Sonda Huygens

De WikiLingua.net

Replica de la sonda Huygens expuesta en el Salón Europeo de la Investigación, junio 2005.
Replica de la sonda Huygens exposada en el Saló Europeu de la Investigació, juny 2005.

La sonda Huygens, fabricada per l'Agència Espacial Europea (AQUESTA) i cridada així per l'astrònom holandès del segle XVII Christiaan Huygens, (descubridor de la lluna Titán del planeta Saturn), és una sonda d'entrada a l'atmosfera de Titán transportada com part de la missió Cassini/Huygens. La nau espacial Cassini-Huygens va ser llançada des de la Terra el 15 d'octubre de 1997. Huygens es va separar de l'orbitador Cassini el 25 de desembre del 2004, i va aterrar en Titán el 14 de gener, del 2005 proper a la regió de Xanadu.

Taula de continguts

[editar] Descripció

La sonda Huygens va ser concebuda per a explorar els núvols, l'atmosfera i la superfície de Titán, la major lluna de Saturn penetrant en l'atmosfera de Titán i portant un laboratori robotizado a la superfície. Quan es va planejar la missió, es desconeixia el tipus de superfície que Titán podia tenir. En els mesos previs a l'aterrizaje de la sonda es confiava que l'anàlisi de les dades de Cassini ajudaria a respondre aquesta qüestió. La major de les incerteses inicials era saber si la sonda es posaria sobre terreny sòlid o sobre la superfície d'un llac o mar d'hidrocarburs .

Basant-se en les imatges preses per Cassini, a uns 1200 km de distància de Titán, el lloc d'aterrizaje aparentava ser una costa. Assumint que el lloc d'aterrizaje no seria sòlid, la sonda Huygens va ser dissenyada per a sobreviure diversos minuts a l'impacte amb la superfície líquida i enviar informació sobre les condicions trobades. S'esperava que anés la primera vegada que una sonda humana amerizase en un oceà no terrestre. La sonda disposava tan només d'unes tres hores d'energia en les seves bateries de les quals una majoria es gastaria durant el descens. Els enginyers esperaven obtenir com màxim 30 minuts de dades des de la superfície.

La sonda Huygens consisteix en la sonda en si mateixa, que va descendir sobre Titán, i el 'Equip de Suporti de la Sonda' (PSE), que roman ancorat a la sonda orbital (Cassini). El PSE inclou l'electrònica necessària per a seguir a la sonda, recuperar les dades adquirides durant el descens, i processar i enviar les dades a l'orbitador, des d'on van ser transmesos a terra.

La sonda va romandre dormida durant el viatge interplanetario de 6.7 anys, excepte per chequeos bianuales els resultats dels quals es transmetien fins a la Terra per a la seva anàlisi pels experts de sistemes i càrrega de pagament de l'AQUESTA.

Abans de la separació de la sonda de l'orbitador, el 25 de desembre del 2004 es va executar un chequeo final de 'salut'. Un temporizador va ser carregat amb el període de temps necessari per a encendre els sistemes de la sonda (15 minuts abans de la seva trobada amb l'atmosfera de Titán) i llavors la sonda es desacopló de l'orbitador i va navegar per l'espai fins a Titán durant 22 dies, amb els sistemes apagats excepte el temporizador per a 'despertar'.

La fase principal de la missió va consistir en descens en paracaigudes a través de l'atmosfera de Titán. Les bateries i tots els recursos van ser dimensionados per a una durada estimada de 153 minuts, corresponents a un temps de descens màxim de 2.5 hores més 3 minuts addicionals (possiblement mitja hora o més) en la superfície de Titán. En enllaci ràdio amb la sonda va ser activat al principi de la fase de descens, i l'orbitador va escoltar a la sonda durant les següents 3 hores. Poc després de la fi d'aquesta finestra de comunicació de 3 hores, l'Antena d'Alt Guany (HGA) de Cassini va ser reorientada de Titán cap a la Terra.

