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Articulo de referencia

Giotto (nave espacial)

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Giotto fue una misión espacial robótica europea de la Agencia Espacial Europea . La nave sobrevoló el cometa Halley y lo estudió, convirtiéndose así en la primera nave espacial en realizar observaciones cercanas de un cometa. El 13 de marzo de 1986, la nave logró aproximarse al núcleo de Halley a una distancia de 596 kilómetros. Recibió su nombre en honor al pintor del Renacimiento italiano temprano Giotto di Bondone , quien había observado el cometa Halley en 1301 y se inspiró en él para representarlo como la estrella de Belén en su pintura La Adoración de los Magos en la Capilla Scrovegni .

Misión

Desarrollo

trayectoria de Giotto

Los miembros del Grupo de Trabajo del Sistema Solar de la ESA comenzaron a investigar una misión al cometa Halley en 1977 antes de rechazarla en agosto de 1978 en favor de un orbitador lunar. [ 3 ] Poco después, el Comité Asesor Científico revirtió esta decisión y la ESA comenzó a estudiar una misión conjunta con la NASA. [ 3 ] Esta misión sería la Misión Internacional al Cometa, que consistiría en una sonda portadora de la NASA y una sonda europea más pequeña basada en la ISEE-2 . [ 4 ] El plan era que la sonda estadounidense liberara la sonda europea hacia Halley para un sobrevuelo cercano antes de continuar explorando el cometa 10P/Tempel . [ 4 ] La sonda de la NASA fue cancelada en noviembre de 1979. [ 5 ]

Las propuestas luego pasaron a una misión lanzada por Ariane 1 siendo la primera opción considerada una sugerida por Giuseppe Colombo . [ 6 ] Llamada HAPPEN, implicaba usar partes de un satélite Geos-3 planeado para examinar primero la magnetocola de la Tierra antes de volar a través de la cola del cometa Halley en marzo de 1986. [ 6 ] Esto fue rechazado el 24 de enero de 1980 por el grupo de trabajo del Sistema Solar por no ofrecer suficiente información sobre Halley. [ 6 ] En febrero de 1980 se propuso que Ariane 1 lanzara dos sondas basadas en Geos. [ 7 ] Una para examinar la magnetocola y la otra para apuntar al cometa Halley. [ 7 ] Fue en este punto el nombre Giotto comenzó a usarse. [ 7 ] La propuesta fue aprobada por el Comité Asesor Científico y luego pasó al comité del programa científico. [ 7 ] El comité del programa científico rechazó inicialmente la misión en favor del satélite Hipparcos , aunque le dio a Giotto la oportunidad de presentar una segunda propuesta sin la misión Magnetotail, pero con una planificación más extensa y un presupuesto de 80 millones de unidades contables. [ 8 ] En julio de 1980, el comité aprobó la segunda propuesta con un presupuesto de 80 millones de unidades contables. [ 9 ] El programa Hipparcos, aunque retrasado, también continuó. [ 9 ]

En marzo de 1981, British Aerospace presentó su diseño basado en el Geos a la ESA. [ 10 ] Este fue rechazado debido a problemas con el control de potencia y temperatura. [ 10 ] En ese mismo período, se descubrió que el diseño del Geos se había quedado obsoleto hasta el punto de que ya no era posible obtener piezas. [ 10 ] Como resultado, se diseñó una nueva nave, algo más grande, aunque British Aerospace siguió siendo el contratista principal. [ 10 ]

Originalmente se planeó lanzar Giotto en un Ariane 2 junto con un satélite comercial. [ 11 ] [ 7 ] Esto luego se cambió a un Ariane 3 antes de que las dificultades para encontrar un cliente que quisiera volar durante la ventana de lanzamiento resultaran en que Giotto fuera asignado solo a un Ariane 1 que estaba disponible después de que EXOSAT fuera lanzado por un Thor-Delta . [ 12 ] [ 11 ]

Había planes para tener equipo de observación a bordo de un transbordador espacial en órbita terrestre baja alrededor de la época del sobrevuelo de Giotto , pero a su vez fracasaron con el desastre del Challenger . [ 13 ]

El plan se convirtió entonces en una armada cooperativa de cinco sondas espaciales, incluyendo Giotto , dos del programa Vega de la Unión Soviética y dos de Japón: las sondas Sakigake y Suisei . La idea era que las sondas japonesas y la sonda estadounidense preexistente International Cometary Explorer realizaran mediciones de larga distancia, seguidas por las sondas soviéticas Vega que localizarían el núcleo, y la información resultante enviada de vuelta permitiría a Giotto apuntar con precisión muy cerca del núcleo. Debido a que Giotto pasaría tan cerca del núcleo, existía el riesgo de que no sobreviviera al encuentro debido a la colisión de la nave espacial a muy alta velocidad con las numerosas partículas de polvo del cometa, con estimaciones de sus posibilidades de supervivencia que oscilaban entre alrededor del 90% y el cero. [ 14 ] [ 15 ] El grupo coordinado de sondas se conoció como la Armada Halley .

