El último vuelo del Endeavour (STS-134)

Hoy día 16 de mayo a las 12:56:26 UTC ha despegado el transbordador espacial Endeavour (OV-105) en su última misión, STS-134 (ULF6), desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy (KSC). La carga principal de la misión es el detector de partículas AMS-02, un instrumento que ha costado más de dos mil millones de dólares. Esta será la 25ª y última misión del OV-105 Endeavour, el más nuevo de los cinco orbitadores construidos dentro del programa del transbordador espacial.

El lanzamiento fue cancelado el 29 de abril a pocas horas del despegue por culpa de un fallo en la unidad de potencia auxiliar (APU) nº 1.


Emblema de la misión STS-134 (NASA).

La tripulación está compuesta por:

• Mark E. Kelly: comandante. 47 años. Cuarto vuelo espacial (38 días en el espacio en total). Capitán de la US Navy.

• Gregory H. Johnson: piloto. 48 años. Segundo vuelo espacial. Coronel retirado de la USAF.

• Michael Fincke: especialista de misión 1 (MS1) y tercer astronauta para actividades extravehiculares (EV2). 44 años. Tercer vuelo espacial (más de 365 días en el espacio). Coronel de la USAF.

• Roberto Vittori (Italia/ESA): ingeniero de vuelo 2 (MS2). 46 años. Tercer vuelo espacial. Llevará a cabo la misión DAMA de la ESA. Último astronauta no estadounidense en viajar en el shuttle.

• Andrew J. Feustel: ingeniero de vuelo 3 (MS3) y EV1. 45 años. Segundo vuelo espacial (13 días en el espacio).

• Gregory Chamitoff: ingeniero de vuelo 4 (MS4) y EV3. 48 años. Segundo vuelo espacial (183 días en el espacio).

Tripulación de la STS-134 Endeavour (NASA).


Emblema de la misión DAMA de la ESA (ESA).

El objetivo principal de la misión STS-134 Endeavour es acoplar en el exterior de la ISS el detector de rayos cósmicos AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer 2) y la plataforma externa ELC-3 (ExPRESS Logistics Carrier 3).


Distribución de la carga útil en la bodega del Endeavour STS-134 (NASA).


Vista de la bodega del Endeavour con la carga útil (AMS Collaboration).


AMS-02

El AMS-02 es uno de los experimentos espaciales más caros y complejos jamás construidos. No en vano, este detector de partículas ha costado más de dos mil millones de dólares desde que el proyecto se inició en 1994. De hecho, el elevado coste del AMS-02 fue el causante de que la misión STS-134 fuese incluida otra vez en el manifiesto de la NASA a petición explícita del Congreso de los EEUU después de haber sido cancelada.


El AMS-02 en la bodega del Endeavour (AMS Collaboration).


Localización del AMS-02 en el exterior de la ISS (NASA).

Tiene 6917 kg de masa y 46,7 metros cúbicos de volumen. Tiene unas dimensiones de 3,35 x 4,6 x 3,1 metros. Se estima que su vida útil será similar a la de la ISS, o lo que es lo mismo, que permanecerá en funcionamiento hasta 2020 como mínimo. Los ocho instrumentos que componen el AMS-02 prometen arrojar nuevos datos sobre los rayos cósmicos y las partículas de antimateria que alcanzan nuestro planeta, lo que a su vez permitirá estudiar la misteriosa materia oscura. En concreto, se espera que AMS-02 sea capaz de detectar átomos de antihelio resultantes del Big Bang.

El AMS-02 consta de un potente imán permanente de 1,105 x 0,800 metros que genera un campo de 1250 gauss (4000 veces más fuerte que el campo magnético terrestre) formado por más de 6000 bloques compuestos de boro, neodimio y hierro. Este imán desviará la trayectoria de los rayos cósmicos con carga eléctrica, lo que permitirá determinar sus características. Los ocho instrumentos del AMS son:

• TRD (Transition Radiation Detector): es el primer instrumento que atravesarán las partículas tras pasar por el imán. Está compuesto por 328 módulos, cada uno de ellos con 16 celdas rellenas de xenón. Si un electrón o un positrón atraviesa estas celdas, emitirá rayos X, mientras que un protón no lo hará.

