Fobos-Grunt

El costo del proyecto fue de 1.500 millones de rublos (64,4 millones de dólares estadounidenses). La financiación del proyecto para el período 2009-2012, incluidas las operaciones posteriores al lanzamiento, fue de aproximadamente 2.400 millones de rublos. ^{[ 13 ]} El costo total de la misión iba a ser de 5.000 millones de rublos (163 millones de dólares estadounidenses).

Según el científico principal Alexander Zakharov , la nave espacial completa y la mayoría de los instrumentos eran nuevos, aunque los diseños se basaron en el legado nacional de tres misiones Luna exitosas , que en la década de 1970 recuperaron unos cientos de gramos de rocas lunares. ^{[ 14 ]} Zakharov había descrito el proyecto de retorno de muestras de Fobos como "posiblemente el interplanetario más difícil hasta la fecha". ^{[ 15 ]}

El proyecto Fobos-Grunt comenzó en 1999, cuando el Instituto de Investigación Espacial de Rusia y NPO Lavochkin , el principal desarrollador de sondas interplanetarias soviéticas y rusas, iniciaron un estudio de viabilidad de 9 millones de rublos para una misión de retorno de muestras de Fobos. El diseño inicial de la nave espacial sería similar al de las sondas del programa Fobos lanzadas a finales de la década de 1980. ^{[ 16 ]} El desarrollo de la nave espacial comenzó en 2001 y el diseño preliminar se completó en 2004. Durante años, el proyecto se estancó debido a los bajos niveles de financiación del programa espacial ruso. Esto cambió en el verano de 2005, cuando se publicó el nuevo plan gubernamental para las actividades espaciales en el período 2006-2015. Fobos-Grunt se convirtió entonces en una de las misiones insignia del programa. Con una financiación sustancialmente mejorada, la fecha de lanzamiento se fijó para octubre de 2009. El diseño de 2004 se revisó un par de veces y se invitó a socios internacionales a unirse al proyecto. ^{[ 16 ]} En junio de 2006, NPO Lavochkin anunció que había comenzado la fabricación y las pruebas de la versión de desarrollo del equipo a bordo de la nave espacial.

El 26 de marzo de 2007, Rusia y China firmaron un acuerdo de cooperación para la exploración conjunta de Marte, que incluía el envío de la primera sonda interplanetaria china, Yinghuo-1 , a Marte junto con la nave espacial Fobos-Grunt. Yinghuo-1 pesaba 115 kg (254 lb) y habría sido liberada por la nave espacial principal en una órbita marciana. ^{[ 17 ]}  

NPO Lavochkin fue el contratista principal del proyecto, desarrollando sus componentes. El diseñador jefe de Fobos-Grunt fue Maksim Martynov . ^{[ 18 ]} El muestreo y la descarga de muestras de suelo de Fobos fueron desarrollados por el Instituto GEOHI RAN de la Academia Rusa de Ciencias (Instituto Vernadski de Geoquímica y Química Analítica) y los estudios científicos integrados de Fobos y Marte mediante métodos remotos y de contacto fueron responsabilidad del Instituto Ruso de Investigación Espacial , ^{[ 19 ]} donde Alexander Zakharov se desempeñó como científico principal de la misión. ^{[ 15 ]}

El orbitador chino Yinghuo-1 fue lanzado junto con Fobos-Grunt. ^{[ 20 ]} A finales de 2012, tras un viaje de 10 a 11,5 meses, Yinghuo-1 se habría separado y habría entrado en una  órbita ecuatorial de 800 × 80 000 km (5° de inclinación) con un período de tres días. Se esperaba que la nave espacial permaneciera en órbita marciana durante un año. Yinghuo-1 se habría centrado principalmente en el estudio del entorno externo de Marte. Los investigadores del centro espacial esperaban utilizar fotografías y datos para estudiar el campo magnético de Marte y la interacción entre las ionosferas , las partículas de escape y el viento solar . ^{[ 21 ]}

