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Articulo de referencia

Huygens (nave espacial)

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Huygens ( / ˈ h ɔɪ ɡ ən z / HOY -gənz ) fue una sonda espacial robótica de entrada atmosférica que aterrizó con éxito en Titán, la luna de Saturno , en 2005. Construida y operada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y lanzada por la NASA, formó parte de la misión Cassini-Huygens y se convirtió en la primera nave espacial en aterrizar en Titán y en el aterrizaje más lejano de la Tierra jamás realizado por una nave espacial. [ 3 ] La sonda recibió su nombre en honor al astrónomo holandés del siglo XVII Christiaan Huygens , [ 4 ] quien descubrió Titán en 1655.

La nave espacial combinada Cassini-Huygens fue lanzada desde la Tierra el 15 de octubre de 1997. [ 4 ] Huygens se separó del orbitador Cassini el 25 de diciembre de 2004 y aterrizó en Titán el 14 de enero de 2005 cerca de la región de Adiri . [ 5 ] El aterrizaje de Huygens es hasta ahora el único logrado en el Sistema Solar exterior y en una luna distinta de la Tierra. [ 6 ]

La sonda Huygens aterrizó en tierra firme, aunque en su diseño también se contempló la posibilidad de que lo hiciera en el océano . La sonda fue diseñada para recopilar datos durante unas horas en la atmósfera y, posiblemente, durante un breve periodo en la superficie. Continuó enviando datos durante aproximadamente 90 minutos después del aterrizaje.

Descripción general

La sonda Huygens fue diseñada para entrar en la atmósfera de Titán, frenar en ella y lanzar en paracaídas un laboratorio robótico totalmente instrumentado hasta la superficie. Cuando se planificó la misión, aún no se sabía con certeza si el lugar de aterrizaje sería una cordillera , una llanura , un océano o algún otro sitio, y se creía que el análisis de los datos de Cassini ayudaría a responder a estas preguntas.

Según las imágenes tomadas por Cassini a 1200 km (750 millas) sobre Titán, el lugar de aterrizaje parecía ser una costa. Suponiendo que el lugar de aterrizaje no fuera sólido, Huygens fue diseñada para sobrevivir al impacto, amerizar en una superficie líquida en Titán y enviar datos durante varios minutos en esas condiciones. De ocurrir esto, se esperaba que fuera la primera vez que una sonda construida por el hombre aterrizara en un océano extraterrestre. La nave espacial tenía una autonomía de batería de no más de tres horas, la mayor parte de la cual se planeaba usar durante el descenso. Los ingenieros esperaban obtener como máximo solo 30 minutos de datos de la superficie.  

Imagen en sección transversal de Huygens

El sistema de la sonda Huygens consta de la sonda propiamente dicha, de 318 kg (701 lb) , que descendió a Titán, y el equipo de soporte de la sonda (PSE), de 30 kg (66 lb) , que permaneció acoplado a la nave espacial en órbita. El escudo térmico de Huygens tenía un diámetro de 2,7 m (8,9 pies) . Tras la eyección del escudo, la sonda tenía un diámetro de 1,3 m (4,3 pies) . El PSE incluía la electrónica necesaria para rastrear la sonda, recuperar los datos recopilados durante su descenso y procesarlos y enviarlos al orbitador, desde donde se transmitían a la Tierra.        

La sonda permaneció inactiva durante los 6,7 años de viaje interplanetario, excepto por las revisiones de salud semestrales. [ 7 ] Estas revisiones siguieron secuencias de escenarios de descenso preprogramados lo más fielmente posible, y los resultados se transmitieron a la Tierra para su examen por expertos en sistemas y carga útil.

Antes de la separación de la sonda del orbitador el 25 de diciembre de 2004, se realizó una última comprobación de su estado. El temporizador de "desplazamiento libre" se programó con el tiempo preciso necesario para encender los sistemas de la sonda (15 minutos antes de su encuentro con la atmósfera de Titán). A continuación, la sonda se separó del orbitador y se desplazó por el espacio libre hasta Titán en 22 días sin que ningún sistema estuviera activo, salvo su temporizador de activación.

La fase principal de la misión consistió en un descenso en paracaídas a través de la atmósfera de Titán. Las baterías y demás recursos se dimensionaron para una duración de la misión Huygens de 153 minutos, lo que corresponde a un tiempo máximo de descenso de 2,5 horas más al menos 3 minutos adicionales (y posiblemente media hora o más) en la superficie de Titán. El enlace de radio de la sonda se activó al inicio de la fase de descenso, y el orbitador "escuchó" la sonda durante las siguientes tres horas, incluyendo la fase de descenso y los primeros treinta minutos después del aterrizaje. Poco después de finalizar esta ventana de comunicación de tres horas, la antena de alta ganancia (HGA) de Cassini se orientó lejos de Titán y hacia la Tierra.

