SEÑORA

La Luna puede tener una atmósfera tenue de partículas en movimiento que constantemente saltan desde la superficie lunar y vuelven a caer a ella, dando lugar a una "atmósfera de polvo" que parece estática pero está compuesta de partículas de polvo en constante movimiento. Según los modelos propuestos desde 1956, ^{[ 17 ]} en el lado iluminado de la Luna, la radiación ultravioleta y de rayos X solar es lo suficientemente energética como para arrancar electrones de los átomos y moléculas del suelo lunar. Las cargas positivas se acumulan hasta que las partículas más pequeñas de polvo lunar (que miden 1 micrómetro o menos) son repelidas de la superficie y elevadas desde metros hasta kilómetros de altura, alcanzando las partículas más pequeñas las mayores altitudes. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} Finalmente, vuelven a caer hacia la superficie donde el proceso se repite. En el lado nocturno, el polvo está cargado negativamente por los electrones del viento solar . De hecho, el «modelo de la fuente» sugiere que el lado nocturno se cargaría a voltajes más altos que el lado diurno, posiblemente lanzando partículas de polvo a mayores velocidades y altitudes. ^{[ 18 ]} Este efecto podría intensificarse aún más durante la porción de la órbita de la Luna en la que pasa a través de la magnetocola terrestre ; ^{[ 21 ]} véase Campo magnético de la Luna para más detalles. En el terminador podrían formarse campos eléctricos horizontales significativos entre las áreas diurnas y nocturnas, lo que resultaría en el transporte horizontal de polvo. ^{[ 21 ]}

Además, se ha demostrado que la Luna tiene una " cola de sodio " demasiado tenue para ser detectada por el ojo humano. Tiene cientos de miles de millas de largo y fue descubierta en 1998 como resultado de las observaciones de científicos de la Universidad de Boston durante la lluvia de meteoros Leónidas . La Luna libera constantemente gas de sodio atómico desde su superficie, y la presión de la radiación solar acelera los átomos de sodio en dirección opuesta al Sol, formando una cola alargada que apunta en dirección contraria al Sol. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} Hasta abril de 2013, aún no se había determinado si los átomos de gas de sodio ionizados o el polvo cargado eran la causa de los brillos lunares reportados. ^{[ 25 ]}

Se esperaba que la nave espacial china Chang'e 3 , lanzada el 1 de diciembre de 2013 y que entró en órbita lunar el 6 de diciembre, ^{[ 26 ]} contaminara la tenue exosfera lunar con propelente de los motores y polvo lunar del aterrizaje. ^{[ 27 ]} Si bien se expresó preocupación de que esto pudiera interrumpir la misión de LADEE, ^{[ 27 ]} como sus lecturas de referencia de la exosfera lunar, en cambio proporcionó un valor científico adicional, ya que se conocían tanto la cantidad como la composición del escape del sistema de propulsión de la nave espacial. ^{[ 28 ]} Los datos de LADEE se utilizaron para rastrear la distribución y eventual disipación del escape y el polvo en la exosfera lunar. ^{[ 28 ] [ 29 ]} También fue posible observar la migración del agua , un componente del escape, lo que permitió comprender cómo se transporta y queda atrapada alrededor de los polos lunares. ^{[ 30 ]}

LADEE fue lanzada el 7 de septiembre de 2013 a las 03:27 UTC (6 de septiembre, 23:27  EDT) desde las instalaciones de vuelo de Wallops en el Puerto Espacial Regional del Atlántico Medio a bordo de un cohete portador Minotaur V. ^{[ 33 ]} Esta fue la primera misión lunar lanzada desde dichas instalaciones. El lanzamiento tuvo visibilidad potencial a lo largo de gran parte de la costa este de Estados Unidos, desde Maine hasta Carolina del Sur; el buen tiempo permitió que numerosos observadores, desde la ciudad de Nueva York hasta Virginia, presenciaran el ascenso, el apagado de la primera etapa y el encendido de la segunda. ^{[ 34 ]}

