Las sondas VAN ALLEN PROBES se preparan para su final en la atmósfera terrestre

Lo que inicialmente era una misión de dos años comienza a tocar a su fin. Las dos sondas de la misión Van Allen Probes han estado recopilando datos en los cinturones de radiación de Van Allen desde 2012.

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Imagen: Concepción artística de ambas naves orbitando la Tierra. RBSP ArrayDeployment.jpg/NASA.

Estas sondas espaciales de la NASA han estado orbitando la Tierra durante los últimos seis años y medio, volando repetidamente a través de una zona de partículas cargadas conocida como los cinturones de radiación de Van Allen. Las sondas gemelas Van Allen Probes han confirmado teorías científicas y han revelado nuevas estructuras, composiciones y procesos en funcionamiento en estas dinámicas regiones: 1-Descubren nueva barrera de energía que protege la Tierra de radiación. 2Los electrones relativistas en el cinturón de Van Allen interno no están presentes tanto tiempo como se pensaba. 3Unos “Tsunamis espaciales”, son los causantes del tercer anillo de Van Allen.

El pasado mes de febrero, el equipo de operaciones de la misión Van Allen Probes en el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins, donde se diseñaron y construyeron las dos sondas, comenzaron una serie de maniobras de descenso de órbitas que posicionarán a los satélites para un posible reingreso a la atmósfera de la Tierra en aproximadamente 15 años.

Según Nelli Mosavi, gerente de proyectos de Van Allen Probes en APL, con  la nueva altitud, la resistencia aerodinámica terminará derribando a los satélites hasta que  finalmente se quemarán en la atmósfera superior terrestre asegurando de este modo más desechos espaciales orbitando nuestro planeta.

Originalmente fue designada como una misión de dos años porque no se creía que una nave espacial pudiera sobrevivir por más de ese tiempo en los severos cinturones de radiación que rodean la Tierra. Finalmente están operando sin incidentes desde 2012  permitiendo nuevos descubrimientos innovadores sobre estos cinturones.

Pueden visionar el vídeo subtitulado en español usando la opción ofrecida por Youtube en el margen inferior derecho:

                             

 

«Las naves espaciales y sus instrumentos han brindado una visión increíble de las operaciones en un entorno de alta radiación», dijo Mosavi. «Todos los que están implicados en la misión se sienten orgullosos por el trabajo realizado y por la ciencia que hemos proporcionado al mundo, incluso cuando comenzamos las maniobras de orbitación».

Los cinturones de radiación de la Tierra están formados por partículas energizadas, protones y electrones, atrapados en una órbita eterna alrededor de nuestro planeta.

«Sabemos que otros planetas en nuestro sistema solar con campos magnéticos también tienen cinturones de radiación», dijo Sasha Ukhorskiy, científico del proyecto en APL. «Podemos asumir que seguramente otros cuerpos en todo el universo también lo poseen. Al estudiar los cinturones y la física asociada a ellos aquí en la Tierra usamos nuestro mundo como un laboratorio natural, aprendiendo cómo funcionan estas estructuras alrededor de otros objetos en el universo con campos magnéticos «.

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Las sondas Van Allen viajan a través de la región interior del campo geomagnético de la Tierra, donde las partículas cargadas pasan su tiempo rebotando entre los «puntos espejo» en el campo magnético de la Tierra, formando cinturones de radiación. Imagen: JHU APL.

El campo magnético que rodea nuestro planeta crea una especie de burbuja conocida como la magnetosfera, que nos protege del viento solar y las explosiones de plasma eyectadas por el sol. Pero también captura partículas y eventualmente se establecen estas poblaciones de partículas de alta energía formando cinturones de radiación alrededor de la Tierra.

Una compleja cadena de procesos ocurren en este entorno, actuando como un acelerador de partículas gigantes y acelerando algunas partículas hasta casi la velocidad de la luz. Estas partículas altamente energizadas en los cinturones de radiación pueden presentar una serie de peligros para las operaciones espaciales, ya que pueden dañar los componentes electrónicos sensibles de las naves espaciales.

Durante las tormentas solares,  las condiciones empeoran y estos cinturones pueden aumentar de tamaño, amenazando a las naves que orbitan cercanas. Obviamnete las sondas Van Allen fueron diseñadas y construidas para ser resistentes en este ambiente extremo y hostil, e incluso sus constructores están gratamente sorprendidos por su capacidad para soportar esas condiciones tan duras.

«En los últimos seis años y medio, las sondas Van Allen han completado tres circuitos completos alrededor de la magnetosfera y han medido más de 100 tormentas geomagnéticas», según Ukhorskiy. «Las sondas de Van Allen verificaron y cuantificaron teorías sugeridas previamente, descubrieron nuevos mecanismos que pueden esculpir poblaciones de partículas energéticas cercanas a la Tierra y utilizaron instrumentos con capacidad única para revelar características inesperadas que eran casi invisibles para sensores anteriores».

