BepiColombo

La propuesta de la misión BepiColombo fue seleccionada por la ESA en 2000. En 2004 se publicó una solicitud de propuestas para la carga útil científica. ^{[ 31 ]} En 2007, Astrium (ahora Airbus Defence and Space ) fue seleccionada como contratista principal, ^{[ 32 ]} y Ariane 5 fue elegido como vehículo de lanzamiento . ^{[ 31 ]} La misión fue aprobada en noviembre de 2009, tras años de propuestas y planificación como parte del programa Horizonte 2000+ de la Agencia Espacial Europea . ^{[ 33 ]} El lanzamiento previsto inicialmente para julio de 2014 se pospuso varias veces, principalmente debido a retrasos en el desarrollo del sistema de propulsión eléctrica solar . ^{[ 31 ]} BepiColombo es la última misión del programa que se lanzará. ^{[ 34 ]}

Los dos orbitadores fueron lanzados con éxito juntos el 20  de octubre de 2018. ^{[ 27 ]} El lanzamiento tuvo lugar en el vuelo VA245 de Ariane desde el Puerto Espacial Europeo en Kourou , Guayana Francesa. ^{[ 35 ]}

La nave espacial apilada partió de la Tierra con una velocidad hiperbólica excesiva de 3,475 km/s (2,159 mi/s) . Inicialmente, la nave se colocó en una órbita heliocéntrica similar a la de la Tierra. Después de que tanto la nave espacial como la Tierra completaran una órbita y media, regresó a la Tierra para realizar una maniobra de asistencia gravitatoria y fue desviada hacia Venus . ^{[ 36 ]}  

Después de su sobrevuelo de la Tierra en abril de 2020, BepiColombo fue brevemente confundido con un asteroide cercano a la Tierra , recibiendo la designación provisional 2020 GL _2. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

Dos sobrevuelos consecutivos de Venus redujeron el perihelio a una distancia cercana a la del Sol-Mercurio, prácticamente sin necesidad de propulsión. Una secuencia de seis sobrevuelos de Mercurio redujo la velocidad relativa a 1,76 km/s (1,09 mi/s) . Tras el cuarto sobrevuelo de Mercurio en 2024, la nave espacial se encuentra en una órbita similar a la de Mercurio y permanece en las proximidades del planeta. ^{[ 41 ]}  

Después de que el posible biomarcador fosfina fue descubierto tentativamente en la atmósfera de Venus en septiembre de 2020, los científicos de la ESA sugirieron que BepiColombo podría detectar el compuesto durante sus dos sobrevuelos a Venus en 2020 y 2021. Sin embargo, no estaba claro si los instrumentos de la nave espacial eran suficientemente sensibles ^{[ 42 ]} y no ha habido ningún anuncio de dicha detección desde entonces. Con respecto a la supuesta detección de fosfina en Venus, se descubrió un error de interpolación en el estudio original de 2020, lo que resultó en múltiples líneas espectroscópicas espurias, incluida la característica espectral de la fosfina. Los reanálisis de los datos o bien no resultaron en la detección de fosfina ^{[ 43 ] [ 44 ]} o la detectaron con una concentración mucho menor.

Durante el primer sobrevuelo de Venus en octubre de 2020, siete instrumentos científicos y un monitor de radiación a bordo del Orbitador Planetario de Mercurio, y tres instrumentos a bordo de Mio , estuvieron activos y recopilando datos. Las observaciones se coordinaron con Akatsuki de JAXA , la única nave espacial activa que orbitaba Venus en ese momento, así como con observatorios terrestres. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

El segundo sobrevuelo de Venus en agosto de 2021 tuvo lugar tan solo 33 horas después de que otra nave espacial interplanetaria de la ESA , la Solar Orbiter , completara su asistencia gravitatoria en el mismo planeta. Ambas naves utilizaron sus instrumentos científicos para estudiar el entorno magnético, de plasma y de partículas alrededor de Venus durante sus sobrevuelos, ofreciendo conjuntos de datos multipunto únicos. El instrumento MERTIS de la MPO capturó espectros de alta resolución de la atmósfera de Venus y las tres cámaras de monitorización del Módulo de Transferencia de Mercurio (M-CAM) capturaron una serie de imágenes en blanco y negro del planeta, documentando las distintas fases del sobrevuelo. ^{[ 47 ]}

Durante el primer sobrevuelo de Mercurio en octubre de 2021, la nave espacial capturó sus primeras imágenes del planeta objetivo utilizando las cámaras de monitoreo M-CAM en el Módulo de Transferencia de Mercurio. ^{[ 48 ] [ 49 ]} Algunos de los instrumentos científicos en ambos orbitadores también estuvieron activos durante el sobrevuelo, explorando el entorno magnético y de partículas alrededor de Mercurio y midiendo la gravedad del planeta. ^{[ 50 ]}