Una segunda carga útil china, el Sistema de Descarga y Preparación de Suelo (SOPSYS), se integró en el módulo de aterrizaje. SOPSYS era una herramienta de molienda en microgravedad desarrollada por la Universidad Politécnica de Hong Kong . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Otra carga útil en Fobos-Grunt era un experimento de la Planetary Society llamado Living Interplanetary Flight Experiment ; su objetivo era probar si organismos seleccionados podían sobrevivir algunos años en el espacio profundo haciéndolos volar a través del espacio interplanetario. El experimento habría probado un aspecto de la transpermia , la hipótesis de que la vida podría sobrevivir a los viajes espaciales, si se protegiera dentro de rocas desprendidas por el impacto de un planeta para aterrizar en otro. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

La Academia de Ciencias de Bulgaria contribuyó con un experimento de medición de radiación en Fobos-Grunt. ^{[ 28 ]}

Dos módulos de aterrizaje MetNet Mars desarrollados por el Instituto Meteorológico Finlandés estaban planeados para ser incluidos como carga útil de la misión Fobos-Grunt, ^{[ 29 ] [ 30 ]} pero las restricciones de peso de la nave espacial obligaron a descartar los módulos de aterrizaje MetNet de la misión. ^{[ 13 ]}

La fecha de lanzamiento de octubre de 2009 no pudo cumplirse debido a retrasos en el desarrollo de la nave espacial. Durante 2009, los funcionarios admitieron que el cronograma era muy ajustado, pero aún así esperaban hasta el último momento que se pudiera realizar un lanzamiento. ^{[ 26 ]} El 21 de septiembre de 2009, se anunció oficialmente que la misión se retrasaría hasta la siguiente ventana de lanzamiento en 2011. ^{[ 13 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} Una razón principal del retraso fueron las dificultades encontradas durante el desarrollo de las computadoras de a bordo de la nave espacial. Si bien la empresa con sede en Moscú Tehkhom proporcionó el hardware de la computadora a tiempo, el equipo interno de NPO Lavochkin responsable de la integración y el desarrollo de software se retrasó en el cronograma. ^{[ 34 ]} La jubilación del director de NPO Lavochkin, Valeriy N. Poletskiy, en enero de 2010, se consideró ampliamente vinculada al retraso de Fobos-Grunt. Viktor Khartov fue nombrado nuevo director de la empresa. Durante el tiempo adicional de desarrollo resultante del retraso, se añadió al módulo de aterrizaje de Fobos una perforadora de fabricación polaca como dispositivo de extracción de suelo de reserva. ^{[ 35 ]}

La nave espacial llegó al Cosmódromo de Baikonur el 17 de octubre de 2011 y fue transportada al Sitio 31 para el procesamiento previo al lanzamiento. ^{[ 36 ]} El vehículo de lanzamiento Zenit-2SB41 que transportaba Fobos-Grunt despegó con éxito del Cosmódromo de Baikonur a las 20:16 UTC del 8 de noviembre de 2011. El propulsor Zenit insertó la nave espacial en una órbita terrestre baja elíptica inicial de 207 km × 347 km (129 mi × 216 mi) con una inclinación de 51,4°. ^{[ 37 ]}      

Se requirieron dos encendidos de la unidad de propulsión principal en órbita terrestre para enviar la nave espacial a la trayectoria interplanetaria. Dado que ambos encendidos de los motores se habrían producido fuera del alcance de las estaciones terrestres rusas, los participantes del proyecto pidieron a voluntarios de todo el mundo que realizaran observaciones ópticas de los encendidos, por ejemplo, con telescopios, e informaran de los resultados para permitir una predicción más precisa de la trayectoria de vuelo de la misión al entrar en el alcance de las estaciones terrestres rusas. ^{[ 38 ]}

