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Articulo de referencia

Orbitador de reconocimiento de Marte

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El Orbitador de Reconocimiento de Marte ( MRO ) es una nave espacial diseñada para buscar la existencia de agua en Marte y brindar apoyo a las misiones a Marte , como parte del Programa de Exploración de Marte de la NASA . Fue lanzado desde Cabo Cañaveral el 12 de agosto de 2005 a las 11:43 UTC y llegó a Marte el 10 de marzo de 2006 a las 21:24 UTC. En noviembre de 2006, después de seis meses de frenado aerodinámico , entró en su órbita científica final y comenzó su fase científica principal.

Los objetivos de la misión incluyen observar el clima de Marte , investigar las fuerzas geológicas , realizar el reconocimiento de futuros lugares de aterrizaje y transmitir datos de las misiones de superficie a la Tierra. Para apoyar estos objetivos, la MRO transporta diferentes instrumentos científicos, incluyendo tres cámaras, dos espectrómetros y un radar subsuperficial . A fecha de 29 de julio de 2023 , el MRO ha devuelto más de 450 terabits de datos, ha ayudado a elegir lugares de aterrizaje seguros para los módulos de aterrizaje de la NASA en Marte y ha descubierto hielo de agua pura en nuevos cráteres y más evidencia de que alguna vez fluyó agua en la superficie de Marte. [ 3 ]

La nave espacial continúa operando en Marte, mucho más allá de su vida útil prevista. Debido a su papel fundamental como repetidor de datos de alta velocidad para misiones terrestres, la NASA tiene la intención de continuar la misión el mayor tiempo posible, al menos hasta finales de la década de 2020. Al 27 de julio de 2026 , la MRO había estado activa en Marte durante 7245 soles , o 20 años, 4 meses y 17 días , y es la tercera nave espacial de mayor duración en orbitar Marte, después de la Mars Odyssey de 2001 y la Mars Express .   

Prelanzamiento

Tras los fracasos de las misiones Mars Climate Orbiter y Mars Polar Lander en 1999, la NASA reorganizó y replanificó su Programa de Exploración de Marte . En octubre de 2000, la NASA anunció sus planes reformulados para Marte, que redujeron el número de misiones previstas e introdujeron un nuevo lema: «seguir el agua». Los planes incluían el Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ), cuyo lanzamiento estaba previsto para 2005. [ 4 ]

El 3 de octubre de 2001, la NASA seleccionó a Lockheed Martin como contratista principal para la fabricación de la nave espacial. [ 5 ] A finales de 2001, se habían seleccionado todos los instrumentos de la misión. No hubo contratiempos importantes durante la MRO ( Mantenimiento, Revisión y Operación).su construcción, y la nave espacial llegó al Centro Espacial John F. Kennedy el 30 de abril de 2005 para los preparativos del lanzamiento. [ 6 ] [ 7 ]

Objetivos de la misión

Componentes de MRO

La MRO tenía objetivos tanto científicos como de "apoyo a la misión", los cuales se llevaron a cabo durante las fases de la misión. La Fase Científica Primaria duró hasta noviembre de 2008, momento en el que la NASA declaró la misión un éxito. [ 8 ] : 18 La Fase Científica Extendida, que duró de 2008 a 2010, se planeó inicialmente para apoyar al módulo de aterrizaje Phoenix y al Laboratorio Científico de Marte , pero estos resultaron inaccesibles y se retrasaron respectivamente, lo que permitió a la MRO continuar estudiando Marte. [ 8 ] : 19–20 Después de 2010, la misión consistió en fases de Misión Extendida (EM), cada una con una duración de dos años hasta EM4, y tres años a partir de entonces. [ 8 ] : 28 En 2024, la MRO se encontraba en su sexta misión extendida. [ 8 ] : 13

Los objetivos científicos formales de MRO son observar el clima actual, en particular su circulación atmosférica y variaciones estacionales; buscar indicios de agua, tanto pasada como presente, y comprender cómo alteró la superficie del planeta; y cartografiar y caracterizar las fuerzas geológicas que dieron forma a la superficie. [ 9 ]

Para apoyar otras misiones a Marte, la MRO también tiene objetivos de apoyo a la misión. Estos consisten en proporcionar servicios de retransmisión de datos desde las misiones terrestres a la Tierra, caracterizar la seguridad y viabilidad de posibles futuros lugares de aterrizaje y recorridos de los rovers marcianos , y capturar datos de las fases de entrada, descenso y aterrizaje de los rovers. [ 9 ] [ 8 ] : 12

MRO desempeñó un papel clave en la elección de lugares de aterrizaje seguros para el módulo de aterrizaje Phoenix en 2008, el rover Mars Science Laboratory / Curiosity en 2012, el módulo de aterrizaje InSight en 2018 y el rover Mars 2020 / Perseverance en 2021. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Lanzamiento e inserción orbital

Lanzamiento del Atlas V con el MRO a bordo , 11:43:00 UTC, 12 de agosto de 2005.
Transferencia de órbita de la Tierra a Marte. TCM-1 a TCM-4 indican las maniobras de corrección de trayectoria planificadas .
Animación de la trayectoria de la MRO alrededor de Marte desde el 10 de marzo de 2006 hasta el 30 de septiembre de 2007. MRO · Marte     
Obra de arte de frenado aerodinámico MRO

El 12 de agosto de 2005, MRO fue lanzado a bordo de un cohete Atlas V-401 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . [ 13 ] La etapa superior Centaur del cohete completó sus encendidos durante un período de 56 minutos y colocó a MRO en una órbita de transferencia interplanetaria hacia Marte. [ 14 ]

