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Resumen de la misión
La misión Cassini servirá para responder a preguntas fundamentales sobre la evolución de los planetas a través de un amplio estudio de Saturno, su famoso sistema de anillos, su magnetosfera, de Titán y otras lunas heladas. El sistema de Saturno representa un laboratorio sin igual en donde los científicos pueden buscar respuestas a muchas de las preguntas fundamentales sobre la física, química y evolución de los planetas, así como las condiciones en las que tuvo lugar el nacimiento de la vida. Saturno puede contener una buena parte de la nube de gases primordiales no atrapados por el Sol. Con 31 lunas conocidas y un sistema de anillos que apenas podría caber entre la Tierra y la Luna, Saturno puede considerarse el equivalente a un sistema solar en miniatura. Se piensa que su mayor satélite natural, Titán, puede poseer compuestos orgánicos, los cuales podrían ser importantes para la química que dio lugar a la vida en la Tierra. Aunque es muy fría para poder albergar la vida, Titán puede ser un congelador que nos muestre cómo la Tierra podría haber sido en el pasado. Cassini será el primer orbitador en torno a Saturno y llevará a cabo un extenso tour de cuatro años de este mundo anillado. Seis meses después de su llegada al planeta, Cassini eyectará su sonda Huygens, la cual descenderá a través de la espesa atmósfera de Titán. Este vehículo podría impactar en lo que parece ser un océano líquido de metano.
El viaje de Cassini hacia Saturno comenzó el 15 de octubre
de 1997, cuando un cohete Titán IVB/Centaur la lanzó
desde la Estación de la Fuerza Aerea de Cabo Cañaveral
(Florida). La etapa superior del lanzador aceleró la sonda
fuera de la órbita terrestre hacia Venus, para llevar a cabo
la primera de las cuatro asistencias gravitacionales diseñadas
para impulsar el vehículo hacia Saturno. En un encuentro
de este tipo, la sonda vuela cerca del planeta para ser acelerado
por su gravedad, creando un “efecto honda” que hace
incrementar la velocidad de la nave. Sobrevuelos a Venus, la Tierra y Júpiter
Cassini llevó a cabo un plan de vuelo de baja actividad durante el cual sólo se realizaron las actividades de navegación e ingeniería imprescindibles, como maniobras de chequeo o corrección de trayectoria. Los instrumentos científicos fueron desconectados permanentemente, salvo en el transcurso de unas pocas actividades de mantenimiento. Éstas incluían sólo un chequeo de todo su instrumental científico cuando la sonda se hallaba cerca de la Tierra, así como la calibración del magnetómetro. Las comprobaciones sobre el estado de la sonda Huygens se llevaron a cabo cada seis meses, mientras que las observaciones científicas se realizaron cuando el vehículo se aproximó a Venus, la Tierra y Júpiter. El sobrevuelo de Júpiter significó una buena oportunidad para las sondas Cassini y Galileo de cara a estudiar varios aspectos de este planeta y su medio circundante desde octubre de 2000 hasta marzo de 2001, es decir, antes, durante y después de la máxima aproximación a Júpiter, el 30 de diciembre de 2000. Las observaciones científicas contaron con la ventaja de disponer de dos sondas espaciales en las cercanías del planeta al mismo tiempo. Algunos de los objetivos llevados a cabo conjuntamente por la Cassini y la Galileo incluyeron el estudio de la magnetosfera y los efectos del viento solar en ésta, así como la obtención de datos sobre las auroras en Júpiter. Durante este sobrevuelo, la mayor parte de los instrumentos del orbitador Cassini fueron conectados, calibrados y trabajaron recogiendo información. Este estudio conjunto sirvió como buena práctica para comprobar el funcionamiento del instrumental de la sonda tres años antes de su llegada a Saturno.
Llegada a Saturno Después de un viaje de casi siete años y más de 3500 millones de kilómetros recorridos, la sonda Cassini llegará a Saturno el día 1 de julio de 2004. La fase más crítica de la misión –además del lanzamiento– es la inserción orbital del vehículo en torno al planeta. Cuando el vehículo alcance el planeta, la sonda pondrá en marcha su motor principal durante 96 minutos a las 04:36 T.U., con la finalidad de reducir su velocidad y permitir que la gravedad de Saturno la capture como un satélite del planeta. Atravesando el hueco entre los anillos F y G, Cassini se aproximará al planeta para iniciar así la primera de sus 76 órbitas que completará durante su misión principal de cuatro años.