• ToF (Time-of-Flight): es un instrumento formado por dos detectores en ambos extremos del AMS que permitirán determinar la velocidad de las partículas incidentes siempre que éstas se muevan por debajo del 98% de la velocidad de la luz.

• Sensores de silicio: permiten determinar la trayectoria de las partículas mientras pasan por el AMS, una información vital para determinar su naturaleza.

• TAS (Tracker Alignment System): se trata de un sistema de láseres que monitoriza constantemente la alineación de los sensores de silicio con una precisión superior a cinco micras.

• ACC (Anti-Coincidence Counter): permite determinar qué partículas no entran en el AMS por los extremos para así no tenerlas en cuenta en los datos.

• RICH (Ring Imaging Cherenkov Detector): calcula la velocidad de las partículas incidentes midiendo la radiación Cherenkov emitida.

• ECAL (Electromagnetic Calorimeter): permite determinar la energía de las partículas incidentes. Está formado por un bloque de plomo con miles de fibras ópticas en su interior.

• Sensores estelares y GPS: son capaces de determinar la posición exacta del AMS con respecto a la ISS y la Tierra.

Traslado del AMS-02 (NASA).

ELC-3

La plataforma ELC-3 incluye dos antenas en banda S (SASA), un tanque de oxígeno a alta presión (HPGT), un tanque de amoniaco para el sistema de refrigeración (ATA), un ordenador para el Canadarm2 y un brazo de repuesto para el robot Dextre. La ELC-3 será instalada en el segmento P3 (babor) de la viga central de la ISS. ELC-1 está actualmente instalada en el lado opuesto del P3 y ELC-2 está en el segmento S3. La ELC-4 fue colocada en el exterior durante la misión STS-129. La carga máxima de cada ELC es de 4445 kg.


Carga de la ELC-3 (NASA).


La ELC-3 por arriba (NASA).


La ELC-3 por abajo (NASA).


Tanque HPGT (NASA).


Antena de banda S (NASA).


Lugares de instalación de las ELC y el AMS-02 (NASA).


Póster conmemorativo de las 25 misiones del Endeavour (NASA).


Datos de la misión:

• Masa al lanzamiento: 2054,288 toneladas.
• Masa del Endeavour al lanzamiento: 121,935 toneladas.
• Masa estimada del Endeavour al aterrizaje: 92,323 toneladas.
• Motores SSME: 2059, 2061 y 2057.
• Tanque Externo: ET-122.
• SRBs: BI-145.

Historial de los segmentos de los SRB (NASA).

Durante la misión se llevarán a cabo cuatro actividades extravehiculares (EVAs), las últimas que se realizarán con un transbordador acoplado a la estación.

Durante el acoplamiento con la ISS, el Endeavour probará nuevas tecnologías que serán usadas en los futuros vehículos de transporte de carga que sean lanzados a la estación dentro del programa STORRM (Sensor Test for Orion Rel-nav Risk Mitigation).


Plan de vuelo:

• Día 1 (16 de mayo de 2011): lanzamiento. Apertura puertas de la bodega de carga. Despliegue antena banda Ku. Activación del brazo robot Canadarm (RMS).

• Día 2 (17 de mayo de 2011): inspección del escudo térmico (TPS) con el Shuttle Robotic Arm/Orbiter Boom Sensor System (OBSS). Extensión del anillo de acoplamiento. Comprobación de los trajes espaciales EMU.

• Día 3 (18 de mayo de 2011): acoplamiento con el PMA-2 del módulo Harmony de la ISS. "Pitch maneuver" para inspeccionar el escudo térmico desde la estación por parte de la Expedición 27 (Paolo Nespoli y Cady Coleman). Apertura de escotillas. El brazo robot del shuttle captura la plataforma ELC-3 y se la traspasa al brazo Canbadarm2 de la ISS para instalarla en el segmento P3 (babor) de la viga central.

