua salada . [20] [21]
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