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Phobos-Grunt, Misión al Día...!
Wilfredo Orozco
Rusia se prepara para reanudar su programa de exploración interplanetaria. Luego de la profunda decepción ocasionada en la comunidad planetaria rusa por la pérdida en 1996 de la sonda Mars-96, la misión Phobos-Grunt al fin parece haber ingresado en su fase final desarrollo.
l lanzamiento está previsto para Octubre del 2009, y si todo ocurre de acuerdo a lo largamente programado, Phobos-Grunt está llamada a ser una de las misiones planetarias más excitantes de cuantas hayan sido lanzadas. Aunque observadores occidentales están preocupados por la creciente complejidad de la misión (20 instrumentos y sumando...), que haría que el lanzamiento se reprogramara para el 2011, fuentes oficiales rusas afirman que a diferencia de la Mars-96 –que estuvo plagada de problemas presupuestarios– esta nueva misión marciana rusa cuenta con un respaldo económico más que suficiente. Es cierto que existen problemas técnicos de integración y de software (luego del fracaso de la Mars-96, se perdieron cantidad de programadores especializados!), pero los responsables insisten en que se está cumpliendo a rajatabla con el cronograma de trabajo, confirmando por lo tanto el lanzamiento para el 2009. Veremos. Desde estas páginas iremos comentando las principales noticias que surjan de esta ambiciosa misión espacial.
Nota: Para acceder a una descripción del programa original Phobos-Grunt, click aquí.
russian Russia mission Mars spacecraft planetary Fobos satellite groont launch soil sample
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16 OCT 08Vínculo a esta entrada

Sofisticado conjunto de instrumentos.
La sonda rusa transporta un muy variado y completo conjunto de instrumentos. Entre éstos, se destaca el denominado “Paquete Análisis de Gases” (PAG), desarrollado conjuntamente entre el Centre National d’Etudes Spatiales - CNES, la agencia espacial francesa, y el Institut Kosmicheskikh Issledovany - IKI (Instituto de Investigaciones Espaciales de Rusia, aproximadamente el equivalente del Jet Propulsion Laboratory de los EEUU). El PAG es un conjunto de instrumentos para el estudio “in situ” de la composición molecular del suelo de Fobos.

Según algunas fuentes, todos los instrumentos de la Phobos-Grunt deberían ser entregados al constructor de la nave –NPO Lavochkin– hacia fines 2008, o bien a principios de 2009.
16 OCT 08Vínculo a esta entrada

Sistemas de propulsión.
Todos los elementos propulsores de la Phobos-Grunt son provistos por otra tradicional entidad tecnológica rusa, el NIIMASH (Instituto de I&D de Ingeniería Mecánica), de la región de Sverdlovsk, Nizhnyaya Salda, Rusia. Este bureau se especializa en el desarrollo de propulsores de bajo empuje para los sistemas espaciales de orientación y también tuvo a su cargo la puesta a punto del poderoso motor criogénico RD-0120, del vector pesado Energia, efectuando en sus instalaciones unos 500 encendidos de prueba.