• Día 4 (19 de mayo de 2011): instalación del AMS-02 en el segmento S3 de la viga de la ISS (estribor). El brazo del shuttle retira el AMS-02 de la bodega de carga y éste es instalado finalmente por el Canadarm2. Preparación para la EVA1. Para prepararse para la EVA, Feustel y Chamitoff duermen en la esclusa Quest con presión reducida y posteriormente respiran oxígeno puro con el fin de eliminar el nitrógeno de su sangre.

• Día 5 (20 de mayo de 2011): EVA 1 por Feustel y Chamitoff. Retirada del experimento MISSE y trabajos en el sistema de refrigeración mediante amoniaco entre los segmentos P3 y P6. Instalación de equipamiento para comunicaciones sin cables en el exterior del módulo Destiny.

• Día 6 (21 de mayo de 2011): el Canadarm2 pasa el OBSS al brazo robot del shuttle. Día de descanso para la tripulación. Preparación para la EVA 2 de Feustel y Fincke.

• Día 7 (22 de mayo de 2011): EVA 2 de Feustel y Fincke. Retirada de la cubierta de la articulación del panel solar de babor Alpha y lubricación de la misma. Vaciado de un tanque de amoniaco del sistema de refrigeración y rellenado del tanque de amoniaco del segmento P1. Lubricación del extremo del brazo robot Dextre.

• Día 8 (23 de mayo de 2011): periodo de descanso de la tripulación. Preparación para la EVA 3 de Feustel y Fincke.

• Día 9 (24 de mayo de 2011): Feustel y Fincke ensayarán un nuevo sistema denominado ISLE (In Suite Light Exercise) para purgar el nitrógeno de la sangre respirando oxígeno puro antes de la EVA dentro del traje EMU. EVA 3 de Feustel y Fincke para instalar el sistema PDGF en el módulo Zaryá y recolocar un adaptador de las grúas Strelá.

• Día 10 (25 de mayo de 2011): inspección del escudo térmico del Endeavour por el OBSS. Preparación para la EVA 4 de Fincke y Chamitoff.

• Día 11 (26 de mayo de 2011): EVA 4 de Fincke y Chamitoff para instalar el OBSS del shuttle en los segmentos S0 y S1 de la viga central, donde permanecerá después de la retirada del transbordador. Se eliminarán los sistemas de retención del brazo Dextre. Esta será la última EVA realizada por astronautas del transbordador espacial.

• Día 12 (27 de mayo de 2011): conferencia de prensa. Despedida de las tripulaciones y cierre de escotillas entre el Endeavour y la ISS.

• Día 13 (28 de mayo de 2011): separación del Endeavour y sobrevuelo de la ISS. Demostración del sistema de aproximación STORRM.

• Día 14 (29 de mayo de 2011): preparación para la reentrada. La antena Ku se guarda en la bodega de carga.

• Día 15 (30 de mayo de 2011): cierre de las puertas de la bodega de carga. Encendido de frenado del OMS. Reentrada y aterrizaje en la pista del Centro Espacial Kennedy.