Durante el segundo sobrevuelo en junio de 2022, las cámaras M-CAM fotografiaron, entre otros objetivos, el cráter Heaney con un volcán candidato, un objetivo importante para la misión principal de la nave espacial. Este cráter fue nombrado recientemente en honor a Seamus Heaney tras una solicitud del equipo M-CAM. Algunos de los instrumentos científicos volvieron a estar activos, midiendo el entorno magnético, de plasma y de partículas alrededor de la nave espacial. ^{[ 51 ]}

Durante el tercer sobrevuelo en junio de 2023, el conjunto de instrumentos MPPE a bordo de Mio se utilizó para mapear la magnetosfera de Mercurio . ^{[ 52 ]} Con base en estos datos, los científicos describieron varias características esperadas de la magnetosfera, pero también hicieron nuevos descubrimientos: 1) una capa de baja latitud que contiene partículas con un rango de energía mucho más amplio que el observado hasta ahora en Mercurio, 2) iones de hidrógeno energéticos atrapados en baja latitud y cerca del ecuador, y 3) iones de plasma frío de oxígeno y sodio , así como indicios de potasio , que probablemente fueron expulsados ​​de la superficie del planeta por micrometeoritos o el viento solar . ^{[ 53 ] [ 54 ]} MioLas observaciones de durante este sobrevuelo también identificaron las ondas de emisión discretas en modo silbador, similares a chirridos, observadas previamente en la magnetosfera terrestre pero hasta ahora desconocidas en Mercurio. ^{[ 55 ] [ 56 ]}

En mayo de 2024, las computadoras de BepiColombo (así como las de otra misión de la ESA, Mars Express ) reportaron un fuerte aumento en el número de errores de memoria, coincidiendo con una llamarada solar masiva de la región activa AR3664 , que en ese momento se encontraba alejada de la Tierra. El evento también fue observado en detalle por el Orbitador Solar de la ESA . ^{[ 57 ]}

Durante el cuarto sobrevuelo en septiembre de 2024, la nave espacial tuvo, por primera vez, una vista clara del polo sur de Mercurio. Las  cámaras M-CAM 2 y 3 proporcionaron imágenes de la región polar, así como del cráter Vivaldi y un cráter recientemente nombrado Stoddart en honor a Margaret Olrog Stoddart tras una solicitud del equipo de M-CAM. ^{[ 58 ]}

Durante el quinto sobrevuelo en diciembre de 2024, utilizando el instrumento MERTIS, BepiColombo se convirtió en la primera nave espacial en observar Mercurio en luz infrarroja media . ^{[ 59 ]} Durante el sexto y último sobrevuelo de Mercurio en enero de 2025, la cámara M-CAM  1 fotografió los cráteres permanentemente sombreados Prokofiev, Kandinsky, Tolkien y Gordimer cerca del polo norte del planeta. ^{[ 60 ]}

El 15 de mayo de 2024, la ESA informó de un problema que impedía que los propulsores de la nave espacial funcionaran a plena potencia durante una maniobra programada para el 26 de abril de 2024. ^{[ 61 ]} El 2  de septiembre de 2024, la ESA informó de que, para compensar la reducción del empuje disponible, se había desarrollado una trayectoria revisada que añadiría 11 meses al viaje, retrasando la fecha de llegada prevista del 5  de diciembre de 2025 a noviembre de 2026. ^{[ 62 ]}

El 15 de junio de 2026 a las 13:24 UTC, BepiColombo apagó su propulsión solar-eléctrica por última vez en preparación para la Fase de Llegada a Mercurio que comienza en septiembre. ^{[ 25 ] [ 63 ] [ 64 ]} También en junio, los equipos de BepiColombo comenzaron una serie de simulaciones de llegada en ESOC . ^{[ 64 ]} La nave espacial será "débilmente capturada" por la gravedad de Mercurio en noviembre de 2026 en órbita polar . Solo se necesita una pequeña maniobra para llevar la nave a una órbita alrededor de Mercurio con un apocentro de 178 000 kilómetros (111 000 mi) . Luego, los orbitadores se separarán y ajustarán sus órbitas usando propulsores químicos. ^{[ 65 ] [ 36 ]} 

El Módulo de Transferencia a Mercurio (MTM) tiene una masa de 2615 kg (5765 lb) , incluyendo 1400 kg (3100 lb) de propulsor de xenón , y está ubicado en la base del conjunto. Su función es transportar los dos orbitadores científicos a Mercurio y brindarles soporte durante el viaje.    

