Blog

Jul 19, 2023

Japonés H

El vehículo de lanzamiento Mitsubishi Heavy Industries H-IIA, a medida que su carrera está finalizando a favor del H3, se está preparando para volar el módulo de aterrizaje lunar robótico Smart Lander for Investigating Moon (SLIM) y

El vehículo de lanzamiento Mitsubishi Heavy Industries H-IIA, a medida que su carrera está terminando en favor del H3, se está preparando para volar el módulo de aterrizaje lunar robótico Smart Lander for Investigating Moon (SLIM) y la misión de espectroscopía e imágenes de rayos X (XRISM). ) Telescopio de rayos X en su vuelo número 47. Después de este vuelo, el segundo de 2023 para el H-IIA, al H-IIA le quedarán tres vuelos antes de retirarse.

Estaba previsto que el vehículo H-IIA F47 se lanzara desde la plataforma de lanzamiento LA-Y1 en el Centro Espacial Tanegashima, Japón, el lunes 28 de agosto a las 00:26 UTC. Sin embargo, fue borrado debido al clima. La ventana de lanzamiento para esta misión dura hasta el 15 de septiembre.

Inmediatamente después del despegue, el H-IIA volará en una trayectoria hacia el este sobre el Pacífico. Los dos propulsores de cohetes sólidos del H-IIA se lanzarán cerca de la marca T+1:48, mientras que el núcleo y su motor LE-7A, que utiliza hidrógeno líquido y oxígeno líquido como propulsores, funcionarán hasta alrededor de T+6:35.

Después de la separación de etapas, la segunda etapa, equipada con un motor LE-5B y usando la misma combinación de propulsor que el LE-7A, ardería hasta aproximadamente 15 minutos después del lanzamiento. Las dos cargas útiles se separarán en algún momento después de que la etapa apague su motor.

El observatorio de rayos X XRISM se colocará en una órbita terrestre baja circular de 550 kilómetros con una inclinación de 31 grados con respecto al ecuador. El módulo de aterrizaje lunar SLIM también se colocará en la misma órbita, pero utilizará sus propios motores para llegar a la Luna.

XRISMO

La principal carga útil de este vuelo es el XRISM: el observatorio es una misión de reemplazo que comenzó en 2016 después de la falla del observatorio de rayos X Hitomi semanas después de alcanzar la órbita. Hitomi estaba en su fase de puesta en servicio, después de haber realizado algunas observaciones de prueba cuando información falsa de un sensor y problemas de software hicieron que la nave espacial girara en órbita y se rompiera.

Representación artística del observatorio de rayos X XRISM en órbita. (Crédito: JAXA)

El fracaso de Hitomi podría haber dejado a la comunidad científica sin un observatorio de rayos X en órbita durante un largo período de tiempo, desde principios de la década de 2020 hasta finales de la de 2030. JAXA inició el proyecto XRISM en junio de 2016, tres meses después del fracaso de Hitomi. En el proyecto colaboran la NASA, la ESA y las principales universidades de tres continentes.

La astronomía de rayos X sólo se ha practicado en los últimos sesenta años, ya que los rayos X procedentes del espacio profundo son atenuados por la atmósfera terrestre. La humanidad ha observado los cielos en luz visible con sus propios ojos durante milenios y con medios ópticos durante siglos. La llegada de los vuelos espaciales ha permitido observar estrellas, galaxias y el fondo del universo en longitudes de onda inaccesibles para los astrónomos antes de la década de 1960.

El espectro electromagnético. (Crédito: NASA)

El primer observatorio japonés de rayos X, Cygnus X-1, se inauguró en 1979, y Japón ha hecho volar con éxito varios telescopios de rayos X. XRISM se unirá a otros observatorios espaciales como el Observatorio de rayos X Chandra, XMM-Newton, NuSTAR e IXPE en órbita. Todas estas naves espaciales observan el universo en el espectro de rayos X, pero lo hacen de diferentes maneras que se complementan entre sí.

Los rayos X son generados por objetos como estrellas en explosión, agujeros negros, radiogalaxias, púlsares y otros fenómenos de alta energía. Los objetivos científicos de XRISM son estudiar cúmulos de galaxias, cómo evoluciona la estructura del Universo, cómo se propaga la materia a través del espacio interestelar, cómo se transporta la energía a través del Universo y cómo se comporta la materia bajo fuertes campos gravitacionales y magnéticos que no se pueden crear en la Tierra.