Diseño

Una imagen de la nave espacial Giotto durante su construcción.

La nave espacial cilíndrica tenía 1,87  m de diámetro y 2,85 m de longitud. [ 16 ] Tenía tres plataformas internas. Construida por British Aerospace en Filton, Bristol, llevaba un escudo antipolvo ( escudo Whipple ) propuesto por Fred Whipple . El escudo constaba de una lámina delgada (1  mm) de aluminio separada por un espacio y una lámina de Kevlar  más gruesa (12 mm) . [ 17 ] La posterior nave espacial Stardust utilizaría un escudo Whipple similar. Giotto también tenía una antena de 1,51 m de diámetro que utilizaba para comunicarse con la Tierra . [ 17 ] La nave estaba pintada de blanco con una pintura conductora selectiva desarrollada por el Centre national d'études spatiales . [ 18 ] 

Una maqueta de la nave espacial se encuentra en el hangar de la Colección Aeronáutica de Bristol, en Filton , Bristol , Inglaterra .

La aeronave estaba equipada con un motor Mage fabricado por Societe Europeenne de Propulsion .

Instrumentos científicos

Giotto tenía 10 instrumentos científicos. [ 19 ] [ 20 ]

  • MAG: un magnetómetro
  • HMC (Halley Multicolor Camera): un telescopio y cámara de 16 cm.
  • DID (Sistema Detector de Impacto de Polvo): mide la masa de partículas de polvo que impactan el instrumento.
  • RPA (Analizador de Plasma de Rème): estudió el viento solar y las partículas cargadas.
  • JPA (Analizador de Plasma Johnstone): también midió el viento solar y las partículas cargadas.
  • PIA (Analizador de Impacto de Partículas): estudió el tamaño y la composición química de las partículas.
  • OPE (Experimento de Sonda Óptica): examinó la emisividad del gas y el polvo detrás de la nave espacial.
  • EPA (Analizador de Partículas Energéticas): analiza partículas alfa, electrones y neutrones.
  • NMS (Espectrómetro de Masas Neutras): midió la composición de las partículas alrededor del cometa.
  • Espectrómetro de masas de iones (IMS): mide la cantidad de iones provenientes del sol y del cometa.
  • GRE (Experimento de Radio de Giotto): utilizó las señales de radio de Giotto para estudiar el cometa Halley.

Cronología

Prelanzamiento

La ESA tomó posesión de la sonda el 22 de abril de 1985 y, posteriormente ese mismo mes, fue trasladada a la Guayana Francesa sin su cámara. [ 21 ] La cámara realizó el viaje transatlántico el 17 de mayo. [ 21 ] Existía una ventana de lanzamiento de 22 días que comenzaba a las 11:13 UTC del 2 de julio. [ 22 ] En los últimos minutos antes del lanzamiento, la temperatura de la sonda comenzó a descender por debajo de los -20 grados centígrados debido al enfriamiento por el helio líquido del cohete. [ 22 ] Esto finalmente no causó problemas. [ 22 ]

Lanzamiento

La misión fue lanzada en un cohete Ariane 1 (vuelo V14) el 2 de julio de 1985 desde Kourou, Guayana Francesa . [ 23 ] La nave fue controlada desde las instalaciones de la Agencia Espacial Europea ESOC en Darmstadt (entonces Alemania Occidental) inicialmente en Órbita de Transferencia Geoestacionaria (GTO) luego en Fase Cercana a la Tierra (NEP) antes de la Fase de Crucero más larga hasta el encuentro. Mientras estaba en GTO se llevaron a cabo varias maniobras de giro y aceleración (hasta 90 RPM ) en preparación para el encendido del Motor de Impulso de Apogeo (ABM), aunque a diferencia de las circularizaciones de órbita para la órbita geoestacionaria , el ABM para Giotto se encendió en el perigeo . La determinación y el control de actitud utilizaron pulso solar y datos del sensor terrestre IR en la telemetría para determinar la orientación de la nave espacial.