Grandes radiotelescopios terrestres también escuchaban la transmisión de 10 vatios de Huygens mediante la técnica de interferometría de muy larga base y el modo de síntesis de apertura. A las 11:25 CET del 14 de enero, el Telescopio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) en Virginia Occidental detectó la señal portadora de Huygens . El GBT continuó detectando la señal portadora mucho después de que Cassini dejara de escuchar el flujo de datos entrante. Además del GBT, ocho de los diez telescopios del VLBA , que abarca todo el continente norteamericano y se encuentra en Pie Town y Los Alamos (Nuevo México ) ; Fort Davis (Texas) ; North Liberty (Iowa) ; Kitt Peak (Arizona) ; Brewster (Washington) ; Owens Valley (California) ; y Mauna Kea (Hawái) , también escuchaban la señal de Huygens . [ 8 ]

La intensidad de la señal recibida en la Tierra desde Huygens era comparable a la de la sonda Galileo (la sonda de descenso atmosférico de Júpiter) recibida por el VLA , y por lo tanto era demasiado débil para detectarla en tiempo real debido a la modulación de la señal por la telemetría (entonces desconocida) . En su lugar, se realizaron grabaciones de banda ancha de la señal de la sonda durante las tres horas de descenso. Una vez finalizada la transmisión de la telemetría de la sonda desde Cassini a la Tierra, se eliminó la modulación de datos, ahora conocida, de la señal grabada, dejando una portadora pura que podía integrarse durante varios segundos para determinar la frecuencia de la sonda. Se esperaba que, mediante el análisis del desplazamiento Doppler de la señal de Huygens durante su descenso a través de la atmósfera de Titán, se pudiera determinar la velocidad y la dirección del viento con cierto grado de precisión. Se determinó con precisión la posición del lugar de aterrizaje de Huygens en Titán (con un margen de error de un kilómetro; un kilómetro en Titán equivale a 1,3 minutos de arco de latitud y longitud en el ecuador) utilizando datos Doppler a una distancia de la Tierra de aproximadamente 1200 millones de kilómetros (8,0 UA) . La sonda aterrizó en la superficie de la luna en las coordenadas 10°34′23″S 192°20′06″O / 10,573°S 192,335°O / -10,573; -192,335 ( sonda Huygens ) . Se utilizó una técnica similar para determinar el lugar de aterrizaje de los vehículos exploradores de Marte, basándose únicamente en su telemetría.   

Recomendaciones

Huygens aterrizó alrededor de las 12:43 UTC del 14 de enero de 2005 con una velocidad de impacto similar a la de dejar caer una pelota en la Tierra desde una altura de aproximadamente 1 m (3 pies) . Dejó una hendidura de 12 cm (4,7 pulgadas) de profundidad antes de rebotar sobre una superficie plana y deslizarse entre 30 y 40 cm (12 y 16 pulgadas) sobre ella. Disminuyó su velocidad debido a la fricción con la superficie y, al llegar a su lugar de reposo final, se tambaleó de un lado a otro cinco veces. Los sensores de Huygens continuaron detectando pequeñas vibraciones durante otros dos segundos, hasta que el movimiento cesó unos diez segundos después del aterrizaje. La sonda levantó una nube de polvo (probablemente aerosoles orgánicos que se dispersan desde la atmósfera) que permaneció suspendida en la atmósfera durante unos cuatro segundos tras el impacto. [ 9 ]      

La primera imagen publicada, tomada desde una altitud de 16 km (9,9 millas) , muestra lo que se especula que son canales de drenaje que desembocan en una posible línea costera. Las zonas más oscuras son llanuras, mientras que las zonas más claras representan terrenos elevados.  