El MTM está equipado con un sistema de propulsión eléctrica solar como propulsión principal de la nave espacial. Sus cuatro propulsores iónicos QinetiQ -T6 operan individualmente o en pares para un empuje combinado máximo de 290 mN, ^{[ 76 ]} lo que lo convierte en el conjunto de motores iónicos más potente jamás operado en el espacio. El MTM suministra energía eléctrica para los dos orbitadores en hibernación, así como para su sistema de propulsión eléctrica solar gracias a dos paneles solares de 14 metros de largo (46 pies) . ^{[ 77 ]} Dependiendo de la distancia de la sonda al Sol , se esperaba que la potencia generada oscilara entre 7 y 14 kW, requiriendo cada T6 entre 2,5 y 4,5 kW según el nivel de empuje deseado.    

El sistema de propulsión eléctrica solar tiene típicamente un impulso específico muy alto y un empuje bajo . Esto da como resultado un perfil de vuelo con fases de frenado continuo de bajo empuje que duran meses, interrumpidas por asistencias gravitatorias planetarias , para reducir gradualmente la velocidad de la nave espacial. Antes de la inserción en la órbita de Mercurio, el MTM se desprenderá del conjunto de la nave espacial. Después de la separación del MTM, el MPO proporcionará a Mio toda la energía y los recursos de datos necesarios hasta que Mio sea entregada a su órbita de misión. ^{[ 77 ]} La separación de Mio del MPO se realizará mediante eyección por giro. ^{[ 78 ]}

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  Simulador MTM en el espacio
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  Despliegue del ala solar MTM
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  MTM en ESTEC
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  Detalle del propulsor MTM

El Orbitador Planetario de Mercurio (MPO) tiene una masa de 1150 kg (2540 lb) y utiliza un panel solar de una sola cara capaz de proporcionar hasta 1000 vatios , con reflectores solares ópticos para mantener su temperatura por debajo de 200 °C (392 °F) . El panel solar requiere rotación continua para mantener el Sol en un ángulo de incidencia bajo, con el fin de generar la energía adecuada y, al mismo tiempo, limitar la temperatura. ^{[ 77 ]}    

El MPO transporta una carga útil de 11 instrumentos, que comprenden cámaras, espectrómetros ( IR , UV , rayos X , rayos gamma , neutrones ), un radiómetro, un altímetro láser, un magnetómetro, analizadores de partículas, un transpondedor de banda Ka y un acelerómetro. Los componentes de la carga útil están montados en el lado nadir de la nave espacial para lograr bajas temperaturas en los detectores, a excepción de los espectrómetros MERTIS y PHEBUS, ubicados directamente en el radiador principal para proporcionar un mejor campo de visión. ^{[ 77 ]}

Una antena de alta ganancia de 1,0 m (3 pies 3 pulgadas) de diámetro , resistente a altas temperaturas, está montada en un brazo corto en el lado cenital de la nave espacial. Las comunicaciones se realizarán en las bandas X y Ka con una velocidad de bits promedio de 50 kbit/s y un volumen total de datos de 1550 Gbit /año. La estación terrestre de la ESA en Cebreros, España, de 35 metros (115 pies), será la principal instalación terrestre para las comunicaciones durante todas las fases de la misión. ^{[ 77 ]}    

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  El MPO se está colocando en las instalaciones de prueba de vacío térmico de Phenix.
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  Pruebas de radio de MPO
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  Panel de radiador e instrumentos MPO
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  MPO en ESTEC antes del apilamiento

Carga útil científica del MPO

La carga útil científica del Orbitador Planetario de Mercurio consta de once instrumentos: ^{[ 79 ] [ 80 ]}

