Desde nanosatélites a velas solares, los experimentos a bordo de Artemis rumbo a la Luna

El despegue la nueva misión Artemis de la NASA a la Luna, se suspendió nuevamente este sábado por la mañana cuando se estaba cargando de combustible el nuevo cohete Space Launch System (SLS). Pero el demorado lanzamiento sin tripulación del cohete más poderoso estadounidense, junto a la nueva cápsula Orión que lleva en su punta, será reprogramados para el próximo lunes, desde el Centro Espacial Kennedy, en Cabo Cañaveral, Florida.

Pasaron casi 50 años desde que en diciembre de 1972 partiera desde la misma plataforma 39-b que ocupa el SLS, el legendario cohete Saturno V en la misión Apolo 17, la última que sería lanzada hacia la Luna con astronautas que volvieron a hacer historia al caminarla.

Pero más allá del recuerdo de antaño y la emoción que embarga hoy a todos los que participan de esta nueva aventura de más de 4.000 millones de dólares de costo y planificada hace décadas, Artemis I es el primer ensayo para probar la nueva tecnología con cohete y cápsulas a estrenar, que no solo tienen el objetivo de volver a colocar seres humanos en la Luna, sino también, en la próxima década y casi con las mismas herramientas, alcanzar Marte.

Si todo sale bien, en 2024 un nuevo despegue está programado por la NASA, ahora sí con astronautas. Será el viaje de Artemis II, que orbitará la Luna y probará que los astronautas podrán soportar el prolongado viaje de varias semanas. Finalmente, en 2025 o 2026, Artemis III hará el descenso a la superficie de la Luna, donde la tripulación pisará nuestro satélite natural con la intención de quedarse allí varios días con la mira puesta en que, en los próximos años, se establezca una colonia permanente en el satélite natural de la Tierra.

Misión científica

La misión Artemis I durará seis semanas desde su despegue en Florida hasta el amerizaje en el Pacífico, el doble de tiempo que los viajes que harán los astronautas en próximas misiones. Este tiempo más prolongado tiene el objetivo de poner a prueba todos los sistemas y medir diferentes variables tecnológicas a fin de asegurar que la próxima misión tripulada no corra ningún riesgo cuando esté a 400.000 kilómetros de la Tierra.

Para este vuelo de prueba, un maniquí de tamaño completo con un traje de vuelo naranja ocupará el asiento del comandante, equipado con sensores de vibración y aceleración. Otros dos maniquíes hechos de material que simula el tejido humano (cabezas y torsos femeninos, pero sin extremidades) medirán la radiación cósmica, uno de los mayores riesgos de los vuelos espaciales.

Además, uno de los objetos más entrañables en Artemis I es el muñeco de Snoopy, un habitual de varios vuelos espaciales, desde que comenzó a ir al espacio en 1990 a bordo del transbordador espacial Columbia durante la misión STS-32. El muñeco de peluche viajará ahora como un marcador de gravedad cero, un indicador visual de cuando una nave espacial alcanza la ingravidez. Y compartirá la cabina con otro peluche, el de la oveja Shaun, entregado por la Agencia Espacial Europea (ESA), que proporcionó el módulo de servicio de Orión. Y con cuatro figuras de Lego como parte de una asociación continua entre la NASA y la compañía de juguetes, con la esperanza de involucrar a los más jóvenes en proyectos de ciencia y tecnología.

Además, Artemis I llevará cuatro experimentos científicos que acompañarán a la expedición lunar en busca de diversos objetivos. La cápsula Orión tendrá dentro un espacio con cultivos de levadura y de algas para estudiar los efectos de los rayos cósmicos y de la gravedad cercana a cero en estos organismos vivos. Los científicos buscan determinar si la respuesta a la radiación cósmica de las levaduras es similar a la que se observa en las células humanas expuestas a medicamentos contra el cáncer que, por lo general, dañan el ADN de las personas. Otro proyecto que irá a bordo del cohete será el Deep Space Radiation Genomics (DSRG), surgido en la Universidad del Valle de Guatemala bajo la tutela del científico Luis Zea. El DSRG enviará células de levadura para estudiar la exposición a las condiciones cósmicas, algo similar al mencionado proyecto de Nislow.

Los otros dos experimentos buscan prevenir los daños de la exposición humana en el espacio debido a la radiación cósmica. Para ello se estudiará el proyecto Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE), basado en un chaleco para los astronautas denominado AstroRad que fue creado por la Agencia Espacial israelí y por el Centro Aeroespacial alemán. Por último, se comprobará la eficacia del traje espacial Orion Crew Survival System (OCSS), diseñado por la NASA, que busca proteger a los astronautas el día del lanzamiento, de eventuales situaciones de emergencia.