En el lugar de aterrizaje se observaron indicios de guijarros de hielo dispersos sobre una superficie anaranjada, la mayor parte de la cual está cubierta por una fina neblina de metano . Las primeras imágenes aéreas de Titán tomadas por Huygens fueron consistentes con la presencia de grandes masas de líquido en la superficie. Las fotos iniciales de Titán antes del aterrizaje mostraban lo que parecían ser grandes canales de drenaje que cruzaban el continente de color más claro hacia un mar oscuro. Algunas de las fotos sugerían islas y una costa envuelta en niebla. El análisis posterior de la trayectoria de la sonda indicó que, de hecho, Huygens había aterrizado dentro de la región oscura del "mar" en las fotos. Las fotos de la superficie de un paisaje seco similar al lecho de un lago sugieren que, si bien hay evidencia de líquido actuando en la superficie recientemente, es posible que actualmente no existan lagos o mares de hidrocarburos en el lugar de aterrizaje de Huygens . Sin embargo, datos adicionales de la misión Cassini confirmaron definitivamente la existencia de lagos permanentes de hidrocarburos líquidos en las regiones polares de Titán (véase Lagos de Titán ). También se descubrieron en 2012 lagos de hidrocarburos tropicales de larga duración (incluido uno no muy lejos del lugar de aterrizaje de Huygens en la región de Shangri-La, que tiene aproximadamente la mitad del tamaño del Gran Lago Salado de Utah , con una profundidad de al menos 1 m (3 pies) ). El probable proveedor en las zonas desérticas áridas son probablemente los acuíferos subterráneos ; en otras palabras, las regiones ecuatoriales áridas de Titán contienen " oasis ". [ 10 ]  

Imagen in situ de la superficie de Titán obtenida por Huygens (las imágenes izquierda y derecha tienen un procesamiento de imagen diferente). Glóbulos (probablemente de hielo de agua) de 10 a 15 cm de tamaño se encuentran sobre un sustrato más oscuro y de grano más fino, con una distribución espacial variable. El brillo en la parte superior izquierda de varias rocas sugiere iluminación solar desde esa dirección, lo que implica una vista hacia el sur, en concordancia con la evidencia preliminar de otros conjuntos de datos. Una región con un número relativamente bajo de rocas se ubica entre grupos de rocas en primer plano y en el fondo, y coincide con la orientación general de las estructuras en forma de canal en las imágenes de baja altitud tomadas desde menos de 7  km (4,3  millas) de altitud.

Inicialmente se informó que la superficie era un "material arcilloso que podría tener una corteza delgada seguida de una región de consistencia relativamente uniforme". Un científico de la ESA comparó la textura y el color de la superficie de Titán con una crème brûlée (es decir, una superficie dura que cubre una subsuperficie pegajosa similar al lodo). El análisis posterior de los datos sugiere que las lecturas de consistencia de la superficie probablemente fueron causadas por Huygens empujando un gran guijarro contra el suelo al aterrizar, y que la superficie se describe mejor como una "arena" hecha de granos de hielo [ 11 ] o nieve que se ha congelado en la superficie. [ 9 ] Las imágenes tomadas después del aterrizaje de la sonda muestran una llanura plana cubierta de guijarros. Los guijarros, que pueden estar hechos de hielo de agua recubierto de hidrocarburos, son algo redondeados, lo que puede indicar la acción de fluidos sobre ellos. [ 12 ] Las rocas parecen ser redondeadas, seleccionadas por tamaño y estratificadas por tamaño como si estuvieran ubicadas en el lecho de un arroyo dentro de un lecho lacustre oscuro, que consiste en material de grano más fino. No se observaron guijarros de más de 15 cm (5,9 pulgadas) de diámetro, mientras que las rocas de menos de 5 cm (2,0 pulgadas) son escasas en el lugar de aterrizaje de Huygens . Esto implica que los guijarros grandes no pueden ser transportados al lecho del lago, mientras que las rocas pequeñas se eliminan rápidamente de la superficie. [ 13 ]    

La temperatura en el lugar de aterrizaje fue de 93,8 K (−179,3 °C; −290,8 °F) y la presión de 1467,6 mbar (1,4484 atm) , lo que implica una abundancia de metano de 5 ± 1 % y una humedad relativa de metano del 50 % cerca de la superficie. Por lo tanto, es improbable que se produzcan nieblas terrestres causadas por metano en las proximidades del lugar de aterrizaje. [ 13 ] Los termómetros indicaron que el calor abandonó Huygens tan rápidamente que el suelo debió de estar húmedo, y una imagen muestra la luz reflejada por una gota de rocío mientras cae a través del campo de visión de la cámara. En Titán, la débil luz solar permite solo alrededor de un centímetro de evaporación por año (frente a un metro de agua en la Tierra), pero la atmósfera puede contener el equivalente a unos 10 m (30 pies) de líquido antes de que se forme la lluvia frente a solo unos pocos centímetros en la Tierra. Por lo tanto, se espera que el clima de Titán presente aguaceros torrenciales que provoquen inundaciones repentinas, intercalados con décadas o siglos de sequía. [ 14 ]       

