STARDUST

Introducción

El objetivo de la misión Stardust es retornar muestras de partículas de un cometa y polvo interestelar. Retornar estas muestras a la Tierra para su análisis representa una gran expectativa para aprender acerca de la composición del universo temprano.

Un espectrómetro de masa, derivado de los instrumentos de a bordo de las misiones Giotto y Vega Halley, están incluidas en la misión.

Para el encuentro con el cometa Wild 2, el principal objetivo es recabar más de un centenar de partículas mayores a 15 micrones de diámetros, así como también moléculas volátiles en un medio de captura de aerogel.

El objetivo de retornar las muestras de los granos interestelares, es el de recolectar más de 100 partículas en un rango de 0,1 a 1 micrones. Estos podrán ser mayores ya que fue diseñado para preservar la composición isotópica y elemental de elementos mayores en partículas individuales de un tamaño de un submicron.

Plan de Vuelo de la Misión

Un diseño de orbita usando la gravedad terrestre permite al Stardust capturar el polvo cometario y partículas volátiles a una relativa baja velocidad de 6,1 Km/seg (como comparación, el encuentro de Giotto con el cometa Halley tenía una velocidad relativa cerca de 10 veces mayor). Con la ayuda de un navegador óptico a bordo, el vuelo se colocará a su encuentro a una distancia tan cerca como 150 Km del núcleo del cometa, permitiendo la captura de muestras desde la zona de la coma. Esta particular trayectoria permite un bajo requerimiento de combustible post-lanzamiento y permite lanzar la nave en una versión media-ligero del vehículo de lanzamiento Delta II.

Calendario de la Misión

Lanzamiento febrero-1999, encuentro enero-2004 y retorno a la tierra enero-2006 la nave Stardust fue lanzada en febrero-1999. El primer ciclo orbital es la ruta de 2 años Vega con una corrección de trayectoria cercana al afelio en el Delta-V a 171 m/seg. Este Delta-V lo empujará a un ciclo orbital de 2,5 años en el cual la nave volará dos veces. A 160 días antes del encuentro, un pequeño Delta-V a 66 m/seg lo colocará en sobre vuelo del cometa. Esto ocurrirá el 1ero de enero-2004 a 1,86 AU y 97,5 días pasado el perihelio del cometa. La nave se acercará al cometa a 6,2 Km/seg desde el lado del Sol con un ángulo de 70º. Luego de un año del viaje, retornará a la tierra las muestra, dos años después.

Las 3 órbitas serán hechas alrededor del Sol para minimizar los requerimientos del Delta-V. También estas orbitas maximizan el tiempo para una recolección del polvo interestelar.

Calendario del Encuentro

El navegador óptico comenzará cerca de -150d, cuando el Wild 2 llegará a ser detectable. La coma podrá enfocarse en la imagen durante este período. La imagen de la coma tomada durante este período, tendrá una resolución de 32 a 6.000 Km por píxel. Todos los filtros serán usados en cada episodio de las imágenes y serán retornadas para usarlo en la telemetría del navegador óptico. A 1 kbps, un volumen de datos de 75 cuadros con una compresión de imágenes de 2:1 serán enviados. Esto, en esencia, ofrece la oportunidad de obtener a todo color, movimiento de la envoltura de la coma.

Subfase Encuentro Cercano (-1d a 5h)

El Stardust entrará en la fase final de navegación, con un incremento de la actividad del navegador óptico. Contínua comunicación con la Tierra será establecida. A -1d, la tasa de fotos del navegador óptico se incrementará a 1 foto por hora. Todos los datos adquiridos, previa corrección de trayectoria, serán procesados cada una de las imágenes obtenidas en Tierra. Nosotros esperamos obtener finos detalles de la coma durante este período. El núcleo del Wild 2 parecerá congelarse en la imagen, en un punto hasta el final de esta fase cuando este llegue a ocupar cerca de un píxel. Una resolución en el rango de 5 a 32 Km por píxel, será obtenida durante este período.

Subfase Encuentro Muy Cercano (-5h a +5h)

Este es la parte más importante de la misión. A -5h la nave llegará a entrar en la coma (100.000 Km desde el Wild 2) y el núcleo comenzará a emerger como un cuerpo extendido en la imagen de la cámara. Todos los instrumentos están encendidos. La recolección del polvo será empleada por el colector, después de las últimas correcciones de la trayectoria a las -6h. Continuas imágenes y transmisión de datos a tiempo real serán hechos desde -5h a -4min y nuevamente desde +4min a +5h. A -4min cuando el núcleo ocupe 60x60 pixeles, una foto final a blanco y negro del núcleo será enviada en tiempo real. Esto tomará no más de 27 seg. Cualquier imagen tomadas después de -4min será grabadas a bordo. Cerca de ± 3min habrá una perdida temporal de la antena de alta ganancia. Entonces la antena de media ganancia tomará la función de comunicaciones críticas durante este lapso.