10 microsatélites y una vela solar

Además de los experimentos que irán dentro de la cápsula Orión, el cohete SLS también llevará una carga útil secundaria científica. Será una serie de satélites del tamaño de cajas de zapatos que desechará mientras viaja hacia la Luna. Aunque el SLS puede albergar 17 de estos diminutos experimentos científicos, la carga útil de Artemis I estará compuesta por 10 unidades de nanosatélites que recopilarán resultados que ayudarán a guiar proyectos futuros, protegerán a los próximos astronautas y ayudarán a monitorear nuestro mundo y también a la Luna.

Los cubesats son un tipo de nanosatélite, una nave espacial miniaturizada con un gran potencial para hacer ciencia espacial, exploración, soporte de ingeniería, observación de la Tierra y comunicación de retransmisión. Estos Cubesats se destacan por su eficiencia, bajo costo y compatibilidad con cargas útiles más grandes. Aunque su masa suele estar restringida a entre 1 y 10 kilogramos, los cubesats suelen medirse y clasificarse por “unidades” (U) y cada unidad representa un cubo de 10 centímetros de cada lado. La mayoría de los cubesats en la misión Artemis 1 tienen un tamaño de 6U, uniendo seis de estas unidades dan como resultado unas dimensiones de alrededor de 20 cm × 10 cm × 34,05 cm. Aquí brindamos el detalle de cada uno de los 10 cubsats que lanzará Artemis I.

1-IceCube

Uno de los objetivos clave de las misiones Artemis es el establecimiento de una infraestructura en el espacio, en y alrededor de la Luna, que permita misiones espaciales más largas. La consigna clave para esta ambición es ‘sostenibilidad’. Desarrollado por la Universidad Estatal de Morehead en asociación con el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y la Compañía Busek, el cubesat Lunar IceCube 6U utilizará instrumentos sofisticados para ‘olfatear’ el agua y otros recursos sobre la superficie lunar, lo que podría ayudar a los astronautas en futuras misiones. Los recursos in situ reducen la cantidad de materias primas que deben transportarse al espacio, lo que hace que las misiones sean más rentables. El agua en la Luna podría incluso usarse para generar combustible para cohetes que se usará para regresar a la Tierra o aventurarse más en el Sistema Solar, como por ejemplo, la obsesiva idea de llegar a Marte.

IceCube, que pesa solo 14 kg, tendrá una órbita de 7 horas alrededor de la Luna, gracias a un sistema de propulsión de iones. Durante esta órbita para proteger su instrumentación de la radiación solar, se abre una pequeña ‘puerta de garaje’ que permite solo una hora de observaciones de la superficie lunar en cada órbita. El agua lunar existe principalmente en forma de hielo y el Lunar IceCube lleva un instrumento de la NASA llamado Broadband InfraRed Compact High-Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES) que puede investigar la distribución de esta agua en la Luna. BICHES también es capaz de detectar agua en la delgada atmósfera de la luna: la exosfera. Esto podría ayudar a comprender mejor cómo el regolito en la luna, análogo al suelo en la Tierra, absorbe y libera agua. Esto ayudará a mapear los cambios que está experimentando la Luna, lo que, según la NASA, es clave para una presencia lunar sostenida. Varios otros cubesats Artemis 1 se unirán a IceCube para echar un buen vistazo a la Luna.

2-Lunah Mapa

Diseñado por investigadores y estudiantes de la Universidad Estatal de Arizona, el Lunar Polar Hydrogen Mapper (LunaH-Map) investigará la abundancia de hidrógeno en las regiones oscuras de la Luna. Esto incluirá la creación de un mapa de hidrógeno a una escala espacial de alrededor de 10 kilómetros y la evaluación de la cantidad de este elemento encerrado en el hielo de agua que se encuentra en cráteres lunares oscuros y profundos.

La misión del cubesat 6U LunaH-Map durará 60 días, con la pequeña nave espacial haciendo 141 órbitas altamente elípticas de la Luna a una altitud baja que la acercará a 4,8 a 9,6 km de la superficie. Esta órbita estará centrada en el cráter Shackleton, ubicado en el polo sur de la Luna. El instrumento principal de LunaH-Map es un detector de neutrones que utiliza un material Cs2YLiCl6:Ce (CLYC) para detectar neutrones, normalmente encerrados en núcleos atómicos con protones, y evaluar si han interactuado con el elemento hidrógeno. La NASA dice que durante su operación de dos meses, LunaH-Map mapeará el contenido de hidrógeno de todo el polo sur de la luna, a un metro por debajo de la superficie lunar.