En principio, los elementos propulsores de la Phobos-Grunt son:
Sistema de propulsión de la etapa de retorno. Motor principal de 130,5 N de empuje (NTO: tetróxido de dinitrógeno, oxidante / UDMH: dimetil hidracina asimétrica, combustible), más 16 propulsores de nitrógeno gaseoso de 0,8 N de empuje cada uno. El sistema se completa con cuatro tanques monopropergol (para los elementos hipergólicos) y dos botellas para almacenar al nitrógeno gaseoso. El nitrógeno gaseoso también se utiliza para presurizar a los tanques de NTO y UDMH. Los propulsores de nitrógeno ofrecen un ciclo de vida de +80 000 encendidos.
Sistema de propulsión de la etapa de retorno
Sistema de propulsión de la etapa de retorno. Este sistema tiene un peso total (incluyendo los elementos combustibles) de unos 190 kg.
(NIIMASH) Click para ampliar...!
Sistema propulsor de la etapa de crucero/lander. Este sistema se compone de 4 propulsores del tipo 11D458F, el cual emplea propergoles hipergólicos (NTO/UDMH). El 11D458F tiene un empuje nominal promedio de 392,4 N, un impulso específico (promedio) de 302 s, un peso de 3 kg, y un ciclo de vida de +10 000 encendidos.
Propulsor 11D458F
Sistema de propulsión de la etapa de crucero/lander. (NIIMASH)
Sistema de propulsores para el control de orientación. La Phobos-Grunt utiliza para controlar su orientación –y estabilización – a cuatro conjuntos de motores de bajo empuje. Cada conjunto se compone de 4 propulsores del tipo 11D457F, el cual emplea propergoles hipergólicos (NTO/UDMH), más un propulsor muy pequeño (*).

El 11D457F tiene un empuje nominal promedio de 53,9 N, un impulso específico (promedio) de 290 s, un peso de 1,2 kg, un tiempo de encendido de 0,03...200 s y un ciclo de vida de 100 000 encendidos. El sistema basado en este sofisticado propulsor juega un rol clave en esta misión, ya que además tiene la responsabilidad de asegurar el descenso final en Fobos.

(*) De este pequeño propulsor se desconocen sus características y funciones, aunque podría tratarse de un derivado del motor 17D58E (NTO/UDMH) de 13,3 N de empuje, quizás para efectuar pequeñas correcciones en la orientación de la nave.
Propulsor 11D457F
Sistema de propulsores para el control de orientación. (NIIMASH)
16 OCT 08Vínculo a esta entrada

Modificando herramientas.
Otro de los cambios más notorios realizados en la Phobos-Grunt es lo concerniente al reemplazo del taladro para recolectar muestras, por una pala especializada. “Hay ciertas complicaciones a la hora de tomar muestras del suelo de Fobos”, dice Aleksandr Zakharov, subdirector del IKI. “Estamos trabajando en un entorno prácticamente sin gravedad, y simular esto en la Tierra es prácticamente imposible. Por lo que, estamos recurriendo a todo tipo de trucos”, añade.

Los científicos esperan que Phobos-Grunt retransmita a la Tierra vistas panorámicas de la superficie de Fobos que ayudarán a los mismos a seleccionar las mejores áreas para su estudio. Para la recolección de muestras los técnicos del NPO Lavochkin, habían pensado en emplear a una variación de los taladros usados por las sondas soviéticas “Luna”, que recolectaron muestras del suelo selenita en la década de 1970. Pero en la bajísima gravedad de Fobos, que tiene un diámetro promedio de menos de 22 km, la nave pesará menos de 430 g (!!). La acción de un taladro hubiera entonces inclinado al lander, y hasta darlo vuelta, según la dureza del suelo. Así que se optó por desarrollar un pequeño brazo robot con una pala en su extremo, para abrir pequeñas zanjas alrededor del lander.

Obviamente con el uso de una pala se pierde la capacidad de penetrar en profundidad en la superficie, pero esto no parece ser un gran limitante. Según Zakharov las perforaciones realizadas por las sondas Luna a profundidades de más de un metro mostraron que no hay muchas diferencias en la composición química del suelo al incrementar la profundidad, por lo que no parece ser realmente necesario excavar muy profundo.

La pala puede penetrar en la superficie aproximadamente una pulgada (~2,50 cm). “Lo que realmente es crítico aquí es obtener piedras”, dice Zakharov. Debido a que el regolito de la superficie fue reprocesado muchas veces, es muy posible que refleje la historia de elementos ajenos al Fobos mismo.