Grans telescopis de la Terra estaven també escoltant la transmissió de 10 watts d'Huygens usant una tècnica de' interferometría de molt àmplia base' i manera d'obertura sintètic. A les 11:25 CET del 14 de gener, el telescopi Robert C. Byrd Green Bank (GBT) en Virginia detectava el senyal portadora de la sonda. El GBT va continuar detectant el senyal fins i tot després que Cassini deixés d'escoltar. A més del GBT, altres vuit dels deu telescopis VLBA també estaven escoltant el senyal de la Huygens.

La força del senyal d'Huygens rebuda en la Terra va ser comparable a aquella de la sonda Galileu tal com va ser rebuda per la xarxa Very Large Array.

S'espera que l'anàlisi de desplaçament Doppler del senyal segons descendia en l'atmosfera de Titán permetrà calcular la intensitat del vent i la seva adreça amb certa precisió. A través de la interferometría, s'espera també que es pugui determinar la posició del punt d'aterrizaje amb un error d'1 km a una distància de la Terra de 1200 milions de quilòmetres. Això és una resolució angular d'aproximadament 170 segons d'arc. Una tècnica similar va ser usada per a determinar el lloc d'aterrizaje dels Mars Exploration Rovers.

[editar] Investigació

Resultats preliminars en un principi apuntaven al fet que el lloc d'aterrizaje de la sonda Huygens ,situat en una regió coneguda com Adiri -visible des de la sonda Cassini com una zona fosca- i que s'ha decideixo batejar com Hubert Curien Memorial Station en memòria d'un president de l'Agència Espacial Europea [1], era un oceà líquid. No obstant això, avui se sap que la sonda va aterrar en aquesta zona fosca i que en realitat és sòlida, no existint tal oceà.

Els instruments van revelar "un núvol dens o una boira gruixuda aproximadament a 18-20 quilòmetres de la superfície", que és probablement el fons del metano que està sobre la superfície. Les fotografies han revelat un terreny esponjoso.

Huygens també ha captat sons durant més de dues hores i mitjana en el satèl·lit.

Conclusions dels descobriments d'Huygens després d'alunizar en la lluna Titán:

  • Titán conté oceans, llacs i rius de metano líquid i aquests són alimentats per pluges, també de metano líquid i fragments orgànics.

Aquestes pluges i evaporaciones de metano cobreixen el cos celeste d'una tenue boira . Aquestes superfícies de metano inclouen entre elles illes i zones de profunditat. El metano erosiona en paisatge com en la Terra i després es filtra. Aquestes pluges només es produeixen des de fa uns pocs milions d'anys (una incògnita). També és molt rar que en algun planeta "plogui" metano, atès que és altament volátil (cal recordar que el metano és el principal component del gas natural, i que és més lleuger encara que el propano i el butà). Això prova que en Titán no ha d'haver-hi oxigen, perquè és necessari perquè un combustible, com el metano, pugui cremar.

  • La superfície sòlida de Titán és taronja, esponjosa, molt freda i amb algunes roques dispersas sobre ella. S'ha dit que ha d'imaginar-se com un desert semblat al d'Arizona .

La superfície mateixa sembla consistir en un material com arcilla i els científics la van comparar amb iogurt.

  • Va poder haver-hi alguna cosa semblat a activitat volcànica en el passat, només que en lloc de renta les erupcions haurien estat de gel i amoniaco.
  • En el cos celeste es poden detectar vents que van en l'adreça en la qual el satèl·lit trencada, sent en la superfície entorn dels 100 a 60 km/h de veloces.
  • El satèl·lit es troba a una temperatura de -180 Cº.
  • En Titán hi ha activitat geològica interna.
  • En el satèl·lit es poden trobar pedruscos de gel.