Se esperaba que, tras 2,5 horas y 1,7 revoluciones en la órbita inicial, la unidad de propulsión principal autónoma (MDU), derivada de la etapa superior Fregat , realizara su encendido para insertar la nave espacial en la órbita elíptica (250  km x 4150–4170  km) con un período de aproximadamente 2,2 horas. Tras la finalización del primer encendido, se esperaba que el tanque de combustible externo de la unidad de propulsión se desprendiera, y que el encendido para un segundo encendido para abandonar la órbita terrestre estuviera programado para una órbita, o 2,1 horas, después del final del primer encendido. ^{[ 37 ] [ 39 ] [ 40 ]} El módulo de propulsión constituye el bus de la etapa de crucero de Fobos-Grunt. Según los planes originales, se esperaba la llegada a la órbita de Marte durante septiembre de 2012 y el vehículo de retorno estaba programado para llegar a la Tierra en agosto de 2014. ^{[ 19 ] [ 41 ]}

Después de lo que habría sido el final planeado del primer encendido, la nave espacial no pudo ser localizada en la órbita objetivo. Posteriormente se descubrió que la nave espacial aún se encontraba en su órbita de estacionamiento inicial y se determinó que el encendido no se había producido. ^{[ 6 ]} Inicialmente, los ingenieros tenían aproximadamente tres días desde el lanzamiento para rescatar la nave espacial antes de que se agotaran sus baterías. ^{[ 17 ]} Luego se estableció que los paneles solares de la nave se habían desplegado, lo que dio a los ingenieros más tiempo para restablecer el control. Pronto se descubrió que la nave espacial estaba ajustando su órbita, cambiando su reentrada prevista de finales de noviembre o diciembre de 2011 a principios de 2012. ^{[ 42 ]} Aunque no se había contactado con ella, la nave espacial parecía estar ajustando activamente su perigeo (el punto más cercano a la Tierra en su órbita). ^{[ 42 ] [ 43 ]}

El 22 de noviembre de 2011, la estación de seguimiento de la Agencia Espacial Europea en Perth , Australia , captó una señal de la sonda después de que esta le enviara la orden de encender uno de sus transmisores. El Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) en Darmstadt , Alemania , informó que el contacto se realizó a las 20:25 UTC del 22 de noviembre de 2011 después de que se hubieran realizado algunas modificaciones en la antena parabólica de 15 metros (49 pies) en Perth para mejorar sus posibilidades de obtener una señal. ^{[ 44 ]} No se recibió telemetría en esta comunicación. ^{[ 45 ]} No quedó claro si el enlace de comunicaciones habría sido suficiente para ordenar a la nave espacial que encendiera sus motores para llevarla en su trayectoria prevista hacia Marte. ^{[ 46 ]} Funcionarios de Roscosmos dijeron que la ventana de oportunidad para rescatar Fobos-Grunt se cerraría a principios de diciembre de 2011. ^{[ 46 ]} 

Al día siguiente, el 23 de noviembre de 2011, la estación de Perth volvió a contactar con la nave espacial y, durante 6 minutos, se recibieron aproximadamente 400 "tramas" de telemetría e información Doppler. ^{[ 45 ] [ 47 ] [ 48 ]} La cantidad de información recibida durante esta comunicación no fue suficiente y, por lo tanto, no fue posible identificar el problema con la sonda. ^{[ 48 ] [ 49 ]} Los intentos de comunicación posteriores realizados por la ESA no tuvieron éxito y no se restableció el contacto. ^{[ 50 ]} El vehículo espacial no respondió a las órdenes enviadas por la Agencia Espacial Europea para elevar su órbita. Roscosmos proporcionó estas órdenes a la ESA. ^{[ 45 ]}

Desde Baikonour, Kazajistán , Roscosmos pudo recibir telemetría de Fobos-Grunt el 24 de noviembre de 2011, pero los intentos de contactarla fracasaron. Esta telemetría demostró que el equipo de radio de la sonda funcionaba y que se comunicaba con los sistemas de control de vuelo de la nave espacial. Además, los altos funcionarios de Roscosmos creían que Fobos-Grunt era funcional, estaba orientada de forma estable y cargaba baterías mediante sus paneles solares. ^{[ 45 ]}

En una entrevista a finales de noviembre de 2011, el gerente de servicio de la Agencia Espacial Europea para Fobos-Grunt, Wolfgang Hell, declaró que Roscosmos tenía una mejor comprensión del problema con la nave espacial, diciendo que llegaron a la conclusión de que tienen algún tipo de problema de energía a bordo. ^{[ 51 ]}

