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Articulo de referencia

OKEANOS

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OKEANOS ( Oversize Kite-craft for Exploration and Astronautics in the Outer Solar system ) fue un concepto de misión propuesto para asteroides troyanos , que comparten la órbita de Júpiter, utilizando una vela solar híbrida para la propulsión; se planeó que la vela estuviera cubierta con paneles solares delgados para alimentar un motor iónico . El análisis in situ de las muestras recolectadas se habría realizado mediante contacto directo o utilizando un módulo de aterrizaje con un espectrómetro de masas de alta resolución. Se estaba estudiando la opción de traer las muestras de regreso a la Tierra . [ 4 ]

OKEANOS fue finalista para la segunda clase de misiones grandes del Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas de Japón (ISAS), que se lanzará en 2026, [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ] y posiblemente traerá muestras de asteroides troyanos a la Tierra en la década de 2050. [ 6 ] [ 7 ] La misión ganadora fue LiteBIRD .

Descripción general

La misión OKEANOS fue un concepto propuesto por primera vez en 2010 para volar junto con el Orbitador Magnetosférico de Júpiter (JMO) como parte de la cancelada Misión al Sistema de Júpiter Europa – Laplace . [ 8 ]

En su formulación más reciente, la misión OKEANOS y LiteBIRD fueron las dos finalistas de la categoría de Grandes Misiones de Japón, otorgada por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología . LiteBIRD, un telescopio de astronomía de fondo de microondas cósmico , fue seleccionado. [ 9 ]

Analizar la composición de los troyanos de Júpiter podría ayudar a los científicos a comprender cómo se formó el Sistema Solar . También ayudaría a determinar cuál de las hipótesis de formación en competencia es correcta: [ 10 ] planetesimales remanentes durante la formación de Júpiter, o fósiles de los bloques de construcción de Júpiter, o objetos transneptunianos capturados por migración planetaria. La última propuesta incluía un módulo de aterrizaje para realizar análisis in situ . [ 11 ] [ 12 ] Había varias opciones para esta misión, y la más ambiciosa proponía recuperar y enviar muestras a la Tierra para investigaciones exhaustivas. [ 13 ] Si se hubiera seleccionado en abril de 2019 para su desarrollo, la nave espacial se habría lanzado en 2026, [ 2 ] y podría haber ofrecido cierta sinergia con la nave espacial Lucy que sobrevolará múltiples troyanos de Júpiter en 2027. [ 14 ]

Astronave

Se proyectó que la nave espacial tendría una masa de aproximadamente 1285 kg (2833 lb), incluyendo un posible módulo de aterrizaje [ 3 ] , y que estaría equipada con motores iónicos eléctricos solares [ 5 ] . La vela de 1600 m² tendría una doble función: propulsión solar y panel solar para la generación de energía. Si se hubiera incluido un módulo de aterrizaje, su masa no habría superado los 100 kg. El módulo de aterrizaje habría recolectado y analizado muestras del asteroide. Un concepto más complejo propuesto contemplaba que el módulo de aterrizaje despegara de nuevo, se reuniera con la nave nodriza y transfiriera las muestras para su transporte a la Tierra.   

Vela solar y paneles solares

La singular vela propuesta era un híbrido que habría proporcionado tanto propulsión fotónica como energía eléctrica. JAXA se refería al sistema como una Vela de Energía Solar. [ 3 ] [ 15 ] La vela habría estado hecha de una película de poliimida de 10 μm de espesor que medía 40 × 40 metros (1600 m 2 ), [ 2 ] cubierta con 30 000 paneles solares de 25 μm de espesor, capaces de generar hasta 5  kW a la distancia de Júpiter , 5,2 Unidades Astronómicas del Sol . [ 6 ] [ 7 ] [ 10 ] La nave espacial principal habría estado ubicada en el centro de la vela, equipada con un motor iónico solar-eléctrico para maniobras y propulsión, especialmente para un posible viaje de retorno de muestras a la Tierra. [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]

La nave espacial habría utilizado tecnología de vela solar desarrollada inicialmente para la exitosa IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun), lanzada en 2010, cuya vela solar tenía un tamaño de 14 m × 14 m. [ 6 ] [ 15 ] Al igual que con la IKAROS, el ángulo solar de la vela se habría modificado controlando dinámicamente la reflectividad de las pantallas de cristal líquido (LCD) en el borde exterior de la vela, de modo que la presión de la luz solar produjera un par de torsión para cambiar su orientación. [ 16 ]

Motor iónico

El motor iónico previsto para la misión se llamaba μ10 HIsp. Se planeó que tuviera un impulso específico de 10 000 segundos, una potencia de 2,5  kW y una magnitud de empuje máxima de 27  mN para cada uno de los cuatro motores. [ 17 ] [ 18 ] El sistema de motor eléctrico habría sido una versión mejorada del motor de la misión Hayabusa , utilizado para maniobras y, especialmente, para un viaje opcional de retorno de muestras a la Tierra. [ 15 ] [ 18 ] Un estudio indicó la necesidad de 191  kg de propulsor de xenón si se hubiera decidido traer una muestra de vuelta a la Tierra. [ 18 ]