[editar] Instrumentación

La sonda Huygens té sis complexos instruments a brodo que van prendre un ampli rang de dades científiques després que la sonda va descendir en l'atmosfera de Titán. Els sis instruments són:

[editar] Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI)

Aquest instrument conté un conjunt de sensors que mesuraran les propietats elèctriques i físiques de l'atmosfera de Titan. Uns acelerómetros mesuraran les forces experimentades en els tres eixos durant el descens a través de l'atmosfera. Atès que es coneixen les propietats aerodinámicas de la sonda, serà possible determinar la densitat de l'atmosfera de Titán i detectar corrents d'aire. Si s'aterra en una superfície líquida, també es podrien mesurar el moviment de la sonda a causa de les ones. Sensors de pressió i temperatura mesuraran les propietats tèrmiques de l'atmosfera. El component de Permitividad i el Component d'Anàlisi d'Ona mesuraran la conductividad de l'atmosfera i buscaran activitat d'ones electromagnètiques. En la superfície de Titán, també es mesuraran la conductividad i la permitividad. El subsitema HASI també conté un micròfon que gravarà sons durant el descens i aterrizaje. Si la missió Huygens té èxit, serà la segona vegada en la història (una nau Venera_13 va ser la primera) que es gravin sons d'un altre planeta.

[editar] Doppler Wind Experiment (DWE)

Aquest experiment usa un ultra estable oscilador per a millorar la comunicació amb la sonda dándo una freqüència molt estable a la portadora. El desplaçament de la sonda a causa dels vents en l'atmosfera de Titan produirà un desplaçament dopler medible del senyal portadora. Desafortunadament, els investigadors no van rebre les dades d'aquest instrument per causa d'un error de programació que va resultar en la pèrdua d'un dels canals de dades. Aquesta fallada també va resultar en la pèrdua de la meitat de les imatges del descens. No obstant això, l'anàlisi dels senyals de 10 watts rebudes en la terra per una xarxa mundial de radiotelescopios ha de permetre'ns deduir la major part de la informació que hi hagués proveido el DWE.

[editar] Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR)

Aquest instrument realitzarà observacions espectrales usant diversos sensors. Mesurant el fluix de radiació cap a a dalt i a baix, es mesurarà el balanç de radiació (o l'imbalance) de la gruixuda atmosfera de Titán. Sensors solars mesuraran la intensitat de llum al voltant del Sol a causa de la dispersió per aerosoles en l'atmosfera. Això permetrà el càlcul de la grandària i la densitat de les partícules en suspensió. Dos càmeres (una visible, una altra infrarroja), observaran la superfície durant les últimes fases del descens, i atès que la sonda girarà lentament, construiran un mosaico de fotografies al voltant del lloc d'aterrizaje. També es prendran imatges laterals per a obtenir una vista horitzontal de l'horitzó i el costat inferior de la capa de núvols. Per a les mesures espectrales de la superfície, un llum que s'encendrà brevemente abans de l'aterrizaje augmentarà la feble llum solar.

[editar] Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GC/MS)

Aquest instrument és un versàtil analizador químic de gasos dissenyat paara identificar i mesurar compostos químics en l'atmosfera de Titán. Està equipat amb muestreadores que s'ompliran a alta altitud per a la seva anàlisi. L'espectrómetro de masses construirà un model de les masses moleculares de cada gas, i una més potent separació d'espècies moleculares s'assolirà amb el cromatrografo de gasos. Durant el descens, el GCMS analitzarà també productes de pirólisis (és a dir, mostres alterades per escalfament) recolectadas per l'Aerosol Collector Pyrolyser. Finalment, el GCMS mesurarà la composició de la superfície de Titán si es dóna un aterrizaje segur. Aquesta investigació és possible a l'escalfar el GCMS just abans de l'impacte per a vaporizar el material de la superfície després de l'impacte.

[editar] Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP)

Aquest experiment farà passar particulas d'aerosoles de l'atmosfera a través de filtres, que després s'escalfen en forns (el procés de pirólisis per a vaporizar els components volatiles i descompondre els materials orgànics complexos. Els productes s'envián després a través d'una canonada al GCMS per a la seva anàlisi. Existeixen dos filtres per a recollir mostres a distintes altituds.