Cuenta atrás

• T-11 horas: activación de las células de combustible. Desalojo del área de lanzamiento excepto el personal prioritario.
• T-6 horas: el reloj de la cuenta atrás se para durante dos horas para controlar la carga de combustibles criogénicos del ET. Desalojo del personal de la rampa.
• T-6 horas: el reloj vuelve a contar. Enfriamiento de las líneas de combustible. Comienzo de la carga del ET.
• T-3 horas: parada del reloj durante 30 minutos. Finalización de la carga de combustible. Alineación de las antenas de seguimiento de Merritt Island.
• T-3 horas: reinicio de la cuenta. La tripulación se dirige hacia la rampa desde el Operations and Checkout Building y se introduce en el shuttle.
• T-20 minutos: parada del reloj durante 10 minutos.
• T-20 minutos: reinicio de la cuenta. Los ordenadores del transbordador cambian a configuración de lanzamiento. Inicio de la regulación de temperatura de las células de combustible.
• T-9 minutos: parada de la cuenta durante 45 minutos. El director de lanzamiento pregunta a los controladores si dan el "go/no go" para el despegue.
• T-9 minutos: comienzo de la secuencia automática de lanzamiento.
• T-7:30 minutos: se retira el brazo de acceso para la tripulación.
• T-6:15 minutos: comienzo de los grabadores de las APUs.
• T-5 minutos: encendido de las APUs.
• T-4:55: finalización de la carga de oxígeno líquido (LOX).
• T-3:55 minutos: comienzo de las pruebas de movimiento de las superficies aerodinámicas de la lanzadera.
• T-3:30 minutos: pruebas de movimiento de las toberas de los motores principales (SSME).
• T-2:55 minutos: presurización del tanque de LOX.
• T-2:50 minutos: retirada del brazo de carga de oxígeno.
• T-2:35 minutos: las células de combustible comienzan a consumir hidrógeno y oxígeno líquido.
• T-1:57 minutos: presurización del tanque de hidrógeno líquido.
• T-50 segundos: desactivación de los calentadores de las juntas de los cohetes de combustible sólido.
• T-31 segundos: la secuencia de lanzamiento pasa a control automático interno.
• T-21 segundos: ajuste de las toberas de los SSME para el lanzamiento.
• T-6,6 segundos: ignición de los SSME.
• T-0: ignición de los SRB. Lanzamiento.

El Endeavour en la rampa 39A el pasado abril (NASA). 



La tripulación se dirige a la rampa (NASA).





Lanzamiento (NASA).

Vídeo sobre el legado del Endeavour:



Vídeo de la tripulación dentro del Endeavour en la rampa durante un TCDT:

Vídeo del despegue:

Planetas extrasolares con anillos

Entre los casi 550 exoplanetas conocidos, la mayoría son gigantes gaseosos que orbitan su estrella a distancias muy pequeñas. Son los llamados "júpiteres calientes". En nuestro Sistema Solar todos los planetas gigantes presentan anillos, aunque sin duda es Saturno el que se lleva la palma en cuanto a vistosidad. Pero, ¿podrían existir júpiteres calientes con anillos? O mejor dicho, ¿son los "saturnos calientes" frecuentes en nuestra Galaxia?


¿Existirán Saturnos calientes? (NASA).

A primera vista uno puede pensar, ¿y por qué no? ¿Qué tienen de especial los anillos? En realidad el asunto es complejo, ya que debemos tener en cuenta que las partículas que forman los anillos de Saturno están formadas en su mayor parte por hielos -sí, en plural: hielo de agua, de amoniaco, etc.-. Pero un saturno caliente está tan cerca de su astro que las temperaturas deberían causar la sublimación instantánea de estas partículas. Así que está claro que si estos planetas tienen anillos, deberán estar compuestos por partículas rocosas.

Los cálculos demuestran que el tamaño del radio de Roche de muchos exoplanetas descubiertos por el método del tránsito permite la existencia de anillos. Este radio es la distancia máxima a partir de la cual un satélite no puede mantener su forma y resulta destruido por las fuerzas de marea del planeta. Los anillos planetarios están situados por lo tanto dentro del radio de Roche. El radio depende del tamaño del planeta y de su densidad, así como de la densidad de las partículas de los anillos. Para los saturnos calientes, la composición de los anillos será, como hemos visto, principalmente rocosa. Además hay que tener en cuenta cuál es el punto de fusión y/o sublimación de los minerales rocosos, ya que estos planetas están tan cerca de sus estrellas que incluso la roca puede sublimarse. Teniendo todo esto en cuenta, aproximadamente 35 exoplanetas conocidos podrían tener a su alrededor anillos de partículas rocosas.