Aterrizaje

El concepto de la misión consideró varios escenarios, objetivos y arquitecturas. El escenario más ambicioso contemplaba un análisis in situ y el retorno de muestras mediante un módulo de aterrizaje. Este concepto de módulo de aterrizaje fue una colaboración entre el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la JAXA de Japón , que comenzó en 2014. [ 3 ] La nave espacial habría desplegado un  módulo de aterrizaje de 100 kg [ 4 ] [ 1 ] en la superficie de un  asteroide troyano de 20-30 km para analizar sus componentes volátiles subsuperficiales, como el hielo de agua, utilizando un taladro neumático de 1 metro alimentado por gas nitrógeno a presión. Algunas muestras subsuperficiales se habrían transferido al espectrómetro de masas a bordo para el análisis de volátiles. [ 4 ] La masa de la carga útil científica del módulo de aterrizaje, incluido el sistema de muestreo, no habría superado los 20  kg. El módulo de aterrizaje se habría alimentado con baterías y estaba previsto que realizara un descenso, aterrizaje, muestreo y análisis autónomos. [ 3 ] Algunas muestras se calentarían hasta 1000  °C para pirólisis para análisis isotópico. La carga útil conceptual para el módulo de aterrizaje habría incluido una cámara panorámica (visible e infrarroja), un microscopio infrarrojo, un espectrómetro Raman , un magnetómetro y un radiómetro térmico. [ 20 ] El módulo de aterrizaje habría funcionado durante aproximadamente 20 horas utilizando energía de batería. [ 1 ]

Si se hubiera realizado una recuperación de muestras, el módulo de aterrizaje habría despegado, se habría encontrado con la nave nodriza que se encontraba flotando en el espacio (a 50 km) y habría entregado las muestras de superficie y subsuperficie  para su posterior envío a la Tierra dentro de una cápsula de reentrada. [ 5 ] [ 3 ] El módulo de aterrizaje habría sido desechado después de la transferencia de muestras.

Carga útil científica conceptual

En el módulo de aterrizaje
[ 1 ]
En la nave espacial
Sujeto a la vela
[ 2 ]

GAP-2 y EXZIT eran instrumentos para observaciones astronómicas y no estaban destinados al estudio de asteroides troyanos. Ambos habrían realizado sondeos oportunistas, aprovechando la trayectoria de la misión. GAP-2 habría permitido localizar la posición de los estallidos de rayos gamma con alta precisión al conectarse con observatorios terrestres. EXZIT, dado que la luz zodiacal se debilita significativamente más allá del cinturón de asteroides, habría permitido al telescopio observar el fondo infrarrojo cósmico . MGF-2 era un posible sucesor del instrumento MGF a bordo del satélite Arase , y ALADDIN-2 y GAP-2 eran posibles sucesores de los respectivos instrumentos a bordo de IKAROS .