[editar] Surface-Science Package (SSP)

El SSP conté diversos sensors dissenyats per a determinar les propietats físiques de la superfície de Titán en el punt d'impacte, sigui la superfície líquida o sòlida. Un sonar acústic, activat durant els últims 100 m del descens, mesurarà contínuament la distància a la superfície, mesurant la velocitat de descens i la rugosidad de la superfície (per exemple, a causa d'ones). Si la superfície és líquida, el sonar mesurarà la velocitat del so en el "oceà" i possiblement l'estructura per sota la superfície (profunditat). Durant el descens, les mesures de la velocitat del so donaran informació de la composició i temperatura de l'atmosfera i un acelerómetro mesurarà amb precisió el pérfil de la deceleración durant l'impacte, indicant la duresa i estructura de la superfície. Un altre sensor mesurarà qualsevol moviment pendular durant el descens i indiqués l'orientació de la sonda després de l'aterrizaje i mostrarà qualsevol moviment a causa d'ones. Si la superfície és realment líquida, altres sensors mesuraran la seva densitat, temperatura i reflexió a la llum, conductividad tèrmica, capacitat calorífica i permitividad elèctrica.

[editar] Disseny de la nau

[editar] Paracaigudes

Martin-Baker Space Systems és el responsable del paracaigudes de la Huygens i els components estructurals, mecanismes i pirotècnics que controlen el descens de la sonda en Titán. IRVIN-GQ és el responsable de la definició de l'estructura dels paracaigudes de la Huygens.

[editar] Una fallada crítica en el disseny

Llarg temps després del llançament, uns tenaces enginyers van descobrir que l'equip de comunicació de la Cassini tenia una fallada crítica de disseny, que hagués causat la pèrdua de totes les dades transmeses per la sonda Huygens.

Atès que Huygens és massa petita per a transmetre directament a la terra, aquesta dissenyada per a transmetre per ràdio a la Cassini la telemetría obtinguda durant el descens, que al seu torn la retransmet a la Terra usant la seva antena principal de 4 metres de diàmetre. Alguns enginyers, entre els quals es pot esmentar als empleats de l'AQUESTA en Darmstadt Claudio Sollazzo i Boris Smeds se sentien intranquilos sobre el fet que, en la seva opinió, aquesta característica no havia estat provada abans del llançament en condicions realistes. Smeds va assolir, amb certes dificultats, convèncer als seus superiors per a executar tests addicionals mentre la Cassini estava en vol. A principis del 2000, va enviar dades simulades de telemetría a diversos graus de potència i desplaçament Doppler des de la Terra a la Cassini. Va succeir que la Cassini va ser incapaç de retransmetre les dades correctament.

La raó: quan Huygens descendeix a Titán, accelera relativament a la Cassini, causant que el seu senyal es desplaci a causa de l'efecte Doppler. D'aquesta manera, el maquinari de Cassini' va ser dissenyat per a rebre en un rang de freqüències desplaçat. No obstant això, el firmware no va ser dissenyat tenint en compte que l'efecte Doppler no només canvia la freqüència portadora, sinó també el timing dels bits, codificados a 8192 bits per segon, i això no era tingut en compte per la programació del mòdul.

Reprogramar el firmware era impossible i com solució la trajectòria va haver de ser canviada. Huygens es va separar un mes després (desembre del 2004 en comptes de novembre) i es va aproximar a Titán en un rumb tal que les seves transmissions viatgen perpendicularmente a la seva adreça de moviment respecte a la Cassini', reduint grandemente el desplaçament Doppler. (Veure IEEE Spectrum article [2] per a la història completa.)

El canvi de trajectòria va anul·lar la fallada de disseny i la transmissió es va realitzar amb èxit.

[editar] Vegi's també

[editar] Enllaços externs