Radio de Roche de varios exoplanetas conocidos en función de su distancia orbital calculado para dos densidades distintas: 3 g/cm3 (círculos azules) y 5 g/cm3 (círculos rojos) (Schlichting et al.).

No obstante, el principal enemigo de un sistema anillado alrededor de un saturno caliente no son las fuerzas de marea, sino la potente luz de la cercana estrella. Toda radiación luminosa ejerce una presión sobre las partículas de pequeño tamaño, ocasionando que se desplacen en su órbita. Esta presión de radiación es la causante de que las partículas de polvo interplanetarias caigan lentamente hacia el Sol siguiendo trayectorias espirales, un fenómeno conocido como efecto Poynting-Robertson.


Tamaño mínimo de las partículas de un anillo en función de la distancia planetaria para un tiempo de vida de cien milones de años (Schlichting et al.).

Aparentemente, las partículas de los anillos de un saturno caliente deberían resultar destruidas por este efecto en poco tiempo. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que los anillos podrían sobrevivir durante más de cien millones de años siempre y cuando el tamaño medio de las partículas fuese superior a un metro. Si los anillos son especialmente gruesos y bloquean la luz estelar de forma más o menos efectiva, partículas mucho más pequeñas podrían permanecer en su interior durante un periodo comprendido entre un millón y mil millones de años.


Tiempo de vida medio de un sistema anillado en función de la distancia a la estrella (Schlichting et al.).

En cualquier caso, lo realmente sorprendente es que estos anillos podrían ser observados por el telescopio espacial Kepler, dedicado a detectar exoplanetas mediante el método del tránsito. Para aumentar la probabilidad de detección de los anillos, los planetas deberían estar situados a más de 15 millones de km (0,1 UA) de su estrella. Eso sí, esta probabilidad depende de la inclinación del plano de los anillos con respecto a la línea de visión. Obviamente, cuanto más inclinados estén los anillos, más fáciles de ver serán. El problema es que los saturnos calientes orbitan tan cerca de su estrella que las fuerzas de marea se habrán encargado de eliminar cualquier inclinación significativa del eje de rotación de estos planetas. Por este motivo, es muy posible que la mayoría de los anillos de los saturnos calientes sean invisibles. Pero en el caso de que podamos detectarlos, las consecuencias serían muy interesantes. Más allá de la simple curiosidad, el caso es que estos anillos podrían presentar distorsiones por culpa de la acción conjunta de las fuerzas de marea planetarias y estelares. Si somos capaces de medir esta distorsión, podríamos determinar varios parámetros del interior de los exoplanetas. Dicho de otro modo, los anillos servirían como sondas avanzadas para estudiar el interior de mundos situados a decenas de años luz. Sorprendente.

Y no tendremos que esperar mucho para saber si estos tesoros de la naturaleza existen realmente. En los próximos años sabremos si entre los muchos descubrimientos que el telescopio Kepler está a punto de realizar se encuentran los anillos exoplanetarios.

Más información:

• Warm Saturns: On the Nature of Rings around Extrasolar Planets that Reside Inside the Ice Line, Schlichting et al. (ArXiV, 19 de abril de 2011).

Más detalles sobre las nuevas misiones Discovery

Hace unos días hablábamos de las tres sondas candidatas a convertirse en la próxima misión Discovery de la NASA. Ahora, y gracias a este documento, podemos conocer más detalles sobre las mismas.

Antes que nada debemos recordar una vez más cómo funciona el programa de sondas planetarias de la agencia norteamericana. La NASA divide sus misiones en tres tipos dependiendo de su coste. Las más caras son las del tipo Flagship, con un coste máximo de 2500 millones de dólares (ajustados a la inflación prevista para 2015). Luego tenemos las del tipo New Frontiers, con un tope de 1000 millones. Las más baratas son las de tipo Discovery, de 500 millones. Recientemente se decidió eliminar de esta cifra el dinero correspondiente al coste del lanzador, por lo que el presupuesto real para estas misiones de hecho ha aumentado respecto a años anteriores.