El instrumento Resolve, uno de los dos instrumentos científicos a bordo de XRISM. (Crédito: Larry Gilbert/NASA)

Para lograr estos objetivos, XRISM está equipado con dos instrumentos, ambos conectados a un conjunto de espejo de rayos X dedicado. El espectrómetro Resolve está diseñado para realizar mediciones muy detalladas de la temperatura y composición de un objeto que emite rayos X, y puede realizar mediciones Doppler detalladas para determinar cómo se mueven los objetos en el Universo.

Resolve necesita enfriarse a -273,1 grados Celsius, apenas por encima del cero absoluto, para realizar sus observaciones. Esto se hace con un Dewar lleno de helio superfluido. El instrumento observa rayos X "blandos", que tienen longitudes de onda más largas que los rayos X "duros" para los cuales están diseñadas naves espaciales como IXPE.

El generador de imágenes de rayos X Xtend, al igual que Resolve, está diseñado para observar rayos X suaves. Xtend tiene un campo de visión que puede capturar la Luna llena y puede obtener imágenes de objetos celestes más grandes. El instrumento es similar al que se usó con Hitomi.

XRISM Observatorio de rayos X sometido a pruebas de vibración. (Crédito: JAXA)

La nave espacial XRISM pesa 2.300 kilogramos y mide ocho metros de largo y tres metros de diámetro. Además, los dos paneles solares se extenderán nueve metros de punta a punta. Después de que la nave espacial alcance la órbita, habrá una fase de operación crítica donde se probará la capacidad de control de actitud de XRISM.

Una fase de puesta en servicio probará los subsistemas de la nave espacial y una fase de verificación del desempeño de siete meses evaluará los instrumentos científicos. Una vez terminado esto, comenzarán las observaciones científicas. Está previsto que la misión principal dure dos años y se evaluará una extensión de la misión.

Interpretación artística del módulo de aterrizaje lunar SLIM en la Luna. (Crédito: JAXA)

DELGADO

Tras el exitoso aterrizaje del Chandrayaan-3, Japón buscará unirse a los Estados Unidos, la Unión Soviética, China y la India en el club de naciones que han alunizado con éxito sondas en la Luna. El módulo de aterrizaje SLIM intentará tener éxito donde fracasaron los anteriores intentos de aterrizaje japoneses con las misiones Hakuto-R y OMOTENASHI.

SLIM es la carga útil secundaria en este vuelo. El proyecto es una consecuencia del módulo de aterrizaje SELENE-B propuesto a principios de siglo, y SLIM se propuso en 2012. La revisión crítica del diseño de la nave espacial se realizó en 2019, y su fecha de lanzamiento siguió avanzando junto con el vuelo de la carga útil XRISM.

El módulo de aterrizaje SLIM pesa alrededor de 700 kilogramos después de recibir combustible y está construido alrededor de un tanque de combustible cilíndrico de más de dos metros de largo que contiene propulsores hipergólicos. La nave espacial está equipada con dos motores principales con capacidad de 500 Newtons de empuje junto con 12 propulsores con capacidad de alrededor de 20 Newtons de empuje.

El módulo de aterrizaje lunar SLIM está siendo procesado antes de su vuelo. (Crédito: JAXA)

La nave espacial requiere una trayectoria lenta y de bajo consumo de combustible que llevaría a SLIM a la Luna en unos cuatro meses. Esto es similar al módulo de aterrizaje HAKUTO-R y a diferencia de módulos de aterrizaje más grandes como las naves espaciales Chang'e o Chandrayaan, que tardaron menos en llegar a la Luna.

Una vez que SLIM alcance la órbita lunar, pasará alrededor de un mes allí antes de su intento de aterrizaje. A diferencia de la misión Chandrayaan-3, SLIM no está dirigida a la región del polo sur. El lugar de aterrizaje está en Mare Nectaris, a 13,3 grados de latitud sur y 25,2 grados de longitud este, en las laderas del cráter Shioli.

Cuando se complete el proceso de desorbitación de SLIM, utilizará un sistema basado en tecnología de reconocimiento facial para navegar de forma autónoma hasta su lugar de aterrizaje. La nave espacial tiene un mapa a bordo con datos de observación del orbitador SELENE. Utilizando esos datos, comparará las características del terreno que ve y está equipado con un radar de aterrizaje, un telémetro láser y una cámara de navegación para proporcionar información crítica a la computadora integrada.