• El altímetro láser BepiColombo (BELA), desarrollado por el DLR en cooperación con la Universidad de Berna , el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía . ^{[ 81 ]}
• Acelerómetro de resorte italiano (ISA), desarrollado por Italia
• Magnetómetro de mercurio (MPO-MAG, MERMAG), desarrollado por Alemania y Reino Unido ^{[ 77 ]}
• Radiómetro de mercurio y espectrómetro infrarrojo térmico (MERTIS), desarrollado por Alemania.
• Espectrómetro de rayos gamma y neutrones de mercurio (MGNS), desarrollado por Rusia.
• Espectrómetro de rayos X de imágenes de Mercurio (MIXS), desarrollado y construido por la Universidad de Leicester , el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE). ^{[ 82 ] [ 83 ]}
• El experimento de radiociencia del orbitador de Mercurio (MORE), desarrollado por Italia y Estados Unidos.
• Sondeo de la exosfera hermética mediante espectroscopia ultravioleta (PHEBUS), desarrollado por Francia y Rusia.
• Búsqueda de Relleno de la Exosfera y Abundancias de Partículas Neutras Emitidas (SERENA), ^{[ 84 ]} compuesta por 2 analizadores de partículas neutras y 2 analizadores de partículas ionizadas:
  • ELENA (Átomos Neutros Emitidos de Baja Energía), desarrollado por Italia;
  • STROFIO (espectrómetro de masas de campo giratorio) desarrollado por Estados Unidos; ^{[ 85 ]}
  • MIPA (Analizador de Precipitación de Iones en Miniatura), desarrollado por Suecia;
  • PICAM (Planetary Ion CAMera) fue desarrollada por el Instituto de Investigación Espacial (Institut für Weltraumforschung, IWF), el Instituto Ruso de Investigación Espacial (IKI), el Instituto de Investigación en Ciencias del Medio Ambiente (CETP/IPSL), el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC), el Instituto de Investigación de Física de Partículas y Nuclear (KFKI-RMKI) y el Instituto Max Planck de Investigación del Sistema Solar (MPS). ^{[ 81 ]}
• Espectrómetros e imágenes para el Sistema Integrado de Observatorios MPO BepiColombo (SIMBIO-SYS), cámaras estéreo de alta resolución y un espectrómetro visual e infrarrojo cercano , desarrollados por Italia, Francia y Suiza.
• Espectrómetro de partículas y rayos X de intensidad solar (SIXS), desarrollado por Finlandia y el Reino Unido.

Mio , o Orbitador Magnetosférico de Mercurio (MMO), desarrollado y construido principalmente por Japón , tiene la forma de un prisma octogonal corto, de 180 cm (71 pulgadas) de largo de cara a cara y 90 cm (35 pulgadas) de alto. ^{[ 3 ] [ 86 ]} Tiene una masa de 285 kg (628 libras) , incluyendo una carga útil científica de 45 kg (99 libras) que consta de 5 grupos de instrumentos, 4 para la medición de plasma y polvo operados por investigadores de Japón, y un magnetómetro de Austria . ^{[ 3 ] [ 87 ] [ 88 ]}        

Mio se estabilizará mediante rotación a 15 rpm con el eje de rotación perpendicular al ecuador de Mercurio. Entrará en una órbita polar a una altitud de 590 × 11.640 km (370 × 7.230 mi) , fuera de la órbita de MPO. ^{[ 87 ]} La parte superior e inferior del octágono actúan como radiadores con persianas para el control activo de la temperatura. Los lados están cubiertos con células solares que proporcionan 90 vatios. Las comunicaciones con la Tierra se realizarán a través de una antena de matriz en fase de alta ganancia de banda X de 0,8 m (2 pies 7 pulgadas) de diámetro y dos antenas de ganancia media que operan en la banda X. La telemetría devolverá 160 Gb /año, aproximadamente 5 kbit/s durante la vida útil de la nave espacial, que se espera sea mayor a un año. El sistema de reacción y control se basa en propulsores de gas frío . Tras su liberación en órbita de Mercurio, Mio será operada por el Centro de Operaciones Espaciales de Sagamihara utilizando la antena de 64 m (210 pies) del Centro de Espacio Profundo Usuda, ubicada en Nagano, Japón . ^{[ 79 ]}           

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  Mio en ESTEC antes del apilamiento
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  Mio siendo izada del contenedor por una grúa.
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  Mio sobre MPO (sin parasol)

The Mio orbiter requires additional thermal control on the cruise to Mercury, in addition to umbilicals to the MPO. The European Space Agency thus provided the Magnetospheric Orbiter Sunshield and Interface (MOSIF), a white shroud that is shaped like a conical frustrum to provide clearance, as Mio is spun up during its separation in 2026, before being ejected from the MPO.^[22][23][24]

The Mercury Surface Element (MSE) was cancelled in 2003 due to budgetary constraints.^[34] At the time of cancellation, MSE was meant to be a small, 44 kg (97 lb), lander designed to operate for about one week on the surface of Mercury.^[65] Shaped as a 0.9 m (2 ft 11 in) diameter disc, it was designed to land at a latitude of 85° near the terminator region. Braking manoeuvres would bring the lander to zero velocity at an altitude of 120 m (390 ft) at which point the propulsion unit would be ejected, airbags inflated, and the module would fall to the surface with a maximum impact velocity of 30 m/s (98 ft/s). Scientific data would be stored onboard and relayed via a cross-dipole UHF antenna to either the MPO or Mio. The MSE would have carried a 7 kg (15 lb) payload consisting of an imaging system (a descent camera and a surface camera), a heat flow and physical properties package, an alpha particle X-ray spectrometer, a magnetometer, a seismometer, a soil penetrating device (mole), and a micro-rover.^[90]