La información sobre partículas y ondas entregadas por la misión Van Allen Probes ha demostrado ser un tesoro para la investigación de la física espacial. Los hallazgos y observaciones incluyen múltiples estructuras del cinturón, incluido un tercer cinturón observado poco después del lanzamiento; respuestas definitivas sobre los procesos de aceleración de partículas; y el descubrimiento de una región-barrera casi impenetrable que impide que los electrones más rápidos y energéticos lleguen a la Tierra.

Desde su lanzamiento desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida, el 30 de agosto de 2012, las gemelas Van Allen Probes han entregado a los científicos una visión sin precedentes de la composición y los procesos dentro de los cinturones. Las sondas también son las primeras naves diseñadas para pasar años operando y estudiando los cinturones de radiación, una región que la mayoría de las misiones espaciales evitan debido a los peligros de daños.

A probe in a testing chamber
A finales de 2010, los ingenieros del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins se preparan para colocar la nave espacial Van Allen Probes «B» en una cámara de vacío térmico, donde probó el sistema de propulsión para garantizar que pueda soportar la gama de frío y calor y condiciones sin aire del espacio exterior. CREDITO DE IMAGEN: NASA / JHU APL / ED WHITMAN

«Diseñar las navee espaciales y los instrumentos para resistir un ambiente de radiación tan severo fue el desafío más difícil para Van Allen Probes durante el diseño y desarrollo», dijo Rick Fitzgerald, quien se desempeñó como gerente de proyectos de la misión en APL de 2007 a 2012. «La radiación puede causar daños a la electrónica, lo que lleva a un comportamiento errático o fallo total. Redujimos el riesgo de fallo a través de un riguroso proceso de revisión del diseño, una selección cuidadosa de las partes de la electrónica y pruebas exhaustivas de partes y materiales «.

Para proteger la electrónica sensible de las naves espaciales, el equipo agregó escudos alrededor de los instrumentos para evitar la acumulación de cargas eléctricas. «Todos los circuitos integrados fueron diseñados para sobrevivir en los cinturones, y la nave tiene un sistema de administración de fallos y autonomía, que mitiga los efectos del medio ambiente al reiniciar la electrónica en respuesta a los efectos de un solo evento», dijo Kristin Fretz, ingeniera de sistemas de misión de APL. 2013 a 2018.

El diseño ha estado a la altura del desafío.»Hemos tenido muy pocos errores momentáneos o» desajustes «de nuestra electrónica en órbita, y hasta la fecha no se han producido fallos en la caja de la electrónica», dijo Fitzgerald. «Esta es la verdadera validación de todo el trabajo duro realizado en el diseño y el programa de prueba antes del lanzamiento».

La longevidad y la resistencia de estas naves espaciales y sus instrumentos significa que no solo siguen entregando grandes volúmenes de datos a la Tierra, sino que también están enseñando a los ingenieros de las naves espaciales en las operaciones de los cinturones.

«Las sondas Van Allen también se han convertido esencialmente en una prueba en vivo para comprender cómo los componentes electrónicos y los materiales pueden sobrevivir a las fuertes radiaciones», dijo Fitzgerald. «Los seis años y medio en órbita proporcionan nuevos datos para ser utilizados en los modelos que determinan cómo fabricar, cómo seleccionar y cómo predecir el rendimiento de piezas y materiales en órbita».

Las Maniobras finales.

Ambas naves espaciales continúan funcionando de manera óptima y los suministros de propelente son abundantes. Sin embargo, las regulaciones de la NASA exigen la eliminación de la órbita de todas las naves espaciales después de un período de 25 años desde el final de la misión. Para cumplir con este requisito, el equipo de Van Allen Probes en 2017 comenzó a planear cómo colocar las naves espaciales en órbitas que eventualmente se deteriorarían y conducirían a la reentrada a través de la atmósfera, desintegrándolas de manera segura.

Chart shows how the spacecraft orbit will shrink over time
La tabla muestra cómo las órbitas de las naves espaciales se reducirán con el tiempo:  CREDITO DE IMAGEN: JHU APL

«Si no hiciéramos estas maniobras, las sondas continuarían orbitando por cientos o miles de años, presentando un problema potencial para las futuras actividades satelitales», dijo Justin Atchison, diseñador de la misión Van Allen Probes de APL.

Para ir bajando las órbitas de las naves, el equipo de operaciones de la misión tiene que realizar las maniobras en un punto muy específico y en una cierta época del año, y debe realizar la operación en etapas, en lugar de una larga quema de sus motores.

«Necesitamos maniobrar cuando los satélites están en su punto de órbita más alto lejos de la Tierra, o lo que se conoce como apogeo», dijo Atchison. «Idealmente, haríamos todo el cambio de órbita en una sola maniobra y en un solo día. Sin embargo, estamos limitados por la capacidad de los propulsores, que normalmente solo se utilizan para maniobras muy pequeñas para ajustar ligeramente la órbita. Así que tenemos que dividir la maniobra en segmentos más pequeños para lograr el objetivo».

El equipo ya ha estado ensayando y practicando la campaña de reducción de órbita, y está listo para comenzar esta nueva etapa final de la vida de la misión.

 

 

 

Fuentes:

https://hub.jhu.edu/

https://hub.jhu.edu/2019/03/27/van-allen-probes-orbit-descent/

 

 

 

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