La MRO viajó por el espacio interplanetario durante siete meses y medio antes de llegar a Marte. Durante el trayecto, se probaron y calibraron la mayoría de los instrumentos y experimentos científicos . Para asegurar una correcta inserción orbital al llegar a Marte, se planificaron cuatro maniobras de corrección de trayectoria y se consideró una quinta maniobra de emergencia. [ 15 ] Sin embargo, solo fueron necesarias tres maniobras de corrección de trayectoria, [ 16 ] lo que ahorró 27 kilogramos (60 lb) de combustible que se podrían utilizar durante la misión de la MRO. La misión extendida. [ 17 ]

La MRO inició su inserción orbital acercándose a Marte el 10 de marzo de 2006 y pasando por encima de su hemisferio sur a una altitud de 370-400 kilómetros (230-250 millas) . Los seis MROLos motores principales de la sonda ardieron durante 27 minutos para reducir su velocidad en 1000 metros por segundo (3300 pies/s) . La maniobra fue extraordinariamente precisa, ya que la ruta de inserción se había diseñado más de tres meses antes, y el cambio de velocidad logrado fue solo un 0,01 % inferior al previsto, lo que requirió un tiempo de ignición adicional de 35 segundos. [ 18 ] 

La finalización de la inserción orbital colocó al orbitador en una órbita polar altamente elíptica con un período de aproximadamente 35,5 horas. [ 19 ] Poco después de la inserción, el periapsis —el punto de la órbita más cercano a Marte— estaba a 426 km (265 mi) de la superficie [ 19 ] ( 3806 km (2365 mi) del centro del planeta). El apoapsis —el punto de la órbita más alejado de Marte— estaba a 44 500 km (27 700 mi) de la superficie ( 47 972 km (29 808 mi) del centro del planeta). [ 20 ]        

Cuando la MRO entró en órbita, se unió a otras cinco naves espaciales activas que se encontraban en órbita o en la superficie del planeta: Mars Global Surveyor , Mars Express , 2001 Mars Odyssey y los dos rovers de exploración de Marte ( Spirit y Opportunity ). Esto estableció un nuevo récord de naves espaciales operativas en las inmediaciones de Marte. [ 21 ]

El 30 de marzo de 2006, MRO inició el proceso de aerofrenado , un procedimiento de tres pasos que redujo a la mitad el combustible necesario para lograr una órbita más baja y circular con un período más corto. Primero, durante sus primeras cinco órbitas alrededor del planeta (una semana terrestre), MRO utilizó sus propulsores para bajar el periapsis de su órbita a la altitud de aerofrenado. Segundo, mientras utilizaba sus propulsores para realizar pequeñas correcciones a la altitud de su periapsis, MRO mantuvo la altitud de aerofrenado durante 445 órbitas planetarias (aproximadamente cinco meses terrestres) para reducir el apoapsis de la órbita a 450 kilómetros (280 millas) . Esto se hizo de tal manera que no se calentara demasiado la nave espacial, pero también se descendiera lo suficiente en la atmósfera para frenarla. Tercero, una vez completado el proceso, MRO utilizó sus propulsores para mover su periapsis fuera del borde de la atmósfera el 30 de agosto de 2006. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] 

En septiembre de 2006, MRO encendió sus propulsores dos veces más para ajustar su órbita final, casi circular, a aproximadamente 250 a 316 km (155 a 196 mi) sobre la superficie, con un período de unos 112 minutos y una inclinación polar de alrededor de 93°. [ 25 ] [ 26 ] [ 8 ] : 6 Las antenas del radar SHARAD se desplegaron el 16 de septiembre. Todos los instrumentos científicos fueron probados y la mayoría se apagaron antes de la conjunción solar que ocurrió del 7 de octubre al 6 de noviembre de 2006. Esto se hizo para evitar que las partículas cargadas del Sol interfirieran con las señales y potencialmente pusieran en peligro la nave espacial. [ 27 ] Después de que terminó la conjunción comenzó la "fase científica primaria". [ 28 ]  

Cronología

Las fracturas tectónicas dentro de la región de Candor Chasma en Valles Marineris , Marte, conservan formas similares a crestas a medida que la roca madre circundante se erosiona.
El rover Curiosity durante su entrada atmosférica, visto por HiRISE el 6 de agosto de 2012. Se aprecian el paracaídas supersónico y la cubierta trasera.
Imagen tomada por HiRISE de Acidalia Planitia el 17 de mayo de 2015, donde se desarrolla la novela El marciano y su adaptación cinematográfica.
Comparación de Marte con y sin la tormenta de polvo que provocó el fin del rover Opportunity , tomada por MARCI en 2018.

El 29 de septiembre de 2006 ( sol 402 ), MRO tomó su primera imagen de alta resolución desde su órbita científica. Se dice que esta imagen resuelve objetos de tan solo 90  cm (3  pies) de diámetro. El 6 de octubre, la NASA publicó imágenes detalladas del cráter Victoria tomadas por MRO junto con el rover Opportunity en el borde superior. [ 29 ] En noviembre, comenzaron a surgir problemas en el funcionamiento de dos instrumentos de la nave espacial MRO . Un mecanismo de pasos en el Mars Climate Sounder (MCS) falló en varias ocasiones, lo que resultó en un campo de visión ligeramente fuera de posición. Para diciembre, las operaciones normales del instrumento se habían suspendido, aunque una estrategia de mitigación permite que el instrumento continúe realizando la mayoría de sus observaciones previstas. [ 30 ] Además, se ha observado un aumento en el ruido y los consiguientes píxeles defectuosos en varios CCD del High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE). El funcionamiento de esta cámara con un tiempo de calentamiento más prolongado [ a ] ​​ha aliviado el problema. Sin embargo, la causa aún se desconoce y podría volver. [ 32 ]