Huygens descubrió que el brillo de la superficie de Titán (en el momento del aterrizaje) era aproximadamente mil veces menor que la iluminación solar total en la Tierra (o 500 veces mayor que la iluminación de la luna llena); es decir, el nivel de iluminación experimentado unos diez minutos después de la puesta del sol en la Tierra, aproximadamente al final del crepúsculo civil . El color del cielo y la escena en Titán es principalmente naranja debido a la atenuación mucho mayor de la luz azul por la neblina de Titán en comparación con la luz roja. El Sol (que estaba relativamente alto en el cielo cuando Huygens aterrizó) sería visible como un pequeño punto brillante, una décima parte del tamaño del disco solar visto desde la Tierra, y comparable en tamaño y brillo a un faro de automóvil visto desde unos 150 m (500 pies) . Proyecta sombras nítidas, pero de bajo contraste, ya que el 90% de la iluminación proviene del cielo. [ 13 ]  

Cronología detallada de las actividades de Huygens

Animación de la trayectoria de Huygens desde el 25 de diciembre de 2004 hasta el 14 de enero de 2005. Huygens · Titán · Saturno        
  • Huygens se separó del orbitador Cassini a las 02:00 UTC del 25 de diciembre de 2004 en el tiempo del evento espacial .
  • Según la ESA, Huygens entró en la atmósfera de Titán a las 10:13 UTC del 14 de enero de 2005, hora SCET.
  • La sonda aterrizó en la superficie de Titán a unos 10,6°S, 192,3°O alrededor de las 12:43 UTC en SCET (2  horas y 30  minutos después de la entrada atmosférica).(1.)

Horas antes del alunizaje, se produjo un tránsito de la Tierra y la Luna frente al Sol, visto desde Saturno/Titán. Huygens entró en la capa superior de la atmósfera de Titán 2,7  horas después de finalizar el tránsito de la Tierra, o apenas uno o dos minutos después de finalizar el tránsito de la Luna. Sin embargo, el tránsito no interfirió con la sonda Cassini ni con Huygens , por dos razones. Primero, aunque no podían recibir ninguna señal de la Tierra porque se encontraba frente al Sol, la Tierra sí podía detectarlas. Segundo, Huygens no envió datos legibles directamente a la Tierra. En cambio, transmitió datos a la sonda Cassini , que posteriormente retransmitió a la Tierra los datos recibidos.

Instrumentación

La sonda Huygens llevaba a bordo seis instrumentos que recogieron una amplia gama de datos científicos mientras descendía a través de la atmósfera de Titán. Los seis instrumentos son:

Instrumento de Estructura Atmosférica de Huygens (HASI)

Este instrumento contiene un conjunto de sensores que midieron las propiedades físicas y eléctricas de la atmósfera de Titán. Los acelerómetros midieron las fuerzas en los tres ejes mientras la sonda descendía a través de la atmósfera. Conociendo ya las propiedades aerodinámicas de la sonda, fue posible determinar la densidad de la atmósfera de Titán y detectar ráfagas de viento. La sonda se diseñó de manera que, en caso de aterrizaje sobre una superficie líquida, su movimiento debido a las olas también fuera medible. Los sensores de temperatura y presión midieron las propiedades térmicas de la atmósfera. El componente Analizador de Ondas Electromagnéticas y de Permitividad midió las conductividades de electrones e iones (es decir, partículas con carga positiva) de la atmósfera y buscó actividad de ondas electromagnéticas. En la superficie de Titán, se midió la conductividad eléctrica y la permitividad (es decir, la relación entre el campo de desplazamiento eléctrico y su campo eléctrico ) del material de la superficie. El subsistema HASI también contiene un micrófono, que se utilizó para registrar cualquier evento acústico durante el descenso y aterrizaje de la sonda [ 15 ].

