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Jul 18, 2023

Chandrayaan

El exitoso alunizaje de la misión Chandrayaan-3 convierte a la India en el cuarto país en lograr la hazaña BENGALURU, India—Momentos tranquilos de tensión mordaz dieron paso a vítores de alegría en el

El exitoso aterrizaje lunar de la misión Chandrayaan-3 convierte a la India en el cuarto país en lograr la hazaña.

BENGALURU, India—Momentos tranquilos de tensión mordaz dieron paso a vítores de alegría en el centro de control de misión de la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO), mientras la agencia espacial enviaba su módulo de aterrizaje lunar (y a la India) a los anales de la historia. El 23 de agosto a las 12:33 p.m. UTC, el módulo de aterrizaje robótico de la misión Chandrayaan-3 de la India, llamado Vikram, aterrizó en la luna cerca de su polo sur. Lanzado el 14 de julio, Chandrayaan-3 fue el resultado de que ISRO duplicara su apuesta por el alunizaje después del desafortunado accidente de su misión Chandrayaan-2 en 2019. Con la nave espacial ahora segura en la luna, los esfuerzos de ISRO han dado sus frutos, y India se ha convertido en el cuarto país en lograr un alunizaje suave, después de la ex Unión Soviética, Estados Unidos y China.

Todo el descenso lunar de Chandrayaan-3 tenía que ser completamente autónomo. Durante esta etapa crucial de la misión, las señales tardan unos tres segundos en ir desde el módulo de aterrizaje a la Tierra y regresar, una demora demasiado larga para que los ingenieros de ISRO terrestres guíen de manera confiable el aterrizaje. Así que la tarea de Vikram era reducir su alta velocidad orbital a cero de modo que permaneciera lo más cerca posible de su trayectoria prevista, hasta un aterrizaje seguro. Para ello, necesitaba orquestar el encendido de sus motores basándose en mediciones continuas de distancia, velocidad y orientación.

Para mantener el aterrizaje esta vez, ISRO construyó muchas más redundancias y salvaguardias en Chandrayaan-3 que en Chandrayaan-2. En una charla del 5 de agosto que detalla estos cambios, el jefe de ISRO, S. Somanath, enfatizó cómo Chandrayaan-3 transportaba más combustible y un mejor sistema de guía, navegación y control para corregir incluso desviaciones importantes de las rutas previstas. “Hubo mejoras en 21 subsistemas de Chandrayaan-3. Estos cambios se han visto reforzados por numerosas pruebas terrestres con helicópteros y grúas”, dice Nilesh Desai, director del Centro de Aplicaciones Espaciales (SAC) de ISRO en Ahmedabad, India.

Evidentemente, estas mejoras han culminado con el aterrizaje triunfal de Chandrayaan-3. Este éxito no fue un hecho, especialmente si se considera que cuatro de los seis intentos anteriores de alunizaje en los últimos cinco años han fracasado. El último fallo se produjo el 19 de agosto, cuando la nave espacial rusa Luna-25 falló en sus motores y se estrelló contra la Luna, un brutal recordatorio de que llegar a la superficie lunar de una sola pieza sigue siendo arriesgado. Luna-25 se une así a las ruinas del Beresheet de la empresa israelí SpaceIL, el Chandrayaan-2 de la India y la nave espacial Hakuto-R de la empresa privada japonesa ispace. Afortunadamente, al menos el resultado de Chandrayaan-3 ha seguido el de los módulos de aterrizaje Chang'e 4 y Chang'e 5 de China, los únicos otros éxitos recientes.

"Ahora tenemos una tremenda responsabilidad de inspirar a la India y al mundo a niveles nada menores que este aterrizaje", dijo Sankaran Muthusamy, director del Centro de Satélites UR Rao (URSC), el centro ISRO que dirigió la construcción e integración del Chandrayaan- 3 naves espaciales y misión.

El descenso lunar de Chandrayaan-3, que duró aproximadamente 19 minutos, comprendió cuatro fases principales. La primera, la fase de “frenado brusco”, comenzó cuando la nave espacial estaba a 30 kilómetros sobre la Luna en su órbita y a unos 750 kilómetros hacia abajo desde su lugar de aterrizaje. Al encender sus cuatro motores principales de 800 Newton durante unos 12 minutos hasta alcanzar una altitud de 7 kilómetros, Chandrayaan-3 redujo su alta velocidad horizontal de aproximadamente 1,7 kilómetros por segundo en aproximadamente un 80 por ciento.

Luego vino una breve pero crucial fase de “mantenimiento de actitud” de 10 segundos, en la que el módulo de aterrizaje se estabilizó usando sus ocho propulsores más pequeños para obtener una vista estable de la inminente superficie lunar para sus diversos sensores de aterrizaje.