El 17 de noviembre de 2006, la NASA anunció la exitosa prueba del MRO como repetidor de comunicaciones orbitales. Utilizando el rover Spirit de la NASA como punto de origen para la transmisión, el MRO actuó como repetidor para transmitir datos de regreso a la Tierra. [ 33 ] HiRISE pudo fotografiar el módulo de aterrizaje Phoenix durante su descenso en paracaídas a Vastitas Borealis el 25 de mayo de 2008 (sol 990 ). [ 34 ]

El orbitador continuó experimentando problemas recurrentes en 2009, incluyendo cuatro reinicios espontáneos, que culminaron en un apagado de cuatro meses de la nave espacial de agosto a diciembre. [ 35 ] Aunque los ingenieros no pudieron determinar la causa de los reinicios recurrentes, sospecharon que una pieza electrónica había sido afectada por la radiación. Durante la investigación, los ingenieros descubrieron y corrigieron una falla que podría haber borrado toda la información crítica a bordo del MRO . [ 8 ] : 7 Otro reinicio espontáneo ocurrió en septiembre de 2010. [ 36 ]

El 3 de marzo de 2010, la MRO alcanzó otro hito importante, al haber transmitido más de 100 terabits de datos de regreso a la Tierra, lo que fue más que todas las demás sondas interplanetarias enviadas desde la Tierra juntas. [ 37 ]

En diciembre de 2010, comenzó la primera Misión Extendida. Sus objetivos incluían explorar los procesos estacionales , buscar cambios en la superficie y brindar apoyo a otras naves espaciales marcianas. Esta misión se extendió hasta octubre de 2012, tras lo cual la NASA inició la MRO ( Operación de Reconstrucción Marciana).La segunda misión extendida, que duró hasta octubre de 2014. [ 36 ] A partir de 2023, el MRO ha completado cinco misiones y actualmente se encuentra en su sexta. [ 38 ]

El 6 de agosto de 2012 (sol 2483 ), el orbitador sobrevoló el cráter Gale , lugar de aterrizaje de la misión Mars Science Laboratory, durante su fase EDL . Capturó una imagen mediante la cámara HiRISE del rover Curiosity descendiendo con su cubierta trasera y paracaídas supersónico . [ 39 ] En diciembre de 2014 y abril de 2015, HiRISE fotografió nuevamente a Curiosity dentro del cráter Gale. [ 40 ]

Otra anomalía informática se produjo el 9 de marzo de 2014, cuando el MRO entró en modo seguro tras un cambio imprevisto de un ordenador a otro. El MRO reanudó sus operaciones científicas normales cuatro días después. Esto volvió a ocurrir el 11 de abril de 2015, tras lo cual el MRO recuperó su plena capacidad operativa una semana después. [ 36 ]

La NASA informó que el MRO , [ 41 ] así como el Mars Odyssey Orbiter [ 42 ] y el orbitador MAVEN [ 43 ] tuvieron la oportunidad de estudiar el sobrevuelo del cometa Siding Spring el 19 de octubre de 2014. [ 44 ] [ 45 ] Para minimizar el riesgo de daños por el material desprendido por el cometa, el MRO realizó ajustes orbitales el 2 de julio de 2014 y el 27 de agosto de 2014. Durante el sobrevuelo, el MRO tomó las mejores imágenes jamás tomadas de un cometa desde la nube de Oort y no sufrió daños. [ 40 ]

En enero de 2015, el MRO descubrió e identificó los restos de la Beagle 2 británica , que se perdió durante su fase de aterrizaje en 2003 y se creía que se había estrellado. Las imágenes revelaron que la Beagle 2 había aterrizado sin problemas, pero uno o dos de sus paneles solares no se habían desplegado completamente, lo que bloqueó la antena de radio. [ 40 ] [ 46 ] En octubre de 2016, el lugar del accidente de otra nave espacial perdida, la Schiaparelli EDM , fue fotografiado por el MRO , utilizando las cámaras CTX y HiRISE. [ 40 ]

El 29 de julio de 2015, el MRO fue colocado en una nueva órbita para brindar apoyo de comunicaciones durante la llegada prevista de la misión de aterrizaje InSight a Marte en septiembre de 2016. [ 47 ] El encendido del motor de la maniobra duró 75 segundos. [ 48 ] InSight se retrasó y perdió la ventana de lanzamiento de 2016 , pero fue lanzado con éxito durante la siguiente ventana el 5 de mayo de 2018 y aterrizó el 26 de noviembre de 2018. [ 49 ]

Debido a la larga duración de la misión, varios componentes de la MRO han comenzado a deteriorarse. Desde el inicio de la misión en 2005 hasta 2017, la MRO utilizó una unidad de medición inercial en miniatura (MIMU) para el control de altitud y orientación. Tras 58 000 horas de uso y con escasos signos de funcionamiento, el orbitador cambió a una unidad de respaldo, que, a fecha de 2018, había alcanzado las 52 000 horas de uso. Para prolongar la vida útil de la unidad de respaldo, la NASA cambió de las MIMU a un modo "totalmente estelar" para las operaciones rutinarias en 2018. Este modo utiliza cámaras y software de reconocimiento de patrones para determinar la ubicación de las estrellas, que luego se pueden usar para identificar la MRO.orientación de. [ 50 ] También surgieron problemas de desenfoque en las imágenes de HiRISE y degradación de la batería en 2017, pero ya se han resuelto. [ 51 ] En agosto de 2023, las unidades electrónicas dentro del sensor CCD RED4 de HiRISE también comenzaron a fallar y están causando artefactos visuales en las imágenes tomadas. [ 52 ]