El brazo robot puede recolectar piedras de hasta media pulgada (~1,25 cm) de diámetro. Termina en una herramienta con forma de tubo que se divide para formar una pinza. Ésta incluye un pistón que empujará a las muestras del suelo hacia un contenedor especial. Un foto-diodo sensible a la luz instalado en la pinza ayudará a los científicos a saber si el dispositivo recolectó material. Se espera también poder ver las pequeñas zanjas abiertas en la superficie por este dispositivo. El brazo manipulador debería abrir unas 15 o 20 zanjas, recolectando en total aproximadamente 150 g de suelo.
16 OCT 08Vínculo a esta entrada

Estaciones penetradoras de Finlandia.
El Instituto Meteorológico Finlandés (IMF), la entidad líder en Finlandia responsable del desarrollo de la tecnología espacial de ese país, tiene décadas de estrecha colaboración con varios grupos espaciales de Rusia. En la actualidad, el IMF junto con NPO Lavochkin y el IKI están trabajando para crear un sistema de observación terrestre llamado “Arktika” destinado a estudiar la atmósfera y el ambiente terrestre. También estos grupos están trabajando en una misión de exploración marciana. Tanto la misión Arktika, como la misión marciana están siendo desarrolladas en el marco de un programa de financiamiento intergubernamental para convertir parte de la deuda que Rusia tiene con Finlandia (heredada de la ex Unión Soviética) en diversos proyectos de colaboración.
Estaciones penetradoras de Finlandia
Estaciones penetradoras desarrolladas por Finlandia con la colaboración de las entidades rusas NPO Lavochkin e IKI. (FMI/Espacial.org) Click para ampliar...!
La misión de exploración marciana se centra en la implementación de una red de estaciones de observación del entorno marciano. Estas estaciones son llamadas “MetNet Lander” (MNL), y están siendo desarrolladas desde el 2001 entre el IMF, NPO Lavochkin y el IKI. El MNL es un vehículo penetrador de descenso “semi-duro”, el cual descenderá a la superficie marciana empleando innovadoras estructuras de deceleración inflables, en lugar de los tradicionales escudos térmicos protectores rígidos y paracaídas.

El IMF planea desplegar en Marte hacia el año 2018, 16 penetradores MNL preparados para conectarse con la nave portadora “MetNet Orbiter” (MNO), la cual podría ser una plataforma derivada de la Phobos-Grunt o Mars Express. Para probar el concepto de los MNL, el IMF espera enviar a bordo de la Phobos-Grunt un prototipo del mismo completamente equipado (según fuentes finlandesas serían dos los prototipos).
16 OCT 08Vínculo a esta entrada

Experimento LIFE
Experimento LIFE
(Planetary Society) Click para ampliar...!
Diminutos viajeros. Quizás el “pasajero” más inusual transportado por la Phobos-Grunt, sea el paquete científico proporcionado por la Planetary Society (Pasadena, California) llamado LIFE (Living Interplanetary Flight Experiment, o Experimento de Vuelo Interplanetario Viviente en español), que enviará diferentes tipos de microorganismos y una muestra de suelo con sus respectivas colonias de microbios en un viaje de ida y vuelta de tres años. Los tres dominios de la vida tendrán representantes en el experimento LIFE: Bacteria, Arquea (los cuales sólo incluyen a microorganismos), y Eucariotas (el cual también incluye a todas las formas de vida compleja). “Será la primera vez que organismos vivos realicen un vuelo interplanetario” –al menos de una forma controlada– dice Louis Friedman, Director Ejecutivo de la sociedad.

