Misión Chang’e 3: un año de China en la Luna
Este mes se cumple un año desde que la sonda Chang’e 3 aterrizó con éxito en la Luna, un logro fundamental en la historia del programa espacial chino. El 14 de diciembre de 2013 a las 13:11 UTC la Chang’e 3 (CE-3) se posó en el Mare Imbrium (‘mar de las lluvias’, coordenadas 44,1260º norte, 19,5014º oeste), cerca de la región Sinus Iridum. China se convertía así en la tercera nación tras los EEUU y la Unión Soviética en llevar a cabo un alunizaje suave, un logro nada desdeñable teniendo en cuenta que el último alunizaje de este tipo había tenido lugar en 1976.
Desde su llegada la sonda ha sobrevivido trece días y noches lunares (o sea, trece meses), cumpliendo con creces su misión primaria. Pocas horas después del aterrizaje la sonda desplegó el rover Yutu, logrando así otro hito para el programa de exploración lunar chino (CLEP). Por primera vez China conseguía colocar un vehículo con ruedas en la superficie de otro mundo.
La Chang’e 3 (嫦娥三号/Cháng’é sān hào) fue lanzada el 1 de diciembre de 2013 desde el centro espacial de Xichang mediante un cohete Larga Marcha CZ-3B/G2 (Y23). Se trataba de la primera sonda de la Fase II del CLEP, después de haber lanzad las sondas Chang’e 1 y Chang’e 2 que orbitaron la Luna. La etapa superior del lanzador situó la CE-3 en una órbita translunar con un perigeo de 200 kilómetros, un apogeo de 370 000 kilómetros y una inclinación de 28,5º. La CE-3 es una nave de 1200 kg sin combustible (3780 kg cargada de propelentes) dotada de un cuerpo de planta cuadrada con un lado de 2,5 metros y un tren de aterrizaje de cuatro patas separadas entre sí 4,76 metros. 4,7 días (112 horas) después del lanzamiento se situó en una órbita circular de cien kilómetros de altura. Tras permanecer 4,1 días en esa órbita, el día 10 de diciembre a las 13:20 UTC encendió su motor otra vez para bajar el periapsis hasta los 15 kilómetros como preparación para el alunizaje.
La Chang’e 3 descendió automáticamente desde la órbita lunar hasta la superficie encendiendo su motor principal con un empuje variable de entre 7500 y 1500 newtons. Toda la fase de descenso, desde el encendido del motor al alunizaje, tuvo una duración de 687 segundos (inicialmente estaba prevista una duración de 720 segundos), durante los cuales la sonda redujo su velocidad desde los 1,7 km/s iniciales hasta cero.
La cámara de aterrizaje LCAM (Landing Camera) tomó 4672 imágenes, a un ritmo de diez imágenes por segundo, durante la fase de descenso para permitir que el sistema de navegación guiase la sonda hasta el lugar previsto. Durante la fase final el sistema de navegación contó con la ayuda de dos láseres (LIDAR) para medir la altura con una precisión de 0,5 metros. Uno de los láseres funcionó entre los 30 y los 4 kilómetros de altura, mientras que el otro se empleó en el descenso final. A cien metros de altura la sonda permaneció estacionaria durante 25 segundos modificando el empuje del motor hasta alcanzar los 2500 newtons. Desde esta altura detectó varios cráteres y rocas potencialmente peligrosos -superiores a un metro de diámetro-, por lo que ajustó ligeramente su trayectoria de descenso moviéndose unos 6 metros como máximo en las direcciones norte-sur y este-oeste.
Vídeo de la secuencia de aterrizaje:
Unas siete horas después del alunizaje (20:35 UTC) se procedió al despliegue del rover Yutu (玉兔/yùtù, ‘conejo de jade’ en mandarín), un vehículo de seis ruedas con una altura de 1,50 metros y una masa total de 140 kg, incluyendo 20 kg de carga útil. Yutu, que viajaba en la parte superior de la CE-3, fue colocado en la superficie mediante un ingenioso sistema de ascensor-rampa. El rover se alejó primero a una distancia de nueve metros antes de girar sobre sí mismo 180º para fotografiar a la sonda nodriza.
La sonda Chang’e 3 dispone de cinco instrumentos: la cámara de aterrizaje LCAM (Landing Camera), la cámara de superficie TCAM (Terrain Camera), la cámara ultravioleta extremo (EUVC) y un telescopio ultravioleta (MUVT). Por su parte, Yutu llevaba otro grupo de instrumentos: la cámara panorámica (PCAM), el espectrómetro visible e infrarrojo VNIS, el espectrómetro de rayos X APXS y el radar LPR. Además de las dos cámaras panorámicas, Yutu incorporaba otro par de cámaras de navegación (usadas para conducir) situadas en la parte frontal del cuerpo del rover y otro par de cámaras a la altura de las ruedas para asegurar que éstas estuviesen libres de obstáculos. Las cámaras panorámicas se hallaban situadas encima de un mástil móvil que debía plegarse durante la noche lunar para proteger los sistemas de las bajas temperaturas. Durante la noche Yutu también plegaba sus dos paneles solares como medida adicional de control térmico. En el mástil también estaba situada una antena de alta ganancia para las comunicaciones. El espectrómetro APXS estaba situado en el extremo de un brazo robot de tres articulaciones.