La ESA no logró comunicarse con la sonda espacial en ninguna de las cinco oportunidades que tuvo entre el 28 y el 29 de noviembre de 2011. Durante esas ocasiones, la nave espacial no acató las órdenes de encender los motores y elevar su órbita. La agencia espacial rusa solicitó entonces a la ESA que repitiera las órdenes. ^{[ 52 ]} La Agencia Espacial Europea decidió finalizar los esfuerzos para contactar con la sonda el 2 de diciembre de 2011, y un analista afirmó que Fobos-Grunt parecía estar "muerta". ^{[ 53 ]} Sin embargo, la ESA puso equipos a disposición para ayudar a la misión Fobos-Grunt si la situación cambiaba. ^{[ 49 ]} A pesar de ello, Roscosmos declaró su intención de seguir intentando contactar con el vehículo espacial hasta que entrara en la atmósfera.

El Centro Conjunto de Operaciones Espaciales (JSpOC) del Comando Estratégico de los Estados Unidos rastreó la sonda e identificó a principios de diciembre de 2011 que Fobos-Grunt tenía una órbita elíptica alrededor de la Tierra a una altitud de entre 209 km (130 mi) y 305 km (190 mi) , pero descendiendo unos pocos kilómetros cada día. ^{[ 54 ] [ 55 ]}    

Antes de la reentrada, la nave espacial aún transportaba a bordo unas 7,51 toneladas de hidracina y tetróxido de nitrógeno altamente tóxicos. ^{[ 7 ] [ 17 ]} Esto era principalmente combustible para la etapa superior de la nave espacial. Estos compuestos, con puntos de fusión de 2  °C y -11,2  °C, normalmente se mantienen en estado líquido y se esperaba que se consumieran durante la reentrada. ^{[ 17 ]} El veterano de la NASA James Oberg dijo que la hidracina y el tetróxido de nitrógeno "podrían congelarse antes de entrar finalmente", contaminando así la zona de impacto. ^{[ 7 ]} También afirmó que si Fobos-Grunt no se recuperaba, podría ser el objeto más peligroso en caer de la órbita. ^{[ 7 ]} Mientras tanto, el director de Roscosmos dijo que la probabilidad de que partes llegaran a la superficie de la Tierra era "altamente improbable" y que la nave espacial, incluyendo el módulo LIFE y el orbitador Yinghuo-1, se destruiría durante la reentrada. ^{[ 17 ]}

Fuentes militares rusas afirmaron que Fobos-Grunt se encontraba en algún lugar del océano Pacífico, entre Nueva Zelanda y Sudamérica, cuando reingresó a la atmósfera alrededor de las 17:45 UTC. Aunque inicialmente se temía que sus restos alcanzaran tierra firme a tan solo 145 kilómetros (90 millas) al oeste de Santa Fe , Argentina, las Fuerzas de Defensa Aérea y Espacial rusas informaron que finalmente cayó en el océano Pacífico, a 1247 km (775 millas) al oeste de la isla Wellington , Chile. ^{[ 9 ]} El portavoz del Ministerio de Defensa reveló posteriormente que dicha estimación se basaba en cálculos, sin testimonios de testigos. En contraste, expertos civiles rusos en balística afirmaron que los fragmentos habían caído sobre una zona más amplia de la superficie terrestre y que el punto medio de la zona de impacto se ubicaba en el estado de Goiás , Brasil . ^{[ 56 ] [ 57 ]}   

Inicialmente, el jefe de Roscosmos, Vladimir Popovkin , sugirió que el fallo de Fobos-Grunt podría haber sido resultado de un sabotaje por parte de una nación extranjera. ^{[ 58 ] [ 59 ]} También afirmó que se habían tomado decisiones técnicas arriesgadas debido a la financiación limitada. El 17 de enero de 2012, un funcionario ruso no identificado especuló que un radar estadounidense estacionado en las Islas Marshall podría haber desactivado inadvertidamente la sonda, pero no citó ninguna evidencia. ^{[ 60 ]} Popovkin sugirió que los microchips podrían haber sido falsificados, ^{[ 61 ] [ 62 ]} luego anunció el 1 de febrero de 2012 que una ráfaga de radiación cósmica podría haber provocado que las computadoras se reiniciaran y entraran en modo de espera. ^{[ 63 ] [ 64 ]} Expertos de la industria pusieron en duda la afirmación citando lo improbable que es que los efectos de tal ráfaga se produzcan en la órbita terrestre baja, dentro de la protección del campo magnético terrestre . ^{[ 65 ]}

