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Articulo de referencia

Génesis (nave espacial)

{{cite web |url=https://solarsystem.nasa.gov/missions/genesis/in-depth/ |title=Genesis: In Depth |date=December 2017 |publisher=NASA Solar System Exploration |access-date=Septem...

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Genesis fue una sonda de retorno de muestras de la NASA que recolectó una muestra de partículas del viento solar y las trajo de regreso 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 desde 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, luego de que una falla de diseño impidiera el despliegue de su paracaídas de frenado . El accidente contaminó muchos de los recolectores de muestras. Aunque la mayoría resultaron dañados, algunos de los recolectores fueron recuperados con éxito. [ 6 ]

El equipo científico de Genesis demostró que parte de la contaminación podía eliminarse o evitarse, y que las partículas del viento solar podían analizarse utilizando diversos enfoques, logrando así todos los objetivos científicos principales de la misión. [ 7 ] [ 8 ]

Objetivos

Los objetivos científicos principales de la misión fueron: [ 9 ]

  • Para obtener abundancias isotópicas solares precisas de iones en el viento solar, ya que prácticamente no se dispone de datos con la precisión suficiente para resolver problemas de la ciencia planetaria;
  • Para obtener abundancias elementales solares considerablemente mejoradas, con una precisión entre 3 y 10 veces superior a la que se encuentra en la bibliografía;
  • Proporcionar una reserva de materia solar para la ciencia del siglo XXI, que pueda archivarse de forma similar a como se archivaron las muestras lunares.

En consecuencia, para cumplir con los objetivos científicos de la misión, la nave espacial Genesis fue diseñada para recolectar iones del viento solar y traerlos de regreso a la Tierra para su análisis. [ 10 ] Genesis transportaba varios colectores de viento solar diferentes, todos los cuales recolectaban pasivamente el viento solar; es decir, los colectores se encontraban en el espacio orientados hacia el Sol, mientras que los iones del viento solar chocaban contra ellos a velocidades superiores a 200 km/s (120 mi/s) y, al impactar, se incrustaban en la superficie de los colectores. Esta recolección pasiva es un proceso similar al utilizado por la industria de semiconductores para fabricar ciertos tipos de dispositivos, y el programa de acceso libre SRIM ofrece una simulación del proceso . [ 11 ]  

La mayoría de los colectores de Genesis muestreaban continuamente todo el viento solar que la nave espacial encontraba (el "viento solar masivo"). 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 ) del viento solar, según lo determinado por los monitores de electrones e iones a bordo. [ 12 ] Estos conjuntos de colectores desplegables fueron diseñados para proporcionar datos que permitieran 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.

En Genesis existía un tercer tipo de colector : el concentrador, que recogía la mayor parte del viento solar, pero era selectivo, ya que repelía electrostáticamente el hidrógeno y tenía suficiente voltaje para enfocar los elementos más ligeros del viento solar en 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 del viento solar para que los analistas pudieran medir con precisión los isótopos de los elementos ligeros . [ 13 ] [ 14 ]

Operación

Perfil de la misión

La trayectoria y el plan de vuelo de la misión Génesis

Genesis fue una misión de la clase Discovery del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el Instituto Tecnológico de California . La nave espacial fue diseñada y construida por Lockheed Martin Space Systems a un costo total de la misión de 264 millones de dólares estadounidenses .

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 para la misión fue liderado por Martin Lo . Después del lanzamiento, Genesis viajó a la Tierra-Sol L 1 y luego realizó una maniobra de inserción de 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, cuando la nave espacial completó 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 un acercamiento directo habría obligado a que fuera recuperada de 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 ]

Fase de recuperación

El rescate en pleno vuelo, tal como estaba previsto , fue ensayado exhaustivamente.
La cápsula de retorno de muestras Genesis , fotografiada momentos antes de su impacto.

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. Durante la aproximación de la cápsula a la Tierra y las primeras etapas de la reentrada, todo parecía transcurrir con normalidad.

Se había llevado a cabo una planificación exhaustiva 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 contemplaba una recuperación en pleno vuelo de la cápsula de retorno de muestras. A unos 33 km (21 millas) de altura, se desplegaría un paracaídas de frenado para ralentizar el descenso. Luego, a una altura de 6,7 km (4,2 millas) , se desplegaría un parapente de gran tamaño para ralentizar aún más el descenso y mantener la cápsula en vuelo estable. Un helicóptero , con un segundo helicóptero de reserva, intentaría entonces atrapar la cápsula por su paracaídas, sujeta al extremo de un gancho de cinco metros (16 pies) . Una vez recuperada, la cápsula habría realizado un aterrizaje suave.     