Tanto Yutu como la Chang’e 3 están dotados de calefactores de radioisótopos (RHU) a base de plutonio-238 para permitir aguantar las bajísimas temperaturas de la noche lunar. Es la primera vez que una misión espacial que no sea estadounidense o rusa/soviética lleva un RHU, por lo que estamos ante otro de los hitos del programa espacial chino. Para el día 16 de diciembre de 2013 cinco de los ocho instrumentos de la Chang’e 3 y Yutu habían sido activados, incluyendo el telescopio ultravioleta de la sonda y el radar del rover. Ese mismo día Yutu fue puesto en hibernación hasta el 20 de diciembre por culpa de las altas temperaturas del mediodía lunar.
El rover rodeó a la Chang’e 3 y se dirigió hacia el sur hasta el día 24 de diciembre. Entre el 25 de diciembre y el 10 de enero de 2014 Yutu y la Chang’e 3 soportaron su primera noche lunar en hibernación. Ambos vehículos sobrevivieron las bajísimas temperaturas de la noche, pero desgraciadamente no se puede decir lo mismo de la cámara TCAM, que no pudo ser resucitada. Como resultado, todas las fotografías a color de la Chang’e 3 corresponden al primer día lunar. Entre el 11 y el 18 de enero el rover continuó moviéndose, trazando una especie de arco frente a la Chang’e 3 y alejándose un máximo de 30 metros de la sonda.
La segunda noche lunar de la misión tuvo lugar entre el 24 de enero y el 6 de febrero de 2014. Aunque ambas sondas despertaron sin problemas, Yutu fue incapaz de moverse y desde entonces ha permanecido en la misma posición, a unos 17 metros de la Chang’e 3. Probablemente las ruedas resultaron dañadas por repetidos choques con pequeñas rocas. Aunque sus capacidades científicas se han degradado significativamente a lo largo de los siguientes meses, Yutu sigue vivo. El rover fue diseñado para recorrer unos 3 kilómetros sobre la Luna, pero desgraciadamente los problemas mecánicos impidieron que pudiera completar su misión. A pesar de todo, Yutu ha superado los 90 días previstos para la misión primaria.
Resultados científicos de la Chang’e 3
Durante los primeros cuatro meses de misión la Chang’e 3 adquirió 118,5 GB de datos (incluyendo más de 32 000 imágenes), mientras que Yutu envió 32 GB. El espectrómetro VNIS (Visible and Near-Infrared Imaging Spectrometer) del rover (que opera en las longitudes de onda de 0.45–0.95 μm y 0.9–2.4 μm) tiene una masa de 5,4 kg y se usó para obtener espectros de la superficie lunar. El instrumento, situado en la parte frontal del rover, posee un ángulo de visión de 45º y fue activado el 23 de diciembre de 2013.
El instrumento APXS (Active Particle-induced X-ray Spectrometer) de Yutu logró medir la composición del regolito lunar dos veces durante el primer y el segundo día lunar. Situado en el extremo del brazo robot, el APXS funcionó un total de 266 minutos y mandó dos mil conjuntos de datos correspondientes a cinco zonas de la superficie lunar. El APXS pudo detectar la presencia de magnesio, aluminio, silicio, potasio, titanio, calcio y hierro en el suelo lunar. El equipo científico llegó a la conclusión de que la zona de aterrizaje tenía muy poco potasio y una menor cantidad de magnesio y aluminio de lo que predicen los modelos, aunque por otro lado se hallaron mayores proporciones de calcio, titanio y hierro.
Por su parte, el radar LPR (Lunar Penetrating Radar) del Yutu logró estudiar el subsuelo lunar hasta una profundidad de 79 metros con una resolución de 2,8 metros para el primer canal y 50,8 metros de profundidad y una resolución de 17,1 centímetros para el segundo canal. El rover llevaba dos conjuntos de antenas para cada canal.
La cámara ultravioleta extremo EUVC (Extreme Ultraviolet Camera) a bordo de la sonda Chang’e 3 ha sido usada para obtener imágenes de la plasmasfera que rodea la Tierra. Observando el la línea de emisión de los cationes de helio (He+) a 30,4 nanómetros (el segundo ion más abundante tras el H+), la EUVC ha sido capaz de estudiar la variación temporal de la esfera de plasma que rodea nuestro planeta con una resolución temporal de 10 minutos y una resolución espacial de 0,1 radios terrestres. El campo de visión de la cámara era de 16º y tenía una resolución angular de 0,095º. La EUVC sobrevivió a varias noches lunares y mandó imágenes hasta marzo.
El telescopio ultavioleta MUVT (Moon-based Ultraviolet Telescope) o LUT (Lunar-based Ultraviolet Telescope) ha observado el cielo en las longitudes de onda de 245-340 nanómetros usando un espejo primario de 15 centímetros de diámetro. Su diseño es de Ritchey-Chrétien, tiene una relación focal es de F/3,75 y cubre un campo de 1,36º, con una resolución del sensor de 4,8 segundos de arco por píxel. El MUVT ha aprovechado el lento movimiento del cielo desde la superficie lunar (27 veces más despacio que en la Tierra) para estudiar de forma continuada todo tipo de objetos celestes. El telescopio funcionó desde el 16 de diciembre hasta el 23 de enero de 2014, durante un total de 170 horas, obteniendo 246 imágenes. El instrumento fue capaz de observar estrellas de magnitud 13 en imágenes de 30 segundos de exposición, aunque cuando el Sol se encontraba alto sobre el horizonte la magnitud límite descendió hasta 11.
Un año después la Chang’e 3 ha cumplido casi todos sus objetivos científicos. Sólo la corta vida útil del rover Yutu se puede considerar como el único contratiempo de la misión. Problemas que sin duda serán resueltos para la próxima misión lunar, la Chang’e 4, una sonda gemela de la Chang’e 3 que despegará en 2017.
Vídeo sobre Yutu:
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