Para medir la altura, Chandrayaan-3 se basó en dos altímetros, uno con láser y el otro con microondas. Si bien los altímetros láser son comúnmente utilizados por varios módulos de aterrizaje lunares, a veces pueden informar alturas anómalas si, por ejemplo, un módulo de aterrizaje pasa sobre terreno montañoso o grandes cráteres. "En cambio, la huella más amplia del altímetro de microondas permitió a Chandrayaan-3 tolerar mejor los cambios abruptos de altitud", explica Priyanka Mehrotra de SAC, quien es diseñador principal del sistema del altímetro de microondas en banda Ka de Chandrayaan-3.

La altimetría redundante de Chandrayaan-3 es especialmente pertinente debido al papel que desempeñó la altimetría láser durante el aterrizaje fallido del 25 de abril del primer módulo de aterrizaje lunar de ispace. Cuando ese módulo de aterrizaje pasó sobre el borde del cráter Atlas para acercarse al lugar de aterrizaje objetivo que se encontraba dentro, su altímetro láser informó correctamente un aumento de elevación de aproximadamente 3 km, correspondiente a la profundidad del cráter. Pero el software a bordo diseñado para filtrar ciertos valores abruptos para mantener estable el movimiento del módulo de aterrizaje ispace rechazó la medición por considerarla errónea. El módulo de aterrizaje japonés, pensando que estaba más cerca de la superficie de lo que realmente estaba, continuó desacelerando lentamente hasta que se quedó sin combustible y realizó un ruinoso aterrizaje forzoso.

Fue durante la fase de mantenimiento de actitud que Chandrayaan-2 falló. Sus motores proporcionaban un empuje ligeramente mayor al esperado debido a una válvula de control de empuje que funcionaba incorrectamente, lo que acumulaba errores de navegación con el tiempo. ISRO había diseñado la computadora a bordo para corregir tales trayectorias "fuera de lo nominal" sólo después de que terminara la fase de mantenimiento de actitud. Pero la desviación rápidamente creció hasta ser tan grande que el módulo de aterrizaje no pudo corregirla a tiempo a pesar de su capacidad para acelerar su empuje.

En respuesta, ISRO se aseguró de que Chandrayaan-3 pudiera determinar y corregir tales desviaciones de su trayectoria prevista mucho más rápido que su fallido predecesor. El módulo de aterrizaje de Chandrayaan-3 también utilizó un nuevo instrumento llamado velocímetro láser Doppler (LDV) para navegar con mayor precisión en primer lugar. "Si bien existen otras formas para que un módulo de aterrizaje lunar mida su velocidad, un LDV proporciona una medición directa de la velocidad con respecto al suelo, lo que permite que un módulo de aterrizaje reduzca en gran medida la acumulación de errores de navegación", dice William Coogan, ingeniero jefe del módulo de aterrizaje lunar. en Firefly Aerospace, una empresa privada que se ha asociado con la NASA a través del programa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la agencia espacial para entregar cargas útiles de ciencia y tecnología a la Luna en 2024 y 2026.

Después de su tensa fase de mantenimiento de actitud, Chandrayaan-3 entró en una fase de “frenado fino” de tres minutos en la que utilizó sólo dos de sus cuatro motores principales para descender hasta aproximadamente 850 metros sobre la superficie de la luna y flotar brevemente allí. Esta pausa le dio al módulo de aterrizaje la oportunidad de capturar imágenes de la superficie y compararlas con imágenes satelitales precargadas a bordo para determinar si estaba por encima de la región de aterrizaje deseada.

“La zona de aterrizaje objetivo del Chandrayaan-3 abarca cuatro kilómetros por 2,5 kilómetros. Los científicos e ingenieros de ISRO lo dividieron en 3.900 subsecciones del mismo tamaño, evaluaron meticulosamente el nivel de seguridad de cada una para un aterrizaje y lo cargaron en el módulo de aterrizaje como información de referencia”, dice Desai. En este punto, Chandrayaan-3 debe haber tomado una de estas dos decisiones: si se encontraba por encima de esta zona de aterrizaje predeterminada, la computadora a bordo habría identificado el área de subsección más segura factible y luego habría procedido en consecuencia hacia el aterrizaje. Si Chandrayaan 3 se encontrara en otro lugar, habría procedido con un aterrizaje autónomo basado en peligros autoidentificados a partir de sus imágenes en lugar del aterrizaje preprogramado basado en subsecciones. La confirmación de qué decisión se tomó se conocerá después de que ISRO determine el lugar de aterrizaje.

En la fase final de “descenso terminal”, Chandrayaan-3 descendió a unos 150 metros sobre la superficie y luego flotó nuevamente durante aproximadamente medio minuto para evaluar el área debajo en busca de peligros de aterrizaje. En este punto, dado que la superficie justo debajo del módulo de aterrizaje no parecía segura, el módulo de aterrizaje buscó un área adyacente más segura y se desvió para aterrizar allí.