El 6 de febrero de 2012, la comisión que investigó el percance concluyó que la misión Fobos-Grunt falló debido a "un error de programación que provocó el reinicio simultáneo de dos canales de trabajo de una computadora de a bordo". El paquete de cohetes de la nave nunca se activó debido al reinicio de la computadora, dejando la nave varada en órbita terrestre. ^{[ 66 ] [ 67 ]} Aunque se identificó la falla específica, los expertos sugieren que fue la culminación de un control de calidad deficiente, ^{[ 68 ] [ 69 ]} falta de pruebas, ^{[ 70 ]} problemas de seguridad y corrupción. ^{[ 71 ]} El presidente ruso Dmitry Medvedev sugirió que los responsables deberían ser castigados y tal vez procesados ​​penalmente. ^{[ 61 ] [ 72 ] [ 73 ]}

En enero de 2012, científicos e ingenieros del Instituto de Investigación Espacial de Rusia y NPO Lavochkin solicitaron una misión de retorno de muestras repetida llamada Fobos-Grunt-2 ^{[ 74 ]} y Boomerang ^{[ 75 ] [ 76 ]} para su lanzamiento en 2020. ^{[ 77 ] [ 78 ]} Popovkin declaró que pronto intentarían repetir la misión Fobos-Grunt, si no se llegaba a un acuerdo para la cooperación rusa en el programa ExoMars de la Agencia Espacial Europea . Sin embargo, dado que se llegó a un acuerdo para la inclusión de Rusia como socio de pleno derecho del proyecto, ^{[ 79 ]} algunos instrumentos desarrollados originalmente para Fobos-Grunt fueron enviados al Orbitador de Gases Traza ExoMars . ^{[ 80 ]}

El 2 de agosto de 2014, la Academia de Ciencias de Rusia declaró que la misión de repetición Phobos-Grunt podría reiniciarse para un lanzamiento aproximadamente en 2024. ^{[ 81 ] [ 82 ]} En agosto de 2015, el grupo de trabajo ESA - Roscosmos sobre cooperación posterior a ExoMars completó un estudio conjunto para una posible futura misión de retorno de muestras de Fobos, se llevaron a cabo discusiones preliminares, ^{[ 83 ] [ 84 ]} y en mayo de 2015 la Academia de Ciencias de Rusia presentó una propuesta de presupuesto. ^{[ 83 ] [ 85 ]}

En septiembre de 2023, Roscosmos tenía previsto lanzar Boomerang "después de 2030". ^{[ 86 ]}

Boomerang está concebido como la primera etapa de la misión rusa de retorno de muestras de Marte llamada Mars-Grunt . ^{[ 85 ] [ 87 ] [ 88 ]} Esta misión de retorno de muestras de Marte se desarrollaría a partir de las tecnologías demostradas por Fobos-Grunt-2. ^{[ 85 ]}

El viaje de la nave espacial a Marte duraría unos diez meses. Tras llegar a la órbita marciana, la unidad de propulsión principal y la estructura de transferencia se separarían y el orbitador marciano chino se liberaría. Fobos-Grunt pasaría entonces varios meses estudiando el planeta y sus lunas desde la órbita, antes de aterrizar en Fobos . Era imperativo evitar la introducción en Marte de contaminantes procedentes de la Tierra; según el diseñador jefe de Fobos-Grunt, Maksim Martynov , la probabilidad de que la sonda alcanzara accidentalmente la superficie de Marte era mucho menor que la máxima especificada para las misiones de Categoría III, el tipo asignado a Fobos-Grunt y definido en la política de protección planetaria de COSPAR (de conformidad con el Artículo IX del Tratado del Espacio Ultraterrestre). ^{[ 130 ] [ 131 ]}