Fase de crucero

El 13 de septiembre de 1985, la cámara de Giotto fue probada fotografiando Vega . [ 24 ] Para proporcionar un objetivo más brillante, la Tierra fue fotografiada el 18 y el 23 de octubre. [ 24 ] Todas estas pruebas fueron exitosas. [ 24 ] En enero de 1986, un retraso en el envío de instrucciones a Giotto provocó que entrara en modo seguro. [ 25 ] Se restableció el funcionamiento normal con la ayuda de la red de espacio profundo de la NASA. [ 25 ] La sonda fue alcanzada por una llamarada solar el 8 de febrero, pero no sufrió daños. [ 13 ]

encuentro con Halley

La sonda soviética Vega 1 comenzó a enviar imágenes del cometa Halley el 4 de marzo de 1986, y la primera de su núcleo, y realizó su sobrevuelo el 6 de marzo, seguida por la Vega 2 que realizó su sobrevuelo el 9 de marzo. [ 26 ] El 4 de marzo también fue la fecha en que Giotto tomó su primera foto distante del cometa desde un rango de 59 millones de kilómetros. [ 13 ] El 12 de marzo se realizó una corrección de rumbo final con el objetivo de colocar la sonda a 540 km del núcleo. [ 27 ] La distancia se eligió porque 500 km era la distancia mínima a la que la cámara de Giotto podía rastrear el cometa, siendo los 40 km adicionales la incertidumbre en la posición del cometa. [ 27 ] Tres horas antes de que la sonda alcanzara su distancia mínima del cometa, la cámara comenzó a seguir su programa de encuentro tomando una foto cada 4 segundos. [ 28 ] Esto reveló que estaba rastreando el cometa a la velocidad incorrecta y se tuvo que realizar una corrección de último minuto en su programación. [ 28 ]

Giotto pasó con éxito el Halley el 14 de marzo de 1986 a  una distancia de 596 km y, sorprendentemente, sobrevivió a pesar de ser impactado por algunas partículas pequeñas. Un impacto, 7,6 segundos antes del máximo acercamiento, lo hizo girar fuera de su eje de rotación estabilizado, de modo que su antena ya no apuntaba siempre a la Tierra y su escudo antipolvo ya no protegía algunos de sus instrumentos. [ 29 ] Después de 32 minutos , Giotto se estabilizó nuevamente y reanudó el contacto de radio completo con la Tierra. [ 30 ]

Otro impacto destruyó la cámara multicolor Halley, pero no antes de que tomara fotografías del núcleo en su punto más cercano. El espectrómetro de masas neutras también se perdió. [ 15 ] Además de los instrumentos científicos, la sonda también sufrió daños en su mapeador estelar y su aislamiento. [ 31 ]

El cometa Halley en el punto de máxima aproximación de la nave espacial Giotto.

Primer sobrevuelo de la Tierra

La trayectoria de Giotto se ajustó para un sobrevuelo de la Tierra y sus instrumentos científicos se apagaron el 15 de marzo de 1986 a las 02:00 UTC.

Encuentro entre Grigg y Skjellerup

Giotto recibió la orden de despertarse el 2 de julio de 1990, cuando sobrevolara la Tierra, para impulsarse hacia su siguiente encuentro con un cometa.

La sonda sobrevoló el cometa Grigg-Skjellerup el 10 de julio de 1992, acercándose a una distancia de unos 200  km. Posteriormente, Giotto fue apagado de nuevo el 23 de julio de 1992.

El costo de esta extensión de la misión fue de 6,3 millones de dólares. [ 32 ]

Segundo sobrevuelo de la Tierra

En 1999, Giotto realizó otro sobrevuelo de la Tierra, pero no fue reactivado. [ 33 ]

Resultados científicos

Las imágenes mostraron que el núcleo de Halley era un cuerpo oscuro con forma de cacahuete, de 15  km de largo y entre 7  y 10  km de ancho. Solo el 10 % de su superficie estaba activa, observándose al menos tres chorros de desgasificación en el lado iluminado por el sol. Los análisis revelaron que el cometa se formó hace 4500 millones de años a partir de volátiles (principalmente hielo) que se condensaron sobre partículas de polvo interestelar. Desde su formación, se había mantenido prácticamente inalterado.