3-LUNIR

El cubesat LunIR de 6U de Lockheed Martin, anteriormente conocido como SkyFire, también hará sobrevuelos de la Luna mapeando su superficie. LunIR se desplegará desde la etapa de propulsión criogénica provisional (ICPS) proporcionada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y contiene tecnología que capturará imágenes de la superficie lunar que ayudarán a caracterizar su estructura de composición y cómo interactúa con el espacio.

Estos datos podrían ayudar a seleccionar sitios de aterrizaje para futuras misiones lunares, así como ayudar en la evaluación de riesgos potenciales para los astronautas que se aventuran a la superficie lunar para estadías más largas. Después de su sobrevuelo, LunIR realizará maniobras y operaciones que también podrían ayudar a diseñar futuras misiones espaciales, tanto tripuladas como robóticas.

4-Omotenashi

Las tecnologías excepcionales de exploración lunar demostradas por Nano Semi-Hard Impactor (OMOTENASHI) CubeSat se propone demostrar que los módulos de aterrizaje lunares pueden venir en todos los tamaños y costos. La Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) creó un cubesat 6U, que pesa 12,6 kg en total, que expulsará un nanolander de 1 kg impulsado por un motor de cohete sólido desechable que pesa 6 kg, que descenderá a la superficie lunar. Poco antes del impacto, el nanolander viajará a unos 30 metros por segundo y desechará el cohete para luego desplegar una bolsa de aire de dos lóbulos para amortiguarlo mientras aterriza.

Una vez en la Luna, Omotenashi, cuyo nombre significa “hospitalidad” en japonés, medirá la radiación de la superficie lunar e investigará la mecánica del suelo utilizando acelerómetros. Estos dispositivos miden la vibración o la aceleración usando un cambio en la masa para ‘comprimir’ un material piezoeléctrico y crear una carga eléctrica que es proporcional a la fuerza que experimenta el material.

5-Explorador NEA

La Luna no es el único objeto alrededor de la Tierra que los cubesats de Artemis 1 investigarán. Los asteroides cercanos a la Tierra (NEA) serán el objetivo de las observaciones realizadas por NEA Scout, una misión de reconocimiento robótico para volar y devolver datos de un asteroide.

NEA Scout se desplegará desde el SLS después de haber lanzado la nave Orión hacia la Luna, comenzando un viaje de dos años para el cubesat de tamaño 6U hacia un asteroide objetivo. Un elemento clave de la misión será una vela solar, un material delgado y liviano que usa fotones del Sol y su impulso para propulsar la pequeña nave. A pesar de desplegarse desde un cubo del tamaño de una caja de zapatos, la vela desplegada alcanza un tamaño de 86 metros cuadrados y está sostenida por cuatro varas metálicas de 7,3 metros. Esta amplia área de superficie es necesaria para capturar una gran cantidad de fotones, cada uno de los cuales solo imparte una pequeña cantidad de empuje.

Una vez que alcance una distancia de alrededor de 40.000 a 50.000 km de su objetivo, identificará el asteroide. A una distancia de entre 100 a 120 km del asteroide, NEA Scout usará su cámara, NEACam, un sensor de imagen CMOS de 20 megapíxeles con un tamaño de matriz de 3840 x 3840 píxeles, para capturar imágenes y enviarlas a la Tierra. La NASA dice que esto ayudará a determinar las propiedades del asteroide, como su posición en el espacio, la forma y la rotación, además de medir el campo de polvo y escombros que lo rodea. Esta información podría resultar útil para futuras misiones que apunten a aterrizar en estos objetos NEA.

6-EQUULEUS

La nave espacial EQUilibriUm Lunar-Earth point 6U (EQUULEUS) también es un cubesat creado para Artemis 1 por JAXA con la asistencia de la Universidad de Tokio. Su objetivo es comprender la radiación en el entorno espacial alrededor de la Tierra. EQUULEUS utilizará técnicas de control de trayectoria de baja energía, incluido un sistema de propulsión de agua con un empuje bajo que utiliza muy poco líquido propulsor para colocar la nave en una órbita entre la Tierra y la Luna.