En 2017, los criorefrigeradores utilizados por CRISM completaron su ciclo de vida, lo que limitó las capacidades del instrumento a longitudes de onda visibles , en lugar de su rango completo de longitudes de onda. En 2022, la NASA anunció el cierre total de CRISM, y el instrumento fue retirado formalmente el 3 de abril de 2023, después de crear dos mapas finales, casi globales, utilizando datos previos y un segundo espectrómetro más limitado que no requería criorefrigeradores. [ 40 ] [ 53 ] [ 54 ]

A partir de enero de 2024 , el MRO tiene alrededor de 132  kg de combustible restante, suficiente para respaldar las operaciones hasta 2035. [ 8 ] : 3

Instrumentos

aaa
Experimento científico de imágenes de alta resolución (HiRISE)
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CRISMO
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Generador de imágenes en color de Marte (MARCI)
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Cámara de contexto (CTX)
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Sonda climática de Marte (MCS)

El orbitador incluye tres cámaras, dos espectrómetros y un radar, además de tres instrumentos de ingeniería y dos "experimentos de instalaciones científicas", que utilizan datos de subsistemas de ingeniería para recopilar datos científicos. Dos de los instrumentos de ingeniería se utilizan para probar y demostrar nuevos equipos para futuras misiones. [ 55 ] El MRO toma alrededor de 29 000 imágenes por año. [ 56 ]

HiRISE

La cámara HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) es un telescopio reflector de 0,5 m (1 pie 8 pulgadas) , el más grande jamás transportado en una misión al espacio profundo , y tiene una resolución de 1 microrradián , o 0,3 m (1 pie 0 pulgadas) desde una altitud de 300 km (190 millas) . En comparación, las imágenes satelitales de la Tierra generalmente están disponibles con una resolución de 0,5 m (1 pie 8 pulgadas) . [ 57 ] HiRISE captura imágenes en tres bandas de color: de 400 a 600 nm (azul-verde o B-G), de 550 a 850 nm (rojo) y de 800 a 1000 nm ( infrarrojo cercano ). [ 58 ]               

Las imágenes en color rojo tienen 20 264 píxeles de ancho ( 6 km (3,7 millas) ), y las imágenes B–G y NIR tienen 4048 píxeles de ancho ( 1,2 km (0,75 millas) ). El ordenador de a bordo de HiRISE lee estas líneas al ritmo de la velocidad del orbitador , y las imágenes tienen una longitud potencialmente ilimitada. Sin embargo, en la práctica, su longitud está limitada por la capacidad de memoria del ordenador de 28 GB , y el tamaño máximo nominal es de 20 000 × 40 000 píxeles (800 megapíxeles ) y 4000 × 40 000 píxeles (160 megapíxeles) para las imágenes B–G y NIR. Cada imagen de 16,4 GB se comprime a 5 GB antes de su transmisión y publicación para el público general en el sitio web de HiRISE en formato JPEG 2000 . [ 26 ] [ 59 ] Para facilitar el mapeo de posibles sitios de aterrizaje, HiRISE puede producir pares estéreo de imágenes a partir de las cuales se puede calcular la topografía con una precisión de 0,25 m (9,8 in) . [ 60 ] HiRISE fue construido por Ball Aerospace & Technologies Corp. [ 61 ]            

CTX

La cámara de contexto ( CTX ) proporciona imágenes en escala de grises  (500 a 800 nm) con una resolución de píxeles de hasta aproximadamente 6 m (20 pies) . CTX está diseñada para proporcionar mapas de contexto para las observaciones dirigidas de HiRISE y CRISM, y también se utiliza para crear mosaicos de grandes áreas de Marte, monitorear varias ubicaciones para detectar cambios a lo largo del tiempo y adquirir cobertura estereoscópica (3D) de regiones clave y posibles sitios de aterrizaje futuros. [ 62 ] [ 63 ] La óptica de CTX consiste en un telescopio Maksutov Cassegrain de 350 mm (14 pulgadas) de distancia focal con un CCD de matriz lineal de 5064 píxeles de ancho. El instrumento toma imágenes de 30 km (19 millas) de ancho y tiene suficiente memoria interna para almacenar una imagen de 160 km (99 millas) de largo antes de cargarla en la computadora principal . [ 64 ] La cámara fue construida y es operada por Malin Space Science Systems . CTX había cartografiado más del 99% de Marte en marzo de 2017 y ayudó a crear un mapa interactivo de Marte en 2023. [ 65 ] [ 66 ]        

MARCI

La Mars Color Imager ( MARCI ) es una cámara de gran angular y resolución relativamente baja que observa la superficie de Marte en cinco bandas visibles y dos ultravioletas . Cada día, MARCI recopila aproximadamente 84 imágenes y produce un mapa global con resoluciones de píxeles de 1 a 10 km (0,62 a 6,21 mi) . Este mapa proporciona un informe meteorológico semanal para Marte, ayuda a caracterizar sus variaciones estacionales y anuales, y mapea la presencia de vapor de agua y ozono en su atmósfera. [ 67 ] La cámara fue construida y es operada por Malin Space Science Systems. Tiene una lente ojo de pez de 180 grados con los siete filtros de color unidos directamente a un único sensor CCD. [ 68 ] [ 69 ] La misma cámara MARCI estuvo a bordo del Mars Climate Orbiter lanzado en 1998. [ 70 ]  