Experimento de viento Doppler (DWE)

Este experimento utilizó un oscilador ultraestable que proporcionó una frecuencia portadora precisa en banda S que permitió al orbitador Cassini determinar con exactitud la velocidad radial de Huygens con respecto a Cassini mediante el efecto Doppler . [ 16 ] El movimiento horizontal inducido por el viento de Huygens se habría derivado de las mediciones del desplazamiento Doppler, corregidas por todos los efectos orbitales y de propagación conocidos. El movimiento oscilatorio de la sonda bajo su paracaídas debido a las propiedades atmosféricas también podría haberse detectado. La falla de los controladores terrestres al encender el receptor en el orbitador Cassini causó la pérdida de estos datos. [ 17 ] Los radiotelescopios terrestres pudieron reconstruir parte de ellos. Las mediciones comenzaron a 150 km (93 mi) sobre la superficie de Titán, donde Huygens fue arrastrado hacia el este a más de 400 km/h (250 mph) , [ 18 ] lo que concuerda con mediciones anteriores de los vientos a 200 km (120 mi) de altitud, realizadas en los últimos años utilizando telescopios . Entre 60 y 80 km (37 y 50 mi) , Huygens fue azotado por vientos que fluctuaban rápidamente, que se cree que son cizalladura vertical del viento. A nivel del suelo, las mediciones de desplazamiento Doppler terrestre y VLBI muestran vientos suaves de unos pocos metros por segundo, aproximadamente en línea con las expectativas.        

Radiómetro espectral/generador de imágenes de descenso (DISR)

Visualización de datos DISR durante el descenso de Huygens

Dado que Huygens era principalmente una misión atmosférica, el instrumento DISR se optimizó para estudiar el balance de radiación dentro de la atmósfera de Titán. Sus espectrómetros visibles e infrarrojos y fotómetros violetas midieron el flujo radiante ascendente y descendente desde una altitud de 145 km (90 mi) hasta la superficie. Cámaras de aureola solar midieron cómo la dispersión por aerosoles varía la intensidad directamente alrededor del Sol. Tres generadores de imágenes, que compartían el mismo CCD , capturaron periódicamente una franja de aproximadamente 30 grados de ancho, desde casi el nadir hasta justo por encima del horizonte. Con la ayuda de la sonda de rotación lenta, crearon un mosaico completo del lugar de aterrizaje, que, sorprendentemente, solo se hizo claramente visible por debajo de los 25 km (16 mi) de altitud. Todas las mediciones se cronometraron con la ayuda de una barra de sombra, que le indicaba a DISR cuándo el Sol había pasado por el campo de visión. Desafortunadamente, este esquema se vio afectado por el hecho de que Huygens giró en una dirección opuesta a la esperada. Justo antes del aterrizaje, se encendió una lámpara para iluminar la superficie, lo que permitió medir la reflectancia de la superficie en longitudes de onda que quedan completamente bloqueadas por la absorción del metano atmosférico .     

El DISR fue desarrollado en el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona bajo la dirección de Martin Tomasko, con la contribución de varios institutos europeos al hardware. "Los objetivos científicos del experimento se dividen en cuatro áreas, que incluyen: (1) medición del perfil de calentamiento solar para estudios del balance térmico de Titán; (2) imágenes y mediciones de reflexión espectral de la superficie para estudios de la composición, topografía y procesos físicos que forman la superficie, así como para mediciones directas del perfil del viento durante el descenso; (3) mediciones del brillo y grado de polarización lineal de la luz solar dispersa, incluyendo la aureola solar, junto con mediciones de la profundidad óptica de extinción de los aerosoles en función de la longitud de onda y la altitud para estudiar el tamaño, la forma, la distribución vertical, las propiedades ópticas, las fuentes y los sumideros de aerosoles en la atmósfera de Titán; y (4) mediciones del espectro del flujo solar descendente para estudiar la composición de la atmósfera, especialmente el perfil de la relación de mezcla de metano a lo largo del descenso." [ 19 ]

Cromatógrafo de gases acoplado a espectrómetro de masas (GC/MS)

Un trabajador de la Instalación de Mantenimiento de Carga Útil Peligrosa (PHSF, por sus siglas en inglés) se encuentra detrás de la parte inferior de la plataforma experimental de Huygens .

Este instrumento es un analizador químico de gases diseñado para identificar y medir sustancias químicas en la atmósfera de Titán. [ 20 ] Estaba equipado con muestreadores que se llenaban a gran altitud para su análisis. El espectrómetro de masas , un cuadrupolo de alto voltaje, recopiló datos para construir un modelo de las masas moleculares de cada gas, y el cromatógrafo de gases logró una separación más potente de especies moleculares e isotópicas . [ 21 ] Durante el descenso, el GC/MS también analizó los productos de pirólisis (es decir, muestras alteradas por calentamiento) que le fueron transferidos desde el Pirólisis del Recolector de Aerosoles. Finalmente, el GC/MS midió la composición de la superficie de Titán. Esta investigación fue posible calentando el instrumento GC/MS justo antes del impacto para vaporizar el material de la superficie al contacto. El GC/MS fue desarrollado por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard y el Laboratorio de Investigación de Física Espacial de la Universidad de Michigan .