El lugar de aterrizaje previsto en Fobos era una región comprendida entre los 5°S y los 5°N, y entre los 230° y los 235°E. ^{[ 132 ]} La recolección de muestras de suelo comenzaría inmediatamente después de que el módulo de aterrizaje tocara tierra en Fobos, y duraría entre 2 y 7 días. Existía un modo de emergencia en caso de fallo de las comunicaciones, que permitía al módulo de aterrizaje lanzar automáticamente el cohete de retorno para entregar las muestras a la Tierra. ^{[ 26 ]}

Un brazo robótico habría recogido muestras de hasta 1,3 cm (0,51 pulg.) de diámetro. En el extremo del brazo había una herramienta en forma de tubo que se dividía para formar una garra. La herramienta contenía un pistón que habría empujado la muestra hacia un contenedor cilíndrico. Un fotodiodo sensible a la luz habría confirmado si la recogida de material había sido exitosa y también habría permitido la inspección visual del área de excavación. El dispositivo de extracción de muestras habría realizado de 15 a 20 pasadas, obteniendo un total de 85 a 156 g (3,0 a 5,5 oz) de suelo. ^{[ 26 ]} Las muestras se cargarían en una cápsula que luego se trasladaría dentro de una tubería especial hacia el módulo de descenso inflando una bolsa elástica dentro de la tubería con gas. ^{[ 130 ]} Debido a que las características del suelo de Fobos son inciertas, el módulo de aterrizaje incluía otro dispositivo de extracción de suelo, un taladro de fabricación polaca, que se habría utilizado en caso de que el suelo resultara demasiado rocoso para el dispositivo de extracción principal. ^{[ 12 ] [ 35 ]}    

Tras la partida de la etapa de retorno, los experimentos del módulo de aterrizaje habrían continuado in situ en la superficie de Fobos durante un año. Para ahorrar energía, el control de la misión los habría encendido y apagado en una secuencia precisa. El brazo robótico habría colocado más muestras en una cámara que las calentaría y analizaría sus espectros de emisión . Este análisis podría haber permitido determinar la presencia de compuestos volátiles, como el agua. ^{[ 26 ]}

La etapa de retorno estaba montada sobre el módulo de aterrizaje. Habría necesitado acelerar a 35 km/h (22 mph) para escapar de la gravedad de Fobos. Para evitar dañar los experimentos que permanecían en el módulo de aterrizaje, la etapa de retorno habría encendido su motor una vez que el vehículo hubiera sido elevado a una altura segura mediante resortes. Luego habría comenzado las maniobras para el viaje final a la Tierra, donde habría llegado en agosto de 2014. ^{[ 26 ]} Un vehículo de descenso de 11 kg que contenía la cápsula con muestras de suelo (hasta 0,2 kg (0,44 lb) ) se habría liberado en aproximación directa a la Tierra a 12 km/s (7,5 mi/s) . ^{[ 104 ]} Después del frenado aerodinámico a 30 m/s (98 ft/s), el vehículo de descenso cónico realizaría un aterrizaje forzoso sin paracaídas dentro del campo de pruebas Sary Shagan en Kazajstán . ^{[ 130 ] [ 133 ]} El vehículo no tenía ningún equipo de radio. ^{[ 12 ]} Se habrían utilizado radares terrestres y observaciones ópticas para rastrear el regreso del vehículo. ^{[ 134 ]}        

El centro de control de la misión estaba ubicado en el Centro de Comunicaciones del Espacio Profundo ( Национальный центр управления и испытаний космических средств (en ruso) , equipado con un radiotelescopio RT-70 cerca de Eupatoria en Crimea . ^{[ 135 ]} Rusia y Ucrania acordaron a finales de octubre de 2010 que el Centro Europeo de Operaciones Espaciales en Darmstadt , Alemania, habría controlado la sonda ^{[ 136 ] .}

Las comunicaciones con la nave espacial en la órbita de estacionamiento inicial se describen en una publicación de dos volúmenes. ^{[ 137 ]}