CRISMO

El espectrómetro de imágenes de reconocimiento compacto para Marte ( CRISM ) es un espectrómetro visible e infrarrojo cercano que se utiliza para producir mapas detallados de la mineralogía de la superficie de Marte. [ 71 ] Opera de 362 a 3920 nm, mide el espectro en 544 canales (cada uno de 6,55 nm de ancho) y tiene una resolución de 18 m (59 pies) a una altitud de 300 km (190 millas) . [ 71 ] [ 72 ] CRISM se está utilizando para identificar minerales y sustancias químicas indicativas de la existencia pasada o presente de agua en la superficie de Marte. Estos materiales incluyen óxidos de hierro , filosilicatos y carbonatos , que tienen patrones característicos en su energía visible-infrarroja. [ 73 ] El instrumento CRISM se apagó el 3 de abril de 2023. [ 53 ]       

Sistema de salud mental

El Sonda Climática de Marte ( MCS ) es un radiómetro que observa tanto hacia abajo como horizontalmente a través de la atmósfera para cuantificar sus variaciones verticales . Cuenta con un canal visible/infrarrojo cercano (0,3 a 3,0  μm) y ocho canales infrarrojos lejanos (12 a 50  μm) seleccionados para este propósito. El MCS observa la atmósfera en el horizonte de Marte (visto desde la MRO) dividiéndola en secciones verticales y tomando mediciones dentro de cada sección en incrementos de 5 km (3,1 millas) . Estas mediciones se recopilan en mapas meteorológicos globales diarios para mostrar las variables básicas del clima marciano : temperatura, presión, humedad y densidad de polvo . [ 74 ] El MCS pesa aproximadamente 9 kg (20 lb) y comenzó a operar en noviembre de 2006. [ 75 ] [ 76 ] Desde que comenzó a operar, ha ayudado a crear mapas de nubes mesosféricas, [ 77 ] estudiar y categorizar tormentas de polvo, [ 78 ] y proporcionar evidencia directa de nieve de dióxido de carbono en Marte. [ 79 ]    

Este instrumento, suministrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, es una versión actualizada de un instrumento más pesado y grande desarrollado originalmente en el JPL para las misiones Mars Observer de 1992 y Mars Climate Orbiter de 1998 , [ 80 ] las cuales fracasaron. [ 81 ]

SHARAD

Concepto artístico de la misión MRO utilizando SHARAD para "observar" bajo la superficie de Marte.

El experimento de sonda de radar superficial ( SHARAD ) a bordo de la MRO está diseñado para explorar la estructura interna de los casquetes polares marcianos . También recopila información a nivel planetario sobre las capas subterráneas de regolito , roca y hielo que podrían ser accesibles desde la superficie. SHARAD emite ondas de radio HF entre 15 y 25 MHz , un rango que le permite resolver capas tan delgadas como 7 m (23 pies) hasta una profundidad máxima de 3 km (1,864 millas) . Tiene una resolución horizontal de 0,3 a 3 km (0,2 a 1,9 millas) . [ 82 ] SHARAD está diseñado para complementar el instrumento MARSIS de Mars Express , que tiene una resolución más baja pero penetra a una profundidad mucho mayor. Tanto SHARAD como MARSIS fueron fabricados por la Agencia Espacial Italiana . [ 83 ]       

Instrumentos y experimentos de ingeniería

Además de su equipo de imágenes, MRO lleva tres instrumentos de ingeniería. El paquete de comunicaciones Electra es una radio definida por software UHF que proporciona una plataforma flexible para capacidades de retransmisión en evolución. [ 84 ] Está diseñado para comunicarse con otras naves espaciales a medida que se aproximan, aterrizan y operan en Marte. Además de los enlaces de datos entre naves espaciales controlados por protocolo de 1 kbit/s a 2 Mbit/s, Electra también proporciona recopilación de datos Doppler, grabación de bucle abierto y un servicio de sincronización de alta precisión basado en un oscilador ultraestable . [ 85 ] [ 86 ] La información Doppler para vehículos que se aproximan se puede utilizar para la orientación del descenso final o la recreación de la trayectoria de descenso y aterrizaje. La información Doppler de los vehículos que aterrizan permite a los científicos determinar con precisión la ubicación en la superficie de los módulos de aterrizaje y los rovers de Marte. Las dos naves espaciales Mars Exploration Rover (MER) utilizaron una radio de retransmisión UHF de generación anterior que proporcionaba funciones similares a través del orbitador Mars Odyssey. La radio Electra ha transmitido información hacia y desde la nave espacial MER, el módulo de aterrizaje Phoenix y el rover Curiosity . [ 87 ]  

Una imagen de Fobos tomada por HiRISE el 23 de marzo de 2008, desde una distancia de aproximadamente 6.800 kilómetros (4.200 millas) [ 88 ]. 

Durante la fase de crucero, el MRO también utilizó el paquete experimental de telecomunicaciones de banda K a para demostrar una forma menos intensiva en energía de comunicarse con la Tierra. [ 89 ]

La cámara de navegación óptica capta imágenes de las lunas marcianas, Fobos y Deimos , contra el fondo estelar para determinar con precisión la posición de la MRO.órbita de. Aunque esto no es crítico, se incluyó como prueba tecnológica para futuras órbitas y aterrizajes de naves espaciales. [ 90 ] La cámara de navegación óptica se probó con éxito en febrero y marzo de 2006. [ 91 ] Posteriormente se apagó, pero se volvió a encender en 2022 para recopilar datos para una posible misión de retorno de muestras de Marte de la NASA-ESA . [ 8 ] : 11

La nave espacial también lleva a cabo dos investigaciones científicas adicionales. El Paquete de Investigación del Campo Gravitatorio mide las variaciones en el campo gravitatorio marciano a través de las variaciones en la velocidad de la nave. Los cambios de velocidad se detectan midiendo los desplazamientos Doppler en la MRO.señales de radio recibidas en la Tierra. Los datos de esta investigación pueden utilizarse para comprender la geología del subsuelo de Marte, determinar la densidad de la atmósfera y rastrear los cambios estacionales en la ubicación del dióxido de carbono depositado en la superficie. [ 92 ] Debido a la disminución de los presupuestos, la recopilación de datos finalizó en 2022. [ 8 ] : 8