Colector y pirólisis de aerosoles (ACP)

El experimento ACP extrajo partículas de aerosol de la atmósfera a través de filtros, luego calentó las muestras atrapadas en hornos (mediante el proceso de pirólisis ) para vaporizar los volátiles y descomponer los materiales orgánicos complejos. Los productos se transportaron a través de una tubería hasta el instrumento GC/MS para su análisis. Se proporcionaron dos filtros para recolectar muestras a diferentes altitudes. [ 22 ] El ACP fue desarrollado por un equipo (francés) de la ESA en el Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA).

Paquete de Ciencia de Superficies (SSP)

El SSP contenía varios sensores diseñados para determinar las propiedades físicas de la superficie de Titán en el punto de impacto, ya fuera sólida o líquida. [ 23 ] Un sondeo acústico , activado durante los últimos 100 m (300 pies) del descenso, determinaba continuamente la distancia a la superficie, midiendo la velocidad de descenso y la rugosidad de la superficie (por ejemplo, debido a las olas). El instrumento estaba diseñado para que, si la superficie era líquida, el sondeo midiera la velocidad del sonido en el "océano" y posiblemente también la estructura subsuperficial (profundidad). Durante el descenso, las mediciones de la velocidad del sonido proporcionaban información sobre la composición y la temperatura atmosféricas, y un acelerómetro registraba el perfil de desaceleración en el impacto, indicando la dureza y la estructura de la superficie. Un sensor de inclinación medía el movimiento pendular durante el descenso y también estaba diseñado para indicar la actitud de la sonda después del aterrizaje y mostrar cualquier movimiento debido a las olas. Si la superficie hubiera sido líquida, otros sensores también habrían medido su densidad , temperatura, conductividad térmica , capacidad calorífica, propiedades eléctricas ( permitividad y conductividad) e índice de refracción (utilizando un refractómetro de ángulo crítico). Se utilizó un penetrómetro , que sobresalía 55 mm (2,2 pulgadas) de la parte inferior del módulo de descenso de Huygens , para crear una traza de penetrómetro cuando Huygens aterrizaba en la superficie. Esto se hizo midiendo la fuerza ejercida sobre el instrumento por la superficie del cuerpo al atravesarla y ser empujado hacia abajo por el aterrizaje. La traza muestra esta fuerza en función del tiempo durante un período de aproximadamente 400 ms. La traza tiene un pico inicial que sugiere que el instrumento golpeó uno de los guijarros de hielo en la superficie fotografiada por la cámara DISR.    

El Huygens SSP fue desarrollado por el Departamento de Ciencias Espaciales de la Universidad de Kent y el Departamento de Ciencias Espaciales del Laboratorio Rutherford Appleton (actualmente RAL Space) bajo la dirección del profesor John Zarnecki . La investigación y la responsabilidad del SSP se transfirieron a la Open University cuando John Zarnecki se trasladó en el año 2000.

Diseño de naves espaciales

La aplicación del aislamiento multicapa brilla bajo una iluminación intensa durante el montaje final. El color dorado del aislamiento multicapa se debe a la luz que se refleja en el revestimiento de aluminio de la parte posterior de las láminas de Kapton de color ámbar .

El Huygens fue construido bajo la dirección de Aérospatiale como contratista principal en su Centro Espacial de Cannes Mandelieu , Francia, que ahora forma parte de Thales Alenia Space . El sistema de escudo térmico fue construido bajo la responsabilidad de Aérospatiale cerca de Burdeos, que ahora forma parte de Airbus Defence and Space .

Paracaídas

Martin-Baker Space Systems fue responsable de los sistemas de paracaídas de Huygens y de los componentes estructurales, mecanismos y pirotecnia que controlan el descenso de la sonda a Titán. IRVIN-GQ fue responsable de la definición de la estructura de cada uno de los paracaídas de Huygens . Irvin trabajó en el subsistema de control de descenso de la sonda bajo contrato con Martin-Baker Space Systems .

defectos de diseño

relé de telemetría de Cassini

Mucho después del lanzamiento, algunos ingenieros persistentes descubrieron que el equipo de comunicaciones de Cassini tenía un defecto de diseño potencialmente fatal, que habría causado la pérdida de todos los datos transmitidos por Huygens . [ 24 ] [ 25 ]