El contenedor de este experimento simulará ser un meteorito que transporta elementos vivos en su interior. LIFE estará instalado en la cápsula de retorno de Phobos-Grunt. ¿Pueden los meteoritos eventualmente impregnados con algún tipo de microorganismos propagar vida entre los cuerpos del Sistema Solar?. Seguramente los resultados del original experimento LIFE de la Planetary Society ayudarán a clarificar un poco esta cuestión.
16 OCT 08Vínculo a esta entrada

Cambios de vector y del perfil de la misión.
Al principio del proyecto, se había pensado en utilizar a un “económico” vector del tipo Soyuz-2, pero la inclusión de la sonda china YingHuo-1 (+110 kg de peso), de penetradores finlandeses, más las modificaciones de algunos instrumentos y hasta la inclusión de otros nuevos, ha obligado a los planificadores a buscar un nuevo vector para lanzar a esta ambiciosa misión. Según algunas fuentes se elegiría a vector del tipo Zenit, pero según cree el autor los rusos finalmente se decidirán por emplear al venerable y confiable Proton. Más allá de las serias turbulencias económicas internacionales actuales, la situación financiera de la Federación Rusa es muy sólida, por la que ante la necesidad de asegurar un lanzamiento exitoso es muy probable que pasen por alto consideraciones puramente económicas y recurran al Proton. El Proton tiene una gran experiencia en enviar sondas a Marte, experiencia que por otra parte no tiene el vector Zenit. Es difícil creer que vayan a usar a un vector que nunca ha lanzado una misión a Marte...
Configuración final Phobos-Grunt
Configuración final oficial de la sonda Phobos-Grunt. Según el periodista especializado Anatoly Zak, el peso total de este sistema espacial se estaría aproximando a las 11 tn. (NPO Lavochkin) Click para ampliar...!
Vector Proton
¿Será finalmente el vector Proton el encargado de lanzar a la compleja misión Phobos-Grunt?. (ILS) Click para ampliar...!
Otro cambio importante está referido al perfil de la misión. En el perfil original, la etapa Fregat era descartada en las cercanías de la Tierra, luego de realizar encendidos para insertar a la Phobos-Grunt en una trayectoria interplanetaria Tierra-Marte. Luego la Phobos-Grunt realizaba diversos encendidos de su sistema propulsor principal para ajustar esta trayectoria. Pero la instalación de la sonda china YingHuo-1 debajo de la Phobos-Grunt, hace que ésta no pueda utilizar su sistema propulsor principal. Además los penetradores finlandeses van a estar insertos en la estructura de la etapa Fregat. De todo esto se deduce que la etapa Fregat transportará hasta las cercanías de Marte al conjunto YingHuo-1/Phobos-Grunt, donde despachará a todos los elementos de este sistema: los penetradores seguirán una trayectoria que los hará caer en caída libre sobre la superficie de Marte, la YingHuo-1 entrará en órbita marciana altamente elíptica, y la Phobos-Grunt ahora liberada de todos sus acompañantes podrá accionar su sistema propulsor principal para frenar, entrar en órbita marciana, y adecuar la misma para acometer el objetivo principal de descender en Fobos. Si se observa bien en el diagrama oficial final de la misión, se ha añadido a la etapa Fregat un tanque de combustible adicional de forma anular.
17 OCT 08Vínculo a esta entrada

Colaboración espacial Rusia-China.
Continúan las reuniones técnicas entre los especialistas de la Agencia Espacial China y de NPO Lavochkin. Aunque la sonda china YingHuo-1 tiene reducidas dimensiones y peso, incorpora sin embargo los últimos avances chinos en microelectrónica.
Phobos-Grunt ensamble final
Científicos espaciales de Rusia y China posan frente al modelo final de la
Phobos-Grunt, durante su ensamblaje en las instalaciones de NPO Lavochkin (Khimky, Moscú). (NPO Lavochkin) Click para ampliar...!
22 OCT 08Vínculo a esta entrada

Algunas imágenes...


Imagen de la foto anterior, pero en su versión completa:

Foto1

Otras fotos en alta resolución de la maqueta de la Phobos-Grunt presentada en el Salón Aeroespacial Internacional MAKS-2007 (Zhukovski, cerca de Moscú):

Foto2
Foto3
Foto4

Y para terminar unas fotos del “tremendo” Proton:


Foto5
Foto6

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