Como el Minotaur V es un cohete de propulsión sólida , el control de actitud de la nave espacial en esta misión funcionó de manera algo diferente a un cohete típico de combustible líquido, con una retroalimentación de bucle cerrado más continua . Las tres primeras etapas del Minotaur "vuelan un perfil de actitud preprogramado" para ganar velocidad y llevar el vehículo a su trayectoria preliminar, mientras que la cuarta etapa se utiliza para modificar el perfil de vuelo y llevar la nave espacial LADEE al perigeo para que la quinta etapa , estabilizada por rotación , coloque la nave espacial en una órbita altamente elíptica alrededor de la Tierra —la primera de tres— para comenzar un tránsito lunar de un mes de duración. ^{[ 35 ]}

Aunque ahora están separadas de la nave espacial LADEE, tanto la cuarta como la quinta etapa del Minotaur V alcanzaron la órbita y ahora son desechos espaciales en órbita terrestre . ^{[ 3 ]}

Una foto del lanzamiento en la que una rana es lanzada por los aires por la onda expansiva se hizo popular en las redes sociales. Se desconoce el estado de la rana. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Animación de la trayectoria de LADEE desde el 7 de septiembre de 2013 hasta el 31 de octubre de 2013. LADEE · Luna · Tierra        

Animación de la trayectoria de LADEE alrededor de la Luna desde el 1 de octubre de 2013 hasta el 17 de abril de 2014. LADEE · Luna     

LADEE adoptó un enfoque inusual en su tránsito alrededor de la Luna . Lanzada a una órbita terrestre altamente elíptica , la nave espacial realizó tres vueltas cada vez más grandes alrededor de la Tierra ^{[ 3 ]} antes de acercarse lo suficiente como para entrar en órbita lunar . El tránsito duró aproximadamente un mes. ^{[ 38 ]}

Tras separarse del Minotauro, se detectaron altas corrientes eléctricas en las ruedas de reacción del satélite , lo que provocó su apagado. No se detectó ningún fallo y, tras ajustar los límites de protección, se reanudó la orientación con las ruedas de reacción al día siguiente. ^{[ 39 ]}

La nave espacial LADEE realizó tres " órbitas de fase " alrededor de la Tierra antes de lograr una inserción en órbita lunar (LOI), que ocurrió en el perigeo de la tercera órbita usando un encendido de motor de tres minutos. ^{[ 3 ]} La órbita objetivo para la tercera órbita terrestre tenía un perigeo de 200 kilómetros (120 mi) , un apogeo de 278,000 km (173,000 mi) y una inclinación de 37.65 grados. El argumento planificado del perigeo es de 155 grados, mientras que su energía característica , C3, es de -2.75 km ² /s ² . ^{[ 3 ]} La trayectoria novedosa usando bucles de fase orbital se hizo por cuatro razones principales: ^{[ 40 ]}    

• El vehículo de lanzamiento Minotaur V no tenía suficiente delta-v para colocar el LADEE de 383 kg (844 lb) directamente en una inyección translunar .  
• para gestionar las posibles dispersiones de lanzamiento no nominales del Minotaur V —que es un conjunto de cinco etapas de cohete de combustible sólido y no se considera un cohete particularmente preciso— de una manera eficiente en cuanto al consumo de propulsor, al tiempo que se mantiene un perfil orbital flexible ante grandes dispersiones en la órbita de inyección inicial.
• Ampliar el plazo de lanzamiento a cinco días. Sin embargo, LADEE no lo necesitó, ya que el lanzamiento se produjo al inicio del plazo, el primer día.
• para aumentar la robustez de la misión ante cualquier maniobra orbital anómala o fallida de la nave espacial.

LADEE entró en órbita lunar el 6 de octubre de 2013, cuando se la colocó en una órbita de captura elíptica de 24 horas de duración. ^{[ 41 ]} LADEE fue rebajada aún más a una órbita de cuatro horas el 9 de octubre de 2013, ^{[ 42 ]} Se produjo un encendido adicional el 12 de octubre que bajó a LADEE a una órbita circular alrededor de la Luna con una altitud de aproximadamente 250 kilómetros (160 mi) para su fase de puesta en servicio, que duró unos 30 días. ^{[ 43 ]} Los sistemas e instrumentos de LADEE fueron revisados ​​después de que la órbita se rebajara a una altitud de 75 km (47 mi) . ^{[ 3 ]}   