Dado que Huygens era demasiado pequeño para transmitir directamente a la Tierra, se diseñó para transmitir por radio los datos de telemetría obtenidos durante el descenso a través de la atmósfera de Titán a Cassini , que a su vez los retransmitiría a la Tierra utilizando su gran antena principal de 4 m (13 pies) de diámetro. Algunos ingenieros, en particular los empleados del ESOC de la ESA , Claudio Sollazzo y Boris Smeds , se mostraron preocupados porque, en su opinión, esta función no se había probado antes del lanzamiento en condiciones suficientemente realistas. Smeds logró, con cierta dificultad, persuadir a sus superiores para que realizaran pruebas adicionales durante el vuelo de Cassini . A principios del año 2000, envió datos de telemetría simulados con diferentes niveles de potencia y desplazamiento Doppler desde la Tierra a Cassini . Resultó que Cassini no pudo retransmitir los datos correctamente. [ 24 ]  

Esto se debía a que, según el plan de vuelo original, cuando Huygens descendiera a Titán, habría acelerado con respecto a Cassini , lo que habría provocado una variación en el desplazamiento Doppler de su señal. En consecuencia, el hardware del receptor de Cassini se diseñó para poder recibir en un rango de frecuencias desplazadas. Sin embargo, el firmware no tuvo en cuenta que el desplazamiento Doppler habría cambiado no solo la frecuencia portadora , sino también la sincronización de los bits de la carga útil , codificados mediante modulación por desplazamiento de fase a 8192 bits por segundo . [ 24 ]

Reprogramar el firmware era imposible, y como solución hubo que cambiar la trayectoria. Huygens se separó un mes más tarde de lo previsto (diciembre de 2004 en lugar de noviembre) y se acercó a Titán de tal manera que sus transmisiones viajaron perpendicularmente a su dirección de movimiento con respecto a Cassini , reduciendo considerablemente el efecto Doppler. [ 24 ]

El cambio de trayectoria compensó en gran medida el fallo de diseño y la transmisión de datos se realizó con éxito, aunque la información de uno de los dos canales de radio se perdió debido a un error ajeno.

Pérdida de datos del canal A

Huygens fue programada para transmitir datos de telemetría y científicos al orbitador Cassini para su retransmisión a la Tierra mediante dos sistemas de radio redundantes en banda S , denominados Canal A y B, o Cadena A y B. El Canal A era la única vía para un experimento que medía la velocidad del viento estudiando los pequeños cambios de frecuencia causados ​​por el movimiento de Huygens . En otra desviación deliberada de la redundancia total, las imágenes del generador de imágenes de descenso se dividieron, con cada canal transportando 350 imágenes.

Cassini nunca escuchó el canal A debido a un error en la secuencia de comandos enviados a la nave espacial. [ 17 ] Según funcionarios de la Agencia Espacial Europea (ESA), nunca se ordenó encender el receptor del orbitador. La ESA anunció que el error fue culpa suya, que el comando faltante formaba parte de una secuencia de comandos desarrollada por la ESA para la misión Huygens y que Cassini lo ejecutó tal como se le había indicado.

Debido a que no se utilizó el Canal A, solo se recibieron 350 imágenes en lugar de las 700 previstas. Todas las mediciones de radio Doppler entre Cassini y Huygens también se perdieron. Se realizaron mediciones de radio Doppler de Huygens desde la Tierra, aunque no fueron tan precisas como las mediciones perdidas de Cassini . El uso de sensores acelerómetros en Huygens y el seguimiento de la posición de la sonda Huygens desde la Tierra mediante VLBI permitieron realizar cálculos razonablemente precisos de la velocidad y dirección del viento.

Contribuciones de proyectos de ciencia ciudadana

El hecho de que Huygens rotara en la dirección opuesta a la prevista retrasó durante muchos meses la creación de mosaicos de superficie a partir de los datos brutos por parte del equipo del proyecto. Por otro lado, esto brindó una oportunidad para que algunos proyectos de ciencia ciudadana intentaran la tarea de ensamblar los mosaicos de superficie. Esto fue posible porque la Agencia Espacial Europea aprobó la publicación de las imágenes brutas del DISR y dio permiso a los científicos ciudadanos para presentar sus resultados en internet. [ 26 ] Algunos de estos proyectos de ciencia ciudadana han recibido mucha atención en la comunidad científica, [ 27 ] en revistas científicas de divulgación, [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] y en los medios de comunicación. [ 32 ] [ 33 ] Si bien a los medios les gustaba presentar la historia de aficionados que superaban a los profesionales, [ 28 ] [ 31 ] [ 32 ] la mayoría de los participantes se consideraban científicos ciudadanos, y la fuerza motriz detrás de su trabajo era el deseo de descubrir y mostrar la mayor cantidad posible de la superficie hasta entonces desconocida de Titán. Algunos proyectos de aficionados fueron los primeros en publicar mosaicos y panoramas de la superficie de Titán al día siguiente del aterrizaje de Huygens . [ 34 ] Otro proyecto trabajó con los datos DISR de Huygens durante varios meses hasta que prácticamente todas las imágenes con estructuras reconocibles pudieron asignarse a su posición correcta, lo que dio como resultado mosaicos y panoramas completos. [ 35 ] Un panorama de la superficie de este proyecto de ciencia ciudadana fue finalmente publicado en el contexto de una reseña de Nature por Joseph Burns. [ 36 ]