Uno de los principales objetivos de SLIM es demostrar un aterrizaje de precisión a menos de 100 metros de su objetivo. Esta capacidad, si se logra, permitiría que futuros módulos de aterrizaje lleguen a sitios que actualmente no pueden ser visitados por naves espaciales. Las capacidades actuales de aterrizaje lunar son del orden de al menos varios kilómetros como la elipse de aterrizaje.

El módulo de aterrizaje lunar SLIM pasa de vertical a horizontal a medida que aterriza. (Crédito: JAXA)

SLIM pasará a una posición horizontal justo antes del aterrizaje y utilizará cinco patas de aterrizaje fijas con amortiguadores de aluminio aplastables para aterrizar en la superficie lunar. Los paneles solares de película delgada montados en el lado opuesto a las patas de aterrizaje proporcionan energía, mientras que un sistema de comunicación de banda S conecta SLIM con la Tierra.

La nave espacial está equipada con una cámara espectral multibanda diseñada para medir la composición de las rocas que rodean el lugar de aterrizaje. Se espera que las mediciones mineralógicas puedan ayudar a los científicos a reconstruir cómo se formó la Luna.

Las sondas LEV-1 y LEV-2 que trabajarán en la superficie lunar tras la separación de SLIM. (Crédito: JAXA)

Una pequeña sonda conocida como Vehículo de Exploración Lunar-1 se separará de SLIM justo antes de aterrizar y tomar imágenes del sitio. SLIM también lleva el mini-rover SORA-Q con forma de bola, también conocido como Vehículo de Exploración Lunar-2, que fue diseñado por Tomy, el fabricante de juguetes japonés que inventó los juguetes transformadores.

Además, la NASA ha proporcionado un espejo reflector para permitir una medición precisa de la distancia entre la Tierra y el lugar de aterrizaje, similar a los que se encuentran a bordo de Chandrayaan-3 y las misiones Apolo.

Un objetivo ambicioso para SLIM es realizar operaciones hasta el atardecer lunar. La luz del día lunar en un lugar determinado dura alrededor de 14 días terrestres y, una vez que el sol se pone, la superficie lunar puede alcanzar una temperatura de -130 grados Celsius.

Lanzamiento del H-IIA F44. (Crédito: Servicios de lanzamiento de MHI)

Jubilación H-IIA

La familia H-II ha sido el vehículo de lanzamiento más potente de Japón durante casi 30 años. El primer vuelo del H-II fue en 1994, mientras que el H-IIA voló por primera vez en 2001 después de que el H-II fuera retirado tras un fallo en el lanzamiento en 1999.

El H-IIB voló por primera vez en 2009 para buques de carga HTV a la ISS y voló por última vez en 2020. En general, la familia H-II ha lanzado satélites meteorológicos y de comunicaciones, sondas lunares e interplanetarias y satélites de reconocimiento militar junto con otras cargas útiles.

El H-IIA es el único vehículo todavía activo en la familia de cohetes H-II, y el H3 lo reemplazará. Sin embargo, el primer vuelo del H3 en marzo de este año terminó en fracaso y la segunda etapa estuvo implicada en el fracaso. La segunda etapa del H3 es muy similar a la del H-IIA, por lo que los modos de falla comunes tuvieron que eliminarse antes de que el lanzamiento XRISM/SLIM pudiera volar.

Representación del cohete H3 en vuelo, con 2 propulsores SRB-3 en su configuración H3-24. (Crédito: Mack Crawford para NSF/L2)

Después de este vuelo, está previsto que el H-IIA vuele con el satélite de seguimiento de gases de efecto invernadero GOSAT-GW no antes de diciembre de 2023 y con las naves espaciales de reconocimiento militares japonesas IGS-Optical 8 e IGS-Radar 8 no antes de abril de 2024. Si todo va bien , el H-IIA terminaría su carrera con 49 lanzamientos exitosos en 50 intentos, siendo el único fracaso en 2003 debido a la pérdida de un sistema de separación SRB.

El H-IIA se une al Ariane 5 entre los principales vehículos de lanzamiento que se retirarán en 2023. JAXA está trabajando para que el H3 vuelva a volar y actualmente no se conoce el calendario para ello. Una vez que se resuelvan los problemas del H3, se convertirá en el principal lanzador de Japón para importantes misiones a la ISS, satélites meteorológicos, de comunicaciones y de observación civiles y militares, y futuros vuelos lunares e interplanetarios.

(Imagen principal: un H-IIA en la plataforma de lanzamiento LA-Y1 en Tanegashima antes del lanzamiento del Himawari-8. Crédito: JAXA)