La investigación de la estructura atmosférica utilizó acelerómetros sensibles a bordo para deducir la densidad atmosférica in situ de Marte durante el frenado atmosférico. Las mediciones ayudaron a comprender mejor las variaciones estacionales del viento, los efectos de las tormentas de polvo y la estructura de la atmósfera. [ 93 ]

Sistemas de naves espaciales

Comparación de tamaño de MRO con sus predecesores

Estructura

Los trabajadores de Lockheed Martin Space Systems en Denver ensamblaron la estructura de la nave espacial y acoplaron los instrumentos. Los instrumentos fueron construidos en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona en Tucson, Arizona , el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland , la Agencia Espacial Italiana en Roma y Malin Space Science Systems en San Diego. [ 94 ]

La estructura está hecha principalmente de compuestos de carbono y placas de aluminio con estructura de panal. El tanque de combustible de titanio ocupa la mayor parte del volumen y la masa de la nave espacial y proporciona la mayor parte de su integridad estructural . [ 95 ] La masa total de la nave espacial es inferior a 2180 kg (4810 lb) con una masa en seco sin combustible inferior a 1031 kg (2273 lb) . [ 96 ]    

Sistemas de energía

El panel solar MRO

MRO obtiene toda su energía eléctrica de dos paneles solares , cada uno de los cuales puede moverse independientemente alrededor de dos ejes (rotación arriba-abajo o izquierda-derecha). Cada panel solar mide 5,35 m × 2,53 m (17,6 pies × 8,3 pies) y tiene 9,5 m² (102 pies cuadrados ) cubiertos con 3744 células fotovoltaicas individuales. [ 97 ] [ 85 ] Sus células solares de alta eficiencia pueden convertir más del 26 % de la energía que recibe del Sol directamente en electricidad y están conectadas entre sí para producir una salida total de 32 voltios . Mientras orbita Marte, los paneles juntos producen 600–2000 [ b ] vatios de potencia; [ 98 ] [ 85 ] [ 9 ] en contraste, los paneles generarían 6000 vatios en una órbita terrestre comparable al estar más cerca del Sol. [ 97 ] [ 85 ]          

MRO cuenta con dos baterías recargables de níquel-hidrógeno que alimentan la nave espacial cuando no está orientada hacia el Sol. Cada batería tiene una capacidad de almacenamiento de energía de 50 amperios-hora (180 kC ). No se puede utilizar la capacidad total de las baterías debido a las limitaciones de voltaje de la nave espacial, pero esto permite a los operadores extender su vida útil, una capacidad valiosa, dado que el agotamiento de la batería es una de las causas más comunes de fallas a largo plazo en los satélites. Los planificadores prevén que solo se requerirá el 40 % de la capacidad de las baterías durante la vida útil de la nave espacial. [ 97 ]  

Sistemas electrónicos

Mantenimiento, reparación y operacionesEl ordenador principal es un procesador RAD750  de 133 MHz, 10,4  millones de transistores y 32 bits , una versión reforzada contra la radiación de un procesador PowerPC 750 o G3 con una placa base diseñada específicamente para ello . [ 99 ] El software del sistema operativo es VxWorks y cuenta con amplios protocolos de protección contra fallos y monitorización. [ 100 ]

Los datos se almacenan en un módulo de memoria flash de  160 Gbit (20 GB ) que consta de más de 700 chips de memoria, cada uno con una capacidad de 256 Mbit . Esta capacidad de memoria no es tan grande si se considera la cantidad de datos que se adquieren; por ejemplo, una sola imagen de la cámara HiRISE puede ocupar hasta 28 GB. [ 100 ]   

sistema de telecomunicaciones

Instalación de antenas de alta ganancia MRO
La sonda MRO observa la Tierra y la Luna aproximadamente a escala desde la órbita de Marte.

Cuando se lanzó, el Subsistema de Telecomunicaciones en MRO era el mejor sistema de comunicación digital enviado al espacio profundo y, por primera vez, utilizó turbocódigos que se acercaban a la capacidad . Era más potente que cualquier misión anterior al espacio profundo y es capaz de transmitir datos más de diez veces más rápido que las misiones anteriores a Marte. [ 101 ] Junto con el paquete de comunicaciones Electra, el sistema consta de una antena de alta ganancia muy grande ( 3 m (9,8 pies) ) , que se utiliza para transmitir datos a la Red del Espacio Profundo en la Tierra a través de frecuencias de banda X a 8,41 GHz . También demuestra el uso de la banda K a 32 GHz para velocidades de datos más altas. [ 102 ] La velocidad máxima de transmisión desde Marte puede llegar a 6 Mbit/s, pero el promedio está entre 0,5 y 4 Mbit/s. [ 101 ] La nave espacial lleva dos amplificadores de tubo de onda viajera (TWTA) de banda X de 100 vatios (uno de los cuales es de reserva), un amplificador de banda K a de 35 vatios y dos transpondedores pequeños de espacio profundo (SDST). [ 103 ] [ 104 ]      

También se encuentran presentes dos antenas más pequeñas de baja ganancia para comunicaciones de menor velocidad durante emergencias y eventos especiales. Estas antenas no tienen parabólicas de enfoque y pueden transmitir y recibir desde cualquier dirección. Son un sistema de respaldo importante para garantizar que siempre se pueda contactar con MRO , incluso si su antena principal apunta en dirección opuesta a la Tierra. [ 105 ] [ 106 ]