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 CIENCIA Y EXPLORACIÓN EN LA MISIÓN SOLAR VELA OKEANOS A UN ASTEROIDE TROJANO JÚPITER T. Okada, T. Iwata, J. Matsumoto, T. Chujo, Y. Kebukawa, J. Aoki, Y. Kawai, S. Yokota, Y. Saito, K. Terada, M. Toyoda, M. Ito, H. Yabuta, H. Yurimoto, C. Okamoto, S. Matsuura, K. Tsumura, D. Yonetoku, T. Mihara, A. Matsuoka, R. Nomura, H. Yano, T. Hirai, R. Nakamura, S. Ulamec, R. Jaumann, J.-P. Bibring, N. Grand, C. Szopa, E. Palomba, J. Helbert, A. Herique, M. Grott, HU Auster, G. Klingelhoefer, T. Saiki, H. Kato, O. Mori, J. Kawaguchi; 49.a Conferencia sobre ciencia lunar y planetaria 2018 (LPI Contrib. No. 2083)
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 INVESTIGACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL DISCO DEL SISTEMA SOLAR DURANTE LA FASE DE CRUCERO DE LA MISIÓN DE VELA DE ENERGÍA SOLAR T. Iwata, T. Okada, S. Matsuura, K. Tsumura, H. Yano, T. Hirai, A. Matsuoka, R. Nomura, D. Yonetoku, T. Mihara, Y. Kebukawa, M. ito, M. Yoshikawa, J. Matsu-moto, T. Chujo y O. Mori; 49.a Conferencia sobre ciencia lunar y planetaria 2018 (LPI Contrib. No. 2083)
  3. 1 2 3 4 5 6 Exploración directa del asteroide troyano de Júpiter mediante vela de energía solar Archivado el 5 de agosto de 2020 en Wayback Machine Osamu Mori, Hideki Kato, et al. 2017
  4. 1 2 3 4 Escenario de muestreo para la misión de exploración del asteroide troyano Archivado el 31/12/2017 en Wayback Machine Jun Matsumoto, Jun Aoki, Yuske Oki, Hajime Yano; 2015
  5. 1 2 3 Diseño de trayectoria para la exploración de asteroides troyanos jovianos mediante vela solar Archivado el 31 de diciembre de 2017 en Wayback Machine Takanao Saiki, Osam Mori El Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas (ISAS), JAXA 2017
  6. 1 2 3 4 5 JAXA Navega hacia los asteroides troyanos de Júpiter Paul Gilster, Centauri Dreams 15 de marzo de 2017
  7. 1 2 3 Una enorme vela impulsará la misión de JAXA a los asteroides troyanos y de regreso. Shusuke Murai, The Japan Times, 21 de julio de 2016.
  8. ↑ Sasaki, Shio (2010). "Jupiter Magnetospheric Orbiter and Trojan Asteroid Explorer" (PDF) . COSPAR . Consultado el 26 de agosto de 2015 .
  9. ↑ Hoja de ruta 2017: conceptos fundamentales para la promoción de grandes proyectos de investigación científica (28 de julio de 2017)
  10. 1 2 La misión de vela solar a Júpiter Trojans Archivado el 31/12/2015 en Wayback Machine La 10.ª Conferencia Internacional de la IAA sobre Misiones Planetarias de Bajo Coste 19 de junio de 2013
  11. ^ Okada, Tatsuaki; Matsuoka, Ayako; Ulamec, Stephan; Helbert, Jorn; Herique, M. Alain; Palomba, Ernesto; Jaumann, Ralf; Grott, Matías; Mori, Osamu; Yonetoku, Daisuke (2018). "OKEANOS - Misión de aterrizaje y encuentro del asteroide troyano Júpiter utilizando la vela de energía solar" . 42ª Asamblea Científica COSPAR . 42 . Código Bib : 2018cosp...42E2497O .
  12. ↑ Mori, Osamu; Matsumoto, Jun; Chujo, Toshihiro; Kato, Hideki; Saiki, Takanao; Kawaguchi, Junichiro; Kawasaki, Shigeo; Okada, Tatsuaki; Iwata, Takahiro; Takao, Yuki (2018). "Diseño de sistema de nave de vela de energía solar para la exploración de asteroides troyanos de Júpiter" . Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan . 16 (4): 328– 333. Bibcode : 2018JSAST..16..328M . doi : 10.2322/tastj.16.328 . S2CID 115434656 . 
  13. ^ Okada, Tatsuaki; Kebukawa, Yoko; Aoki, junio; Matsumoto, junio; Yano, Hajime; Iwata, Takahiro; Mori, Osamu; Bibring, Jean-Pierre; Ulamec, Stephan; Jaumann, Ralf; Equipo científico de velas de energía solar (2018). "Exploración científica e instrumentación de la misión OKEANOS a un asteroide troyano de Júpiter utilizando la vela de energía solar" . Ciencias planetarias y espaciales . 161 : 99– 106. Bibcode : 2018P y SS..161...99O . doi : 10.1016/j.pss.2018.06.020 . S2CID 125367559 . 
  14. ↑ Estrategia de exploración de cuerpos pequeños de ISAS Archivada el 12 de diciembre de 2016 en Wayback Machine Laboratorio Lunar y Planetario Taller de la Universidad de Arizona-JAXA (2017)
  15. 1 2 3 IKAROS y la Vela de Energía Solar: Misiones de Naves Espaciales para la Exploración de Regiones Planetarias Exteriores Archivado el 26/01/2017 en Wayback Machine J. Kawaguchi (JAXA) 15 de junio de 2015
  16. ↑ Dispositivo de cristal líquido con microestructura reflectante para el control de actitud Toshihiro Chujo, Hirokazu Ishida, Osamu Mori y Junichiro Kawaguchi Aerospace Research Central doi : 10.2514/1.A34165
  17. ↑ Gama de motores de iones de descarga de microondas JAXA
  18. 1 2 3 Análisis de la misión de retorno de muestras de un asteroide troyano joviano mediante vela solar Jun Matsumoto, Ryu Funase, et al. Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan Vol. 12, No. ists29, pp. Pk_43-Pk_50, 2014
  19. ↑ Experimentos científicos en un asteroide troyano de Júpiter en la misión de vela solar (PDF). O. Mori, T. Okada1, et al. 47.ª Conferencia de Ciencias Lunares y Planetarias (2016).
  20. ↑ Sonda de asteroide troyano (en japonés) JAXA
  21. ↑ Telescopio EXZIT JAXA
  22. ↑ Subsuelo poco profundo del troyano de Júpiter: observaciones directas mediante radar a bordo de la misión OKEANOS. Alain Herique, Pierre Beck, Patrick Michel, Wlodek Kofman, Atsushi Kumamoto, Tatsuaki Okada, Dirk Plettemeier; EPSC Abstracts Vol. 12, EPSC2018-526, Congreso Europeo de Ciencias Planetarias 2018.
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