"El sistema de procesamiento para evitar peligros se aceleró para Chandrayaan-3 para que la toma de decisiones del módulo de aterrizaje durante las fases finales críticas fuera significativamente más rápida que Chandrayaan-2", dice Rinku Agrawal de SAC, quien dirigió el equipo que desarrolló la unidad de procesamiento de el sistema de detección y prevención de peligros.

"La detección y evitación de peligros permite una maniobra de desvío crítica si es necesario durante los momentos finales para garantizar un aterrizaje seguro", dice Ander Solórzano, director de vuelo de la primera misión de alunizaje de la compañía aeroespacial Astrobotic Technology, que transportará CLPS de la NASA y cargas útiles internacionales.

Finalmente, al aterrizar, los sensores en las patas del módulo de aterrizaje activaron el apagado de sus motores principales. Chandrayaan-3 ahora se alza en la luna.

ISRO diseñó las patas del módulo de aterrizaje para absorber la mayor parte del impacto mecánico del aterrizaje. La agencia probó las patas en bancos de pruebas simulados lunares en la Tierra para garantizar que el módulo de aterrizaje pudiera tolerar una alta velocidad vertical de tres metros por segundo, e incluso una velocidad horizontal de un metro por segundo si aterrizara torcido.

“El touchdown fue suave; la velocidad vertical fue notablemente menor que incluso el límite superior nominal de 2 metros por segundo”, dijo el jefe de ISRO, S. Somanath, en un evento de prensa posterior al aterrizaje.

Chandrayaan-3 aterrizó cerca del polo sur lunar poco después del amanecer local. Hacerlo maximiza la vida útil de las operaciones en superficie de la misión a un período completo de luz lunar (14 días terrestres) porque tanto el módulo de aterrizaje como el rover que desplegará funcionan con energía solar. Para comenzar la misión científica de superficie de Chandrayaan-3, Vikram activará sus cuatro instrumentos a bordo y desplegará el rover a través de una rampa para comenzar a explorar la región de aterrizaje geológicamente rica.

Chandrayaan-3 alimenta el frenesí global de enviar hardware a la Luna, particularmente a su polo sur. Las próximas misiones tripuladas Artemis de los EE. UU., la nave robótica Chang'e de China y la mayoría de otros esfuerzos gubernamentales y privados (como los del programa CLPS de la NASA) planean explorar esta valiosa región lunar. Con el tiempo, su objetivo es extraer su hielo de agua y otros recursos para sostener misiones de larga duración y tal vez incluso comercializar aspectos de tales operaciones.

Por lo tanto, fue un buen momento cuando, el 21 de junio, la India firmó los Acuerdos Artemisa, un marco liderado por Estados Unidos para la exploración lunar cooperativa. Como signatario, la India ahora puede acelerar sus esfuerzos lunares colaborando mejor con Estados Unidos y otras naciones signatarias. El director ejecutivo de Astrobotic, John Thornton, dice: “Me siento alentado por la firma de los acuerdos por parte de la India. Sin duda, es una señal para ampliar las asociaciones y el codesarrollo entre los dos países. Cuanto más podamos hacer eso como especie, más posibilidades tendremos de triunfar juntos”.

Para su próxima misión lunar, cuyo lanzamiento está previsto para antes de finales de esta década, la India podría asociarse con Japón, otro participante de los Acuerdos Artemis. El rover LUPEX planeado por la pareja estudiaría directamente la naturaleza, abundancia y accesibilidad del hielo de agua en el polo sur de la luna y podría proporcionar datos vitales para futuras misiones tripuladas lanzadas allí como parte del programa Artemis de la NASA. “LUPEX requiere un aterrizaje más preciso con un módulo de aterrizaje mucho más grande. El éxito de Chandrayaan-3 actuará como un trampolín hacia la India para construir el módulo de aterrizaje LUPEX y así desempeñar un papel clave en la futura exploración de nuestra luna”, dice S. Megala, subdirector del programa de exploración y ciencia lunar de ISRO.

Sin embargo, primero el gobierno de la India debe aprobar formalmente la participación de la nación. (Japón ya ha dado luz verde a su propia contribución). Y mientras tanto, Japón lanzará otra misión lunar propia: el módulo de aterrizaje inteligente para investigar la Luna (SLIM) está programado para despegar el 26 de agosto, con el objetivo de de alunizaje a finales de este año para demostrar nuevas tecnologías para alunizajes precisos y asequibles en medio de terreno complejo.

jatan mehtaes un escritor independiente sobre exploración espacial publicado a nivel mundial y autor de Moon Monday, un boletín dedicado a cubrir los desarrollos de la exploración lunar en todo el mundo.

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