Recolección de Datos

Imágenes de la coma y el núcleo

Stardust proveerá nuevos conocimientos de los cometas y sus partículas. La misión también proveerá excelentes imágenes tanto para la navegación óptica en soporte de la recolección del polvo, como en el estudio de la morfología del núcleo. La cámara propuesta tendrá la habilidad para investigar la distribución del polvo a gran escala y los gases asociados en generar la coma. Este también permitirá la observación de las áreas en el núcleo, el cuales son el origen del polvo. Los resultados de las imágenes también podrán determinar el tamaño, forma y el alvéolo del núcleo y una pequeña posibilidad, su rotación. Cercano al núcleo, Stardust proveerá detalles de la morfología del núcleo 10 veces mejor resolución que las fotos de Giotto le tomó al Halley.

Tres tipos de filtros de polvo, un filtro polarizado y un filtro claro serán usados. El filtro de gas permitirá el estudio del polvo ejectado y el posible origen del gas, así como, una comparación del origen del gas y polvo sobre la superficie del núcleo. Los tres filtros de polvo y el filtro polarizado permitirán el estudio del color y propiedades de distribución del polvo. El filtro claro será usado para el estudio de la morfología general del núcleo y el alvéolo.

Recolección del polvo del cometa

Las muestras del cometa podrán ser recolectadas durante un vuelo a 6,1 Km/seg esta extraordinaria baja velocidad de vuelo, capturará el polvo de la coma de tamaño entre 1 a 100 micrones cuando impacten en un aerogel de ultra baja densidad.

Recolección del polvo interestelar

Perfil del impacto de granos interestelares

Basados en los recientes estudios de los granos interestelares son asumidos a la entrada de la heliosfera con una velocidad de 30 Km/seg desde la dirección de la recolección a 7,5º ± 5º; 259º ± 15º latitud y longitud de la eclíptica. La ruta de vuelo de los granos interestelares fue modificado por la gravedad solar, presión solar, la interacción electromagnética con el campo magnético interplanetario y varios otros complejos procesos no bien o fácilmente formulados.

Mediciones de la volatilidad cometaria

La relación polvo/volatilidad varía grandemente de cometa a cometa, el material volátil es una significativa fracción de la masa de cada uno de los núcleos de los cometas. Porque lo volátil y componentes refractarios de los cometas pueden estar condensados en muy diferentes puntos y entornos, un completo conocimiento de la composición de un cometa requiere el estudio de ambas fases. Los objetivos de los experimentos de recolección de volátiles son determinar la composición elemental e isotópica de la volatilidad cometaria. De un especial interés son los bioelementos (C, H, N, O, P y S) y sus moléculas. Algunas composiciones de moléculas en largas cadenas de moléculas pudieran no romperse a una velocidad de impacto de 6 Km/seg como se ha visto en experimentos en el laboratorio. Adicionalmente el tiempo de vuelo del espectrómetro de masa podrá proveer mediciones directas en especies volátiles en las muestras de polvo impactados y se espera obtener mucha más información sobre moléculas complejas que el Halley proporcionó, porque el impacto con las partículas de la coma son 100 veces menos energéticas. Los instrumentos a bordo del Stardust podrá analizar el polvo con el analizador de polvo interestelar y cometario.

Regreso a la Tierra

Diseño de las fases de la secuencia de regreso a la Tierra

Esta fase de la misión del Stardust llega dos semanas antes de la entrada a la Tierra y finaliza cuando el SRC es transferido y manejado por el equipo en Tierra. El sitio planeado para el aterrizaje es en Utah. Aquí hay dos posibles zonas de aterrizaje dependiendo de la trayectoria de ingreso es positrograda o retrograda. El regreso a la Tierra es dividido en 4 fases:

Acercamiento a la Tierra

Durante este período tres correcciones de la telemetría están involucradas: -13d, -3d y -3h. El SRC será liberado justo después de la última corrección y entrará a la atmósfera en un ángulo de -8º. La velocidad de aproximación a la Tierra puede ser de aproximadamente 6,4 Km/seg con una ascensión de 205,7º y una declinación de 11,1º y una velocidad de entrada (asumida a una altitud de 125 Km) de 12,8 Km/seg. El control del corredor de entrada, basado en el plan de navegación es 0,08º

Entrada

La entrada llegará cuando la nave se reoriente para la liberación del SRC y finalice cuando los paracaídas sean desplegados. El SRC podrá ser liberado de la nave aproximadamente 3 horas antes de la entrada. Muchas actividades durante estas 3 horas incluyen rotar la nave a la apropiada altitud, iniciar el secuenciador de tiempo del SRC, apagar la nave y proveer de energía al SRC y finalmente soltar al SRC.

El SRC hará una entrada directa a Tierra. Después de la entrada, el SRC continuará una caída libre hasta aproximadamente 3 Km. Donde llegado este punto se desplegarán los paracaídas. La hora local del aterrizaje será aproximadamente 3:00 am hora local.

Recuperación en Tierra

Será recuperado por un vehículo o helicóptero. Tomando en cuenta el pequeño tamaño y peso del SRC, no se requiere ningún equipo especial, luego será llevado al Centro Espacial Jonson.