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 defecto de diseño en un sensor de desaceleración, el despliegue del paracaídas nunca se activó y el descenso de la nave espacial se ralentizó únicamente por su propia resistencia del aire . [ 19 ] La recuperación en el aire prevista no pudo llevarse 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 parte de la cápsula interior de la muestra también resultó dañada. Los daños fueron menos graves de lo esperado dada su velocidad; el impacto se amortiguó en cierta medida al caer sobre terreno relativamente blando.

Los dispositivos pirotécnicos sin detonar en el sistema de despliegue del paracaídas y los gases tóxicos de las baterías retrasaron el acceso del equipo de recuperación al lugar del accidente. Una vez asegurada la zona, la cápsula de retorno de muestras dañada fue asegurada y trasladada a una sala limpia para su inspección; simultáneamente, un equipo de personal capacitado rastreó el lugar en busca de fragmentos del colector y tomó muestras del suelo del desierto local para archivarlas como referencia para identificar posibles contaminantes en el futuro. Las labores de recuperación realizadas por los miembros del equipo Genesis en el Campo de Pruebas y Entrenamiento de Utah —que incluyeron la inspección, catalogación y embalaje de varios colectores— duraron cuatro semanas. [ 20 ]

Destino del autobús espacial

La cápsula de retorno de muestras se rompió al impactar contra el suelo del desierto de Utah. La cápsula tenía 1,5 m (4,9 pies) de diámetro y una masa de 225 kg (496 libras) .    

Tras liberar la cápsula de retorno de muestras el 8 de septiembre de 2004, la nave espacial regresó al punto de Lagrange Tierra-Sol ( L1 ). El 6 de noviembre de 2004 se realizó una maniobra de corrección de trayectoria que permitió a la nave espacial abandonar L1 si no se utilizaba para una misión prolongada. El 2 de diciembre de 2004 se transmitieron las órdenes finales a la nave, [ 21 ] poniendo a Genesis en hibernación. En este modo "seguro", continuará transmitiendo información sobre su estado, orientando de forma autónoma sus paneles solares hacia el Sol. La nave espacial abandonó L1 alrededor del 1 de febrero de 2005, permaneciendo en una órbita heliocéntrica que precede a la Tierra. [ 22 ]

Extracción de muestras y resultados

Donald Burnett, investigador principal del proyecto Genesis, examina los restos del recipiente de muestras.

Las investigaciones iniciales mostraron que algunas obleas se habían desmoronado con el impacto, pero otras estaban prácticamente intactas. Entró tierra del desierto en la cápsula, pero no agua líquida. Dado que se esperaba que las partículas del viento solar estuvieran incrustadas en las obleas, mientras que se creía que la tierra contaminante probablemente solo estaría en la superficie, fue posible separar la tierra de las muestras. [ 23 ] Inesperadamente, no fue la tierra del desierto terrestre introducida en el choque lo que resultó más difícil de manejar durante el proceso de análisis de muestras, sino los propios compuestos de la nave, como lubricantes y materiales de construcción. [ 24 ]

El equipo de análisis afirmó que deberían poder alcanzar la mayoría de sus objetivos científicos principales. 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 científicos de la Universidad de Washington en San Luis para su análisis. [ 25 ]

Las muestras de viento solar de Genesis 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, se disponga de muestras prístinas de viento solar para la comunidad científica en las próximas décadas. [ 7 ] Sin embargo, la NASA anunció en julio de 2025 que, debido a restricciones presupuestarias, las muestras de la Colección Genesis ya no estarán disponibles para los investigadores por el momento, aunque la preservación continuará. [ 26 ]

Gases nobles

En 2007, científicos de la Universidad de Washington publicaron hallazgos detallados sobre isótopos de neón y argón . [ 27 ] Los resultados restantes sobre la composición elemental e isotópica de los gases nobles se publicaron en 2009. [ 28 ] Los resultados concuerdan 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 en al menos los últimos 100 millones de años. [ 28 ]

isótopos de oxígeno

El 20 de abril de 2005, 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 serían analizados para medir la composición isotópica del oxígeno solar, el objetivo de medición de máxima prioridad para Genesis . [ 29 ]