Desde aquí, el cubesat observará la plasmasfera de la Tierra, la región interna de la magnetosfera que consiste en plasma frío, gas en el que los átomos han sido despojados de electrones. Además de ayudarnos a comprender mejor las técnicas de control de trayectoria de baja energía y los sobrevuelos lunares en la región Tierra-Luna, EQUULEUS podría proporcionar información vital que ayude a proteger la electrónica y a los astronautas durante las misiones espaciales a largo plazo.

7-Biocentinela

Otro cubesat Artemis 1 también está listo para recopilar información que podría proteger a los astronautas de la radiación. BioSentinel es un proyecto que permitirá a los científicos del Centro de Investigación Ames de la NASA, en Silicon Valley, California, comprender mejor el efecto de la radiación sobre los organismos en el espacio. La misión utiliza levadura, familiar para panaderos y cerveceros, como un “organismo modelo” para comprender cómo la radiación de alta energía puede causar rupturas en el ADN, que transporta información genética en las células de todos los organismos vivos, incluidos los humanos.

Se seleccionó la levadura porque los investigadores no solo la entienden muy bien, sino que la forma en que se repara el daño en su ADN es similar a cómo se lleva a cabo el proceso en los humanos. Dos cepas de la levadura Saccharomyces cerevisiae, una de las cuales repara el daño del ADN mucho mejor que la otra, se activarán para crecer una vez que BioSentinel esté fuera de la magnetosfera de la Tierra, lo que ayuda a protegernos de la fuerte radiación solar. El cubesat 6U que pesa alrededor de 13 kg llevará a cabo su misión durante unos 18 meses y volará más allá de la Luna en su camino para orbitar el Sol. El proyecto representa la primera vez en 40 años que se envían organismos al espacio profundo.

8- CuSP

El cubesat para estudiar partículas solares (CuSP) también estará orbitando el Sol después de que salga de la atmósfera terrestre. El papel de CuSP será estudiar la radiación de la estrella, los vientos solares y los eventos solares que pueden tener efectos en y alrededor de la Tierra, como interferir con las comunicaciones de radio, dañar la electrónica de los satélites e incluso golpear nuestras redes eléctricas.

El cubesat 6U lleva tres instrumentos que pueden medir este “clima espacial” antes de que llegue a la Tierra golpeando su magnetosfera y potencialmente desencadenando una tormenta geomagnética dañina. El espectrógrafo de iones supratérmicos (SIS) detecta y clasifica partículas energéticas solares de baja energía, mientras que el telescopio miniaturizado de electrones y protones (MERiT) cuenta partículas solares de alta energía y el magnetómetro vectorial de helio (VHM) monitorea la fuerza y la dirección de los campos magnéticos. Juntos, los tres instrumentos CuSP permitirán a los científicos rastrear cómo cambia el entorno del espacio entre el sol y la Tierra y cómo estos cambios afectan a nuestro planeta. CuSP también proporciona a los investigadores una forma de probar cómo funcionaría una red de cubesats de monitoreo espacial, lo que revela el potencial de una gran cantidad de cubesats de monitoreo del clima espacial.

9-Team Miles

Team Miles utilizará innovadores propulsores de yodo de plasma, que usan ondas electromagnéticas de baja frecuencia como propulsión, para viajar alrededor de 60 millones de km desde la Tierra en una trayectoria hacia Marte en lo que el líder del equipo, Wesley Faler, describe como una “carrera de resistencia a la luna.” Viajando más lejos que cualquier nave de este tamaño diminuto que haya llegado antes, el cubesat de tamaño 6U volado por un sofisticado sistema informático a bordo también probará el software para las comunicaciones por radio con la Tierra.

10-ArgoMoon

ArgoMoon es un cubesat de 6U diseñado por la Agencia Espacial Italiana (ASI) y seleccionado por la ESA para volar con Artemis 1. Después de desplegarse desde el ICPS, se convertirá en uno de los primeros cubesats europeos en abandonar la órbita terrestre. ArgoMoon no solo demostrará la capacidad de realizar operaciones por parte del ICPS, sino que también recopilará datos del escenario mientras envía a Orión hacia la Luna y cuando lanza su otra carga útil secundaria cubesat.

El hecho de que ArgoMoon registre imágenes del ICPS mientras realiza estas tareas significa que su contribución a Artemis 1 podría ayudar a definir la historia de una de las misiones más importantes en la historia de la exploración espacial y el próximo paso de la humanidad hacia el universo.

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