Lugar de aterrizaje

La sonda aterrizó en la superficie de Titán en 10°34′23″S 192°20′06″W / 10.573°S 192.335°W / -10.573; -192.335 . [ 2 ]

La cruz roja marca el lugar de aterrizaje de Huygens . La región brillante a la derecha es la región de Xanadú .

Véase también

Notas

  1. ↑ Desde su lanzamiento junto con Cassini, hasta el último contacto en la superficie de Titán.
  2. ↑ Desde su despliegue desde Cassini, crucero en solitario, EDL, hasta el último contacto en la superficie de Titán
  3. ↑ La misión de Huygens terminó cuando Cassini dejó de adquirir datos de la sonda al quedar el lugar de aterrizaje por debajo del horizonte local de Titán.

Referencias

  1. ↑ "Huygens" . sci.esa.int . Agencia Espacial Europea . 1 de septiembre de 2019. Consultado el 20 de marzo de 2026 .
  2. 1 2 B. Kazeminejad; DH Atkinson; JP Lebreton (2011). "El nuevo polo de Titán: Implicaciones para la trayectoria de entrada y descenso de Huygens y las coordenadas de aterrizaje" . Advances in Space Research . 47 (9): 1622– 1632. Bibcode : 2011AdSpR..47.1622K . doi : 10.1016/j.asr.2011.01.019 .
  3. ↑ P. Rincon (15 de enero de 2005). "Huygens envía las primeras imágenes de Titán" . BBC News . Consultado el 30 de agosto de 2016 .
  4. 1 2 "Cassini–Huygens" . science.nasa.gov . NASA . Archivado del original el 17 de diciembre de 2008. Recuperado el 21 de enero de 2013 .
  5. ↑ "Cassini-Huygens" . Agencia Espacial Europea . Consultado el 22 de marzo de 2019 .
  6. ↑ "Datos sobre la misión Cassini-Huygens" . Agencia Espacial Europea . Consultado el 22 de marzo de 2019 .
  7. ↑ "Huygens (GCMS): La misión" . science.gsfc.nasa.gov . NASA / GSFC . Archivado del original el 19 de febrero de 2013. Consultado el 30 de enero de 2013 .
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Bibliografía

  • Nature 438 , diciembre de 2005 - Los resultados analizados en nueve artículos, cartas al editor y medios relacionados están disponibles gratuitamente en línea.

Lecturas adicionales

  • Ralph Lorenz (2018). NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens: desde 1997 (orbitador Cassini, sonda Huygens y conceptos de exploración futura) (Manual de taller del propietario) . Haynes Manuals, Reino Unido. ISBN 978-1785211119.
  • Composiciones de imágenes realizadas por aficionados, anteriores a las publicaciones de la NASA y la ESA. Archivadas el 17 de enero de 2005 en la Wayback Machine.
  • Sitio web de la Agencia Espacial Europea sobre la misión Cassini-Huygens , que incluye vídeos del descenso.
  • Información científica de ESA Huygens
  • Animación interactiva en Flash de las órbitas de Cassini hasta 2008.
  • Últimas noticias sobre la investigación Huygens
  • Página de la misión Cassini-Huygens de la NASA
  • New Scientist — "Cassini-Huygens: Misión a Saturno"
  • Cobertura de Saturno por parte de la Planetary Society
  • Mosaicos de superficie y procesamiento de imágenes extenso realizado por un aficionado.
  • "La sonda Huygens: Ciencia, carga útil y descripción general de la misión"
  • El Exploratorium realiza transmisiones web sobre Saturno y Titán.
  • Boletín de la ESA sobre Huygens
  • Ingeniería del paracaídas y los sistemas informáticos de la sonda Huygens

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