El sistema láser pulsado de la Demostración de Comunicación Láser Lunar (LLCD) de LADEE realizó una prueba exitosa el 18 de octubre de 2013, transmitiendo datos entre la nave espacial y su estación terrestre en la Tierra a una distancia de 385 000 kilómetros (239 000 millas) . Esta prueba estableció un récord de enlace descendente de 622 megabits por segundo (Mbps) desde la nave espacial a la Tierra, y una "tasa de carga de datos sin errores de 20 Mbps" desde la estación terrestre a la nave espacial. ^{[ 44 ]} Las pruebas se llevaron a cabo durante un período de prueba de 30 días. ^{[ 45 ]} 

El LLCD es un sistema de comunicación óptica en espacio libre . Representa el primer intento de la NASA de establecer comunicación espacial bidireccional mediante un láser óptico en lugar de ondas de radio . Se espera que esto conduzca a la implementación de sistemas láser operativos en futuros satélites de la NASA.

Para las operaciones científicas, LADEE fue maniobrado a una órbita con un periselene de 20 km (12 mi) y un aposelene de 60 km (37 mi) . ^{[ 1 ]} La fase científica de la misión principal de LADEE se planeó inicialmente para 100 días, ^{[ 3 ]} y posteriormente se extendió 28 días. La extensión brindó la oportunidad al satélite de recopilar datos adicionales de muy baja altitud, equivalentes a un ciclo lunar completo, para ayudar a los científicos a desentrañar la naturaleza de la tenue exosfera de la Luna. ^{[ 46 ]}    

Los controladores de la nave espacial ordenaron un encendido final del motor el 11 de abril de 2014 para bajar LADEE a 2 km (1 milla) de la superficie lunar y prepararla para el impacto a más tardar el 21 de abril. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 47 ]} La sonda luego se enfrentó al eclipse lunar de abril de 2014 el 15 de abril, durante el cual no pudo generar energía porque estuvo en la sombra de la Tierra durante cuatro horas. ^{[ 48 ]} Los instrumentos científicos se apagaron y los calentadores se activaron y desactivaron durante el evento para conservar energía mientras mantenían caliente la nave espacial. ^{[ 48 ]} Los ingenieros no esperaban que LADEE sobreviviera, ya que no fue diseñada para soportar tal entorno, pero salió del eclipse con solo algunas fallas en los sensores de presión. ^{[ 9 ]}  

Durante su penúltima órbita el 17 de abril, el periapsis de LADEE la llevó a 300 m (1000 pies) de la superficie lunar. ^{[ 49 ]} Se perdió el contacto con la nave espacial alrededor de las 04:30 UTC del 18 de abril cuando se movió detrás de la Luna. ^{[ 8 ] [ 50 ]} LADEE impactó la superficie del lado oculto de la Luna en algún momento entre las 04:30 y las 05:22 a una velocidad de 5800 km/h (3600 mph) . ^{[ 9 ] [ 49 ]} Se eligió el lado oculto de la Luna para evitar la posibilidad de dañar lugares históricamente importantes como los sitios de aterrizaje de Luna y Apolo . ^{[ 8 ]} La NASA utilizó el Orbitador de Reconocimiento Lunar para fotografiar el lugar del impacto, que se determinó que estaba cerca del borde oriental del cráter Sundman V. ^{[ 10 ] [ 47 ] [ 49 ]}    

LADEE - Cráter de impacto ^{[ 10 ]}

Antes del impacto

Después del impacto

Imágenes superpuestas

Cráter Sundman V (borde oriental) ; 18 de abril de 2014

LADEE es la primera nave espacial diseñada , integrada , construida y probada por el Centro de Investigación Ames de la NASA . ^{[ 51 ]} La nave espacial tiene un diseño novedoso (un bus espacial que nunca antes había volado) y un costo mucho menor que las misiones científicas típicas de la NASA, lo que presentó desafíos novedosos para el equipo de diseño de trayectoria para lograr que la nueva nave espacial fuera lanzada a la Luna con un plan de trayectoria de vuelo espacial de alta confianza, mientras se lidiaba con un cohete nuevo de primer uso (Minotaur V) y una nave espacial sin historial de pruebas de vuelo . (ver Tránsito lunar , arriba). ^{[ 51 ]}