El subsistema de banda K a se utilizó para mostrar cómo dicho sistema podría ser utilizado por naves espaciales en el futuro. Debido a la falta de espectro en  la banda X de 8,41 GHz, las futuras misiones de alta velocidad al espacio profundo utilizarán la banda K a de  32 GHz . La Red del Espacio Profundo (DSN) de la NASA implementó capacidades de recepción de banda K a en sus tres complejos (Goldstone, Canberra y Madrid) a través de su subred de antenas de guía de onda de haz (BWG) de 34 m. [ 102 ] También se planificaron pruebas de banda K a durante la fase científica, pero durante el frenado aerodinámico falló un interruptor, lo que limitó la antena de alta ganancia de banda X a un solo amplificador. [ 107 ] Si este amplificador falla, se perderán todas las comunicaciones de alta velocidad en banda X. El enlace descendente K a es el único respaldo restante para esta funcionalidad, y dado que la capacidad de banda K a de uno de los transpondedores SDST ya ha fallado, [ 108 ] (y el otro podría tener el mismo problema) JPL decidió detener todas las demostraciones de banda K a y mantener la capacidad restante en reserva. [ 109 ]

En noviembre de 2013, la MRO había superado los 200 terabits en la cantidad de datos científicos devueltos. Los datos devueltos por la misión son más de tres veces el total de datos devueltos a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA para todas las demás misiones gestionadas por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA durante los últimos 10 años. [ 110 ]

Imagen de alta resolución del cráter Victoria tomada por HiRISE el 3 de octubre de 2006. El rover Opportunity se puede ver aproximadamente en la posición de las diez en punto a lo largo del borde del cráter.

Propulsión y control de actitud

La nave espacial utiliza un tanque de combustible de 1175 L (258 galones imperiales ; 310 galones estadounidenses ) lleno con 1187 kg (2617 lb) de monopropelente de hidracina . La presión del combustible se regula añadiendo gas helio presurizado desde un tanque externo. El setenta por ciento del propelente se utilizó para la inserción orbital, [ 111 ] y tiene suficiente propelente para seguir funcionando hasta la década de 2030. [ 112 ]       

La MRO cuenta con 20 propulsores de cohete a bordo. Seis propulsores grandes producen cada uno 170 N (38 lb f ) de empuje, para un total de 1020 N (230 lb f ), destinados principalmente a la inserción orbital. Estos propulsores fueron diseñados originalmente para el módulo de aterrizaje Mars Surveyor 2001. Seis propulsores medianos producen cada uno 22 N (4,9 lb f ) de empuje para maniobras de corrección de trayectoria y control de actitud durante la inserción orbital. Finalmente, ocho propulsores pequeños producen cada uno 0,9 N (0,20 lb f ) de empuje para el control de actitud durante las operaciones normales. [ 111 ]        

También se utilizan cuatro ruedas de reacción para un control preciso de la actitud durante actividades que requieren una plataforma muy estable, como la obtención de imágenes de alta resolución, en la que incluso pequeños movimientos pueden provocar desenfoque de la imagen. Cada rueda se utiliza para un eje de movimiento. La cuarta rueda es de reserva en caso de que falle alguna de las otras tres. Cada rueda pesa 10 kg (22 lb) y puede girar a una velocidad de hasta 100 Hz o 6000 rpm . [ 111 ] [ 113 ]    

Para determinar la órbita de la nave espacial y facilitar las maniobras, se han colocado 16 sensores solares (ocho principales y ocho de reserva) alrededor de la nave para calibrar la dirección solar con respecto al sistema de referencia del orbitador. Dos rastreadores de estrellas, cámaras digitales utilizadas para mapear la posición de las estrellas catalogadas , proporcionan a la NASA información completa en tres ejes sobre la orientación y actitud de la nave. Una Unidad de Medición Inercial Miniatura (MIMU) principal y otra de reserva , suministradas por Honeywell , miden los cambios en la actitud de la nave, así como cualquier cambio en su velocidad lineal no inducido por la gravedad. Cada MIMU es una combinación de tres acelerómetros y tres giroscopios láser de anillo . Todos estos sistemas son de vital importancia para la MRO , ya que debe poder apuntar su cámara con una precisión muy alta para tomar las fotografías de alta calidad que requiere la misión. También se ha diseñado específicamente para minimizar las vibraciones de la nave, de modo que sus instrumentos puedan tomar imágenes sin distorsiones causadas por vibraciones. [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]

Costo

Costos de desarrollo y misión principal de MRO , por año fiscal

El costo total de la MRO hasta el final de su misión principal fue de 716,6 millones de dólares . De esta cantidad, 416,6 millones de dólares se gastaron en el desarrollo de la nave espacial, aproximadamente 90 millones de dólares para su lanzamiento y 210 millones de dólares para 5 años de operaciones de la misión. Desde 2011, la MROLos costos operativos anuales de son, en promedio, $31 millones por año, ajustados por inflación. [ 117 ] El MROEl presupuesto científico de la misión, al igual que el de otras misiones a largo plazo, ha ido disminuyendo, lo que ha conllevado una reducción de la actividad científica. [ 8 ] : 44

Descubrimientos

Hielo

Hielo de agua excavado por un cráter de impacto que se formó entre enero y septiembre de 2008. El hielo fue identificado espectroscópicamente utilizando CRISM.