Volumen medido del material expulsado por el Halley:

Giotto descubrió que el núcleo de Halley era oscuro, lo que sugería una gruesa capa de polvo. [ 34 ]

La superficie del núcleo era rugosa y porosa, con una densidad de tan solo 0,3 g/cm³ . [ 34 ] El equipo de Sagdeev estimó una densidad de 0,6 g/cm³ , [ 35 ] pero SJ Peale advirtió que todas las estimaciones tenían márgenes de error demasiado amplios para ser informativas. [ 36 ]

Se encontró que la cantidad de material eyectado era de tres toneladas por segundo [ 37 ] para siete chorros, y estos hicieron que el cometa oscilara durante largos períodos de tiempo. [ 34 ]

El polvo expulsado era en su mayoría del tamaño de partículas de humo de cigarrillo, con masas que oscilaban entre 10 ag y 0,4 g. (Véase Órdenes de magnitud (masa) ). No se midió la masa de la partícula que impactó a Giotto y lo hizo girar, pero a partir de sus efectos —probablemente también desprendió un trozo de Giotto [ 37 ] — se ha estimado que su masa se encuentra entre 0,1  g y 1  g. [ 34 ]

Se observaron dos tipos de polvo: uno con carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno; el otro con calcio, hierro, magnesio, silicio y sodio. [ 34 ]

La proporción de abundancias de los elementos ligeros del cometa, excluyendo el nitrógeno (es decir, hidrógeno, carbono y oxígeno), era la misma que la del Sol. Esto implica que los componentes del cometa Halley se encuentran entre los más primitivos del Sistema Solar.

Los instrumentos de espectrometría de masas de plasma e iones mostraron que Halley tiene una superficie rica en carbono.

Logros en naves espaciales

  • Giotto realizó el acercamiento más cercano al cometa Halley y proporcionó los mejores datos sobre este cometa. [ 38 ]
  • Giotto fue la primera nave espacial:
  • para proporcionar imágenes detalladas de un núcleo cometario. [ 39 ]
  • realizar un sobrevuelo cercano de dos cometas. El joven y activo cometa Halley podría compararse con el antiguo cometa Grigg-Skjellerup .
  • regresar del espacio interplanetario y realizar una parada en la Tierra.
  • para ser reactivado desde el modo de hibernación.
  • utilizar la Tierra como asistencia gravitatoria. [ 1 ]

Propuestas de Giotto II

Se propuso utilizar piezas de repuesto para construir una nave de reserva. [ 40 ] Se propuso una segunda vez utilizar una sonda basada en Giotto para traer de vuelta una muestra de la coma de un cometa con una cápsula de reentrada en lugar del motor Mage. [ 33 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Asif Siddiqi (2018). Más allá de la Tierra: Crónica de la exploración del espacio profundo, 1958-2016 (PDF) (segunda  ed.). NASA . ISBN 978-1-626-83043-1Consultado el 30 de noviembre de 2022 .
  2. ↑ "Giotto" . nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Archivado del original el 25 de diciembre de 2021. Consultado el 21 de junio de 2016 .
  3. 1 2 Calder, Nigel (1992). Giotto a los cometas . Londres: Presswork. págs. 21–24 . ISBN  0-9520115-0-6.
  4. 1 2 Calder, Nigel (1992). Giotto a los cometas . Londres: Presswork. págs. 25–28 . ISBN  0-9520115-0-6.
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  6. 1 2 3 Calder, Nigel (1992). Giotto a los cometas . Londres: Presswork. págs. 31–32 . ISBN  0-9520115-0-6.
  7. 1 2 3 4 5 Calder, Nigel (1992). Giotto a los cometas . Londres: Presswork. págs. 33–35 . ISBN  0-9520115-0-6.
  8. ↑ Calder, Nigel (1992). Giotto a los cometas . Londres: Presswork. págs. 35–36 . ISBN  0-9520115-0-6.
  9. 1 2 Calder, Nigel (1992). Giotto a los cometas . Londres: Presswork. pág. 38. ISBN  0-9520115-0-6.
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  • Sitio web de la misión
  • Entrevista realizada por el programa de Exploración del Sistema Solar de la NASA al científico adjunto del proyecto de la misión.
  • Naturaleza 1986 sobre la misión de Giotto
  • La pintura de Giotto di Bondone, La Adoración de los Magos , que incluye su representación del cometa Halley.
  • Imagen del Halley en 1986 tomada por la nave espacial Giotto.
  • Archivo de la misión Giotto en el Sistema de Datos Planetarios de la NASA, Nodo de Cuerpos Menores
  • Archivo de la Misión Extendida Giotto en el Sistema de Datos Planetarios de la NASA, Nodo de Cuerpos Menores