La misión LADEE utiliza el Bus Espacial Común Modular , o cuerpo, hecho de un compuesto de carbono ligero con una masa sin combustible de 248,2 kg (547 lb) . El bus tiene la capacidad de operar en varios tipos de misiones, incluidos viajes a la Luna y objetos cercanos a la Tierra , con diferentes módulos o sistemas aplicables. Este concepto modular es una forma innovadora de pasar de diseños personalizados a diseños multiuso y producción en línea, lo que podría reducir drásticamente el costo del desarrollo de naves espaciales. ^{[ 52 ]} Los módulos del bus de la nave espacial LADEE constan del Módulo Radiador que contiene la aviónica, el sistema eléctrico y los sensores de actitud; el Módulo Bus; el Módulo de Carga Útil que contiene los dos instrumentos más grandes; y los Módulos de Extensión, que albergan el sistema de propulsión. ^{[ 1 ]}  

Presupuesto

La estructura principal tiene 2,37 m (7,8 pies) de altura, 1,85 m (6,1 pies) de ancho y 1,85 m (6,1 pies) de profundidad. La masa total de la nave espacial es de 383 kg (844 lb) . ^{[ 1 ]}        

La energía eléctrica se generó mediante un sistema fotovoltaico compuesto por 30 paneles de células solares de silicio que producían 295 W a una UA . Los paneles solares estaban montados en las superficies exteriores del satélite y la energía eléctrica se almacenaba en una batería de iones de litio que proporcionaba hasta 24 Ah de potencia de 28 voltios . ^{[ 1 ]}

El sistema de propulsión LADEE constaba de un sistema de control orbital (OCS) y un sistema de control de reacción (RCS). El OCS proporcionaba control de velocidad a lo largo del eje +Z para grandes ajustes de velocidad. El RCS proporcionaba control de actitud en tres ejes durante las maniobras del sistema OCS, y también proporcionaba descargas de momento para las ruedas de reacción , que eran el sistema principal de control de actitud entre las maniobras del OCS. ^{[ 33 ]}

El motor principal era un propulsor de apogeo de alto rendimiento (HiPAT) de 455 N. Los propulsores de control de actitud de alta eficiencia de 22 N se fabrican con materiales resistentes a altas temperaturas y son similares al HiPAT. El motor principal proporcionaba la mayor parte del empuje para las maniobras de corrección de trayectoria de la nave espacial. Los propulsores del sistema de control se utilizaban para las pequeñas maniobras previstas para la fase científica de la misión. ^{[ 1 ]}

Tras la fase científica, se produjo un período de desmantelamiento, durante el cual la altitud se redujo gradualmente hasta que la nave espacial impactó la superficie lunar. ^{[ 1 ]}

LADEE transportaba tres instrumentos científicos y una carga útil para demostraciones tecnológicas.

La carga útil científica consta de: ^{[ 53 ]}

• El espectrómetro de masas neutro (NMS, por sus siglas en inglés) realizaba mediciones in situ de átomos y moléculas exosféricas mediante espectroscopia de masas . Partes del NMS se basaban en el instrumento SAM del Laboratorio Científico de Marte .
• El espectrómetro UV-Vis (UVS) medía tanto el polvo como la exosfera mediante espectroscopia ultravioleta-visible . El instrumento se basaba en el espectrómetro UV-Vis de la misión LCROSS .
• El Experimento de Polvo Lunar (LDEX) midió directamente el polvo utilizando un detector de ionización por impacto. Este funciona midiendo la ionización de las partículas que impactan en el detector. ^{[ 54 ]} El instrumento se basó en la experiencia adquirida con instrumentos similares en Galileo , Ulysses y Cassini .

LADEE también transportó una carga útil de demostración tecnológica para probar un sistema de comunicación óptica . La Demostración de Comunicación Láser Lunar (LLCD) utilizó un láser para transmitir y recibir datos como pulsos de luz, de forma muy similar a como se transfieren los datos en un cable de fibra óptica . Se utilizaron tres estaciones terrestres. Este método de comunicación podría proporcionar velocidades de datos cinco veces superiores a las del sistema de comunicación por radiofrecuencia anterior . ^{[ 32 ] [ 55 ]} La tecnología es un predecesor directo del sistema de Demostración de Retransmisión de Comunicaciones Láser (LCRD) de la NASA, cuyo lanzamiento estaba previsto para 2017, ^{[ 56 ] [ 57 ]} y que finalmente se lanzó en 2021. ^{[ 58 ]}

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  LADEE con instrumentos etiquetados
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  NMS
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  UVS
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  LDEX