Un artículo en la revista Science en septiembre de 2009, [ 118 ] informó que algunos cráteres nuevos en Marte han excavado hielo de agua relativamente puro. Después de quedar expuesto, el hielo se desvanece gradualmente a medida que se sublima. Estos nuevos cráteres fueron encontrados y datados por la cámara CTX, y la identificación del hielo fue confirmada usando CRISM. El hielo fue encontrado en cinco ubicaciones, tres de las cuales estaban en el cuadrángulo de Cebrenia . Estas ubicaciones son 55°34′N 150°37′E / 55.57°N 150.62°E / 55.57; 150.62 ; 43°17′N 176°54′E / 43.28°N 176.9°E / 43.28; 176.9 ; y 45°00′N 164°30′E / 45°N 164.5°E / 45; 164.5 . Otros dos están en el cuadrángulo de Diacria : 46°42′N 176°48′E / 46.7°N 176.8°E / 46.7; 176.8 y 46°20′N 176°54′E / 46.33°N 176.9°E / 46.33; 176.9 . [ 119 ] [ 120 ]

Los resultados del radar de SHARAD sugirieron que las estructuras denominadas delantales de detritos lobulados (LDA) contienen grandes cantidades de hielo de agua. De interés desde la época de los orbitadores Viking , estos LDA son delantales de material que rodean acantilados. Tienen una topografía convexa y una pendiente suave; esto sugiere un flujo que se aleja del acantilado de origen escarpado. Además, los delantales de detritos lobulados pueden mostrar lineaciones superficiales al igual que los glaciares rocosos en la Tierra. [ 121 ] SHARAD ha proporcionado evidencia sólida de que los LDA en Hellas Planitia son glaciares cubiertos por una capa delgada de detritos (es decir, rocas y polvo); se observó una fuerte reflexión en la parte superior e inferior de los LDA, lo que sugiere que el hielo de agua puro constituye la mayor parte de la formación (entre las dos reflexiones). [ 122 ] Basándose en los experimentos del módulo de aterrizaje Phoenix y los estudios de la misión Mars Odyssey desde la órbita, se sabe que existe hielo de agua justo debajo de la superficie de Marte en el extremo norte y sur (altas latitudes). [ 123 ] [ 124 ]

Depósitos de cloruro y minerales acuosos

Depósitos de cloruro en Terra Sirenum

Utilizando datos de Mars Global Surveyor , Mars Odyssey y MRO , los científicos han encontrado extensos depósitos de minerales de cloruro. La evidencia sugiere que estos depósitos se formaron por la evaporación de aguas ricas en minerales. La investigación indica que podrían haber existido lagos dispersos en grandes áreas de la superficie marciana. Generalmente, los cloruros son los últimos minerales en precipitarse . Los carbonatos, sulfatos y sílice deberían precipitarse antes que ellos. Los rovers de Marte han encontrado sulfatos y sílice en la superficie. Los lugares con minerales de cloruro podrían haber albergado diversas formas de vida. Además, dichas áreas podrían conservar rastros de vida antigua. [ 125 ]

En 2009, un grupo de científicos del equipo CRISM informó sobre nueve o diez clases diferentes de minerales formados en presencia de agua. Se encontraron distintos tipos de arcillas (también llamadas filosilicatos) en muchos lugares. Los filosilicatos identificados incluían esmectita de aluminio, esmectita de hierro/magnesio, caolinita , prehnita y clorita . Se encontraron rocas que contenían carbonato alrededor de la cuenca de Isidis . Los carbonatos pertenecen a una clase en la que podría haberse desarrollado la vida. Se encontró sílice hidratada y sulfatos hidratados en áreas alrededor de Valles Marineris . Los investigadores identificaron sulfatos hidratados y minerales férricos en Terra Meridiani y en Valles Marineris. Otros minerales encontrados en Marte fueron jarosita , alunita , hematita , ópalo y yeso . De dos a cinco de las clases de minerales se formaron con el pH adecuado y suficiente agua para permitir el crecimiento de la vida. [ 126 ]

líneas de pendiente recurrentes

Imágenes de HiRISE que muestran la aparición de manchas oscuras en el suelo de Valles Marineris . Imágenes tomadas en diferentes momentos del año.

El 4 de agosto de 2011 (sol 2125 ), la NASA anunció que la MRO había detectado vetas oscuras en las pendientes , conocidas como líneas recurrentes de pendiente causadas por lo que parecía ser agua salada fluyendo en la superficie o subsuperficie de Marte. [ 127 ] El 28 de septiembre de 2015, este hallazgo fue confirmado en una conferencia de prensa especial de la NASA. [ 128 ] [ 129 ] Sin embargo, en 2017, investigaciones posteriores sugirieron que las vetas oscuras fueron creadas por granos de arena y polvo que se deslizaban por las pendientes, y no por agua que oscurecía el suelo. [ 130 ]

Véase también

  • Exploración de Marte
  • Geografía de Marte : Delimitación y caracterización de las regiones marcianas. Páginas que muestran breves descripciones de los destinos de redireccionamiento. 
  • Programa HiWish : programa de la NASA para recibir sugerencias del público sobre imágenes de la MRO. 

Notas

  1. ↑ Debido al frío del espacio, los instrumentos de las naves espaciales necesitan ser "calentados" para funcionar correctamente. [ 31 ]
  2. ↑ Se proporcionan varias cifras para la potencia, que van desde 600 W a 2000 W en el afelio hasta 1000 W en una ubicación no especificada en la órbita del MRO. Debido a la información contradictoria de fuentes confiables , se ha utilizado un rango en lugar de un número exacto. [ 98 ] [ 85 ] [ 9 ]

Referencias

Dominio público Este artículo incorpora material de dominio público procedente de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) .

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Sitios web oficiales de instrumentos

Imágenes

  • Imágenes de MRO en el JPL Photojournal
  • Imágenes de MRO en la Galería de Imágenes de la NASA. Archivadas el 19 de abril de 2023 en Wayback Machine .