Tipos de misiones de la NASA (NASA).

La NASA sólo tiene presupuesto para una misión Flagship en la próxima década y actualmente se debate entre tres candidatas: MAX-C, JEO y UOP. JEO (Jupiter Europa Orbiter) es la favorita de la NASA, pero la comunidad científica norteamericana se inclina por el rover marciano MAX-C. La reciente fusión de los proyectos MAX-C y el rover europeo ExoMars podrían aumentar las posibilidades de sacar adelante esta misión de forma independiente sin comprometer a JEO. Por otro lado, la NASA espera poder lanzar en los próximos diez años una o dos misiones New Frontiers y hasta cinco de tipo Discovery. Se espera que las misiones New Frontiers sean versiones reducidas de las candidatas a Flagship o, por el contrario, misiones Discovery con más presupuesto.

Las candidatas a la próxima misión Discovery son GEMS, TiME y CHopper.

GEMS (Geophysical Monitoring Station) es una misión que pretende estudiar el misterioso interior de Marte y determinar así el grado de actividad interna del planeta. Debe ser lanzada en marzo de 2016 y llegar al planeta rojo en septiembre de ese mismo año. Su vida útil se estima en un año marciano (a diferencia de Phoenix, no tendrá que sufrir el invierno marciano). Utilizará una plataforma similar a la usada para la misión Phoenix, con una masa en seco de 597,6 kg, algo que me parece especialmente interesante. La NASA tiene la mala costumbre de desechar diseños que han demostrado su valía en una absurda carrera por conseguir el más difícil todavía. Por ejemplo, es una pena que no se haya lanzado ninguna sonda similar a los dos MERs, Spirit y Opportunity, pese a tener un diseño más que probado. GEMS incorporaría cinco instrumentos científicos: SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), RISE (Rotation and Interior Structure Experiment), HP3 (Heat Flow and Physical Properties Probe), IDA (Instrument Deployment Arm) e IDC (Instrument Deployment Camera).



GEMS (NASA).

TiME (Titan Mare Explorer) es la misión favorita de todo el mundo, porque ¿a quién no le gustaría ver un robot navegar por los mares de otro mundo? De hecho, aún en el caso de no resultar elegida en esta ocasión, quizás podría convertirse en una próxima misión New Frontiers, más ambiciosa aún. TiME es una sonda-barco que durante 96 días deberá surcar las aguas de metano del Ligeia Mare, situado en el hemisferio norte de Titán. Sería lanzada en 2016 y llegaría al sistema de Saturno 7,5 años después, en 2023. Usaría generadores de radioisótopos avanzados tipo ASRG para generar electricidad y tendría tres instrumentos principales: MP3 (Meteorology and Physical Properties) y NMS (Neutron Mass Spectrometer), así como varias cámaras para el descenso y la superficie.



TiME (NASA).

Por último, CHopper (Comet Hopper) sería lanzada en 2016 y llegaría en 2022 al cometa Wirtanen para estudiarlo durante 7,3 años. Utilizaría dos ASRGs y analizaría el núcleo del cometa desde cierta distancia, aunque llevaría a cabo varios aterrizajes para complementar la misión. Incluye cinco instrumentos científicos: CHIRS (CHopper Infrared Spectrometer), CHIMS (CHopper Ion/Neutral Mass Spectrometer), CHI (CHopper Imager), CHEX (CHopper Heater Experiment) y PanCams (cámaras panorámicas).




Sonda CHopper (NASA).

Como ya comentamos por aquí, TiME es duda la más fascinante de las tres de cara a la opinión pública, aunque GEMS es la que tiene todas las papeletas para resultar elegida. Es menos arriesgada que TiME y podría revolucionar nuestro conocimiento sobre el planeta rojo. Eso sí, con suerte TiME podría ser seleccionada en el futuro como una misión New Frontiers.