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 ( ¹⁶O ) en relación con la Tierra, la Luna, Marte y los meteoritos en general. [ 30 ] [ 31 ] Esto implica que un proceso desconocido agotó el oxígeno-16 en aproximadamente un 6% del disco de material protoplanetario del Sol antes de la coalescencia de los granos de polvo que formaron los planetas interiores y el cinturón de asteroides. [ 32 ]

isótopos de nitrógeno

El nitrógeno fue un elemento objetivo clave porque se desconocía el alcance y el origen de sus variaciones isotópicas en los materiales del Sistema Solar. El material objetivo mostró que el nitrógeno del viento solar implantado tiene una relación 15 N/ 14 N de2,18 × 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 ¹⁵N / ¹⁴N más baja conocida para objetos del Sistema Solar. Este resultado demuestra la extrema heterogeneidad isotópica del nitrógeno del Sistema Solar naciente y explica los componentes empobrecidos en ¹⁵N observados en los reservorios del Sistema Solar. [ 33 ]

Junta de Investigación de Accidentes (MIB)

Arriba: vista de la cápsula y el autobús Genesis . Abajo: primer plano del tipo de acelerómetro que se instaló al revés, con un lápiz como referencia de tamaño.

Se designó una Junta de Investigación de Accidentes (JIA) de la NASA, compuesta por 16 miembros, entre ellos expertos en pirotecnia , aviónica y otras especialidades. La JIA inició su labor el 10 de septiembre de 2004, al llegar al Campo de Pruebas de Dugway. Determinó que todo el equipo científico que debía ser custodiado por el Centro Espacial Johnson podía ser liberado y no era necesario para su trabajo. Tanto el JPL como Lockheed Martin comenzaron a preparar los datos de vuelo y otros registros para la JIA.

El 20 de septiembre de 2004, el MIB anunció que la cápsula, una vez extraído el material científico, sería trasladada a las instalaciones de Lockheed Martin Space Systems cerca de Denver, Colorado , para su uso por parte del MIB. [ 34 ]

Una primera posible causa raíz del fallo en el despliegue de los paracaídas se anunció en un comunicado de prensa del 14 de octubre. Lockheed Martin había diseñado el sistema con los mecanismos internos de un sensor de aceleración mal orientados (un interruptor G estaba al revés), y las revisiones de diseño no detectaron el error. El acelerómetro se instaló según el diseño incorrecto. El diseño previsto era establecer 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 de nuevo a 3 g para iniciar la secuencia de liberación del paracaídas. En cambio, nunca se estableció ningún contacto. [ 35 ]   

El mismo concepto general de paracaídas también se utilizó en la nave espacial Stardust , encargada de la recuperación de muestras de cometas , que aterrizó con éxito en 2006.

El presidente del comité de investigación de la NASA, Michael Ryschkewitsch, señaló que ninguno de los rigurosos procedimientos de revisión de la NASA había detectado un error, y dijo: "Sería muy fácil confundir esto". [ 36 ]

Este percance 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. [ 37 ] El 6 de enero de 2006, Ryschkewitsch reveló que Lockheed Martin omitió un procedimiento de prueba previo en la aeronave y señaló que la prueba podría haber detectado fácilmente el problema. [ 38 ]

Referencias

  1. ↑ "Génesis: En profundidad" . Exploración del Sistema Solar de la NASA. Diciembre de 2017. Consultado el 25 de septiembre de 2023 .
  2. 1 2 3 4 5 "Génesis: En profundidad" . Exploración del Sistema Solar de la NASA. Diciembre de 2017. Recuperado el 2 de febrero de 2020 .
  3. 1 2 3 "Génesis" . Archivo coordinado de datos de ciencia espacial de la NASA . Consultado el 2 de febrero de 2020 .
  4. ↑ Siddiqi, Asif A. (2018). Más allá de la Tierra: Crónica de la exploración del espacio profundo, 1958-2016 (PDF) . Serie de historia de la NASA (2.ª ed.). Washington, DC: Oficina del Programa de Historia de la NASA. pág. 2. ISBN   9781626830424. LCCN 2017059404 . SP2018-4041. 
  5. ↑ La misión Stardust de la NASA se lanzó dos años antes que Genesis , pero no regresó a la Tierra hasta dos años después del regreso de Genesis .
  6. ↑ "Muestras del viento solar de Genesis" . Serie de conservación. NASA/JPL.
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  • Página principal de Genesis del Laboratorio de Propulsión a Chorro
  • Perfil de la misión Génesis por el programa de Exploración del Sistema Solar de la NASA.
  • Vídeo de impacto . Archivado del original ( vídeo QuickTime ) el 16 de octubre de 2004.También disponible en YouTube.com.