Los responsables de la misión se han basado en la información sobre la densidad y localización del material entre los anillos para diseñar la trayectoria más apropiada y segura para la Cassini. La sonda se dispondrá orientada de tal forma que emplee su antena de alta ganancia como escudo para proporcionar la máxima protección contra cualquier pequeña partícula presente en esa región concreta de los anillos. Esta geometría de llegada proporciona además una oportunidad única para observar los anillos de Saturno y el propio planeta y constituye el máximo acercamiento que la sonda realizará durante su misión. La sonda Huygens viaja junto a la Cassini hacia Saturno. Anclada a ésta y alimentada eléctricamente por un cable umbilical, Huygens ha permanecido durante el viaje de siete años en modo inactivo, sólo puesta en marcha cada seis meses para realizar chequeos de tres horas de duración de su instrumental y de sus sistemas ingenieriles.
Huygens porta dos transmisores de microondas en la banda S y dos antenas, las cuales enviarán simultáneamente la información recogida hacia el orbitador Cassini. Una de ellas emitirá con un retraso de seis segundos respecto a la otra, para evitar cualquier pérdida de información si tuviesen lugar problemas con las comunicaciones.
Los paracaídas que transporta Huygens frenarán más la sonda, de tal modo que ésta pueda llevar a cabo un amplio programa de observaciones científicas al tiempo que desciende hacia la superficie de Titán. Cuando la velocidad de la sonda haya descendido hasta los 1400 Km/h, se desprenderá su cubierta mediante un paracaídas piloto. Acto seguido se desplegará otro paracaídas de 8.3 metros de diámetro que frenará aún más el vehículo, permitiendo la eyección del decelerador y del escudo térmico. Durante la primera parte del descenso, el trabajo de los instrumentos situados a bordo de la sonda Huygens será dirigido por un sistema temporizador, pero en los últimos 10 a 20 Km, será un altímetro radar quien medirá la altura a la que se encuentra el vehículo y controlará el instrumental científico. Durante el descenso, el instrumento de estructura atmosférica de Huygens medirá las propiedades físicas de la atmósfera. El cromatógrafo de gases y el espectrómetro de masas determinarán la composición química de la atmósfera en función de la altitud. El colector de aerosoles y el pirolizador capturarán partículas de aerosol –las finas partículas líquidas o sólidas suspendidas en la atmósfera–, las calentará y enviará el vapor resultante al espectrómetro y el cromatógrafo para su análisis. El sistema de imagen de descenso y el radiómetro espectral trabajarán en la toma de imágenes de formaciones nubosas y de la superficie de Titán, determinando además la visibilidad en la atmósfera de este mundo. Según se vaya aproximando a la superficie, el instrumento encenderá un sistema de iluminación brillante que para medir la reflectividad superficial. Paralelamente a ello, la señal emitida por la sonda Huygens será recogida por el experimento Doppler de la Cassini, con lo cual se podrán determinar los vientos, ráfagas y turbulencias de la atmósfera. Cuando la sonda sea empujada por el viento, la frecuencia de su señal de radio variará ligeramente –en lo que se conoce como efecto Doppler, similar a la variación de la frecuencia del silbido de un tren que percibimos cuando éste pasa por delante de nosotros. Estos cambios en la frecuencia se emplearán para deducir la velocidad del viento que ha experimentado la sonda.
Los sistemas de ciencia superficial de la Huygens harán impacto contra la superficie de Titán a unos 25 Km/h. La duda más importante al respecto es si el aterrizaje tendrá lugar en una superficie sólida o líquida. Si tuviese lugar en un líquido, los instrumentos de la sonda espacial medirían sus propiedades mientras ésta flota durante pocos minutos. Si el aterrizaje fuese sobre etano líquido, no sería posible retornar datos durante mucho tiempo, debido a la baja temperatura de dicha sustancia (cerca de –180°C), que impediría el funcionamiento de las baterías de la sonda. Además, si el etano entra en el compartimento con el instrumental científicos de la sonda, la radio tendría problemas para emitir su señal y posiblemente no funcionaría. Asumiendo que la Huygens continúe enviando datos a la sonda Cassini desde la superficie de Titán, sólo sería capaz de hacerlo durante un máximo de 30 minutos, pues este es el tiempo para el cual se considera que la batería del vehículo dejaría de funcionar y además el orbitador Cassini desaparecería pronto sobre el horizonte visible desde Huygens. Tras la llegada y la inserción orbital, Cassini comenzará un viaje de al menos 76 órbitas por el sistema de Saturno, las cuales incluyen 52 encuentros cercanos con siete de los 31 satélites de este planeta. Las órbitas de Cassini en torno a Saturno serán ajustadas mediante asistencias gravitacionales con la luna Titán. Los sobrevuelos cercanos a este cuerpo permitirán una cartografía detallada con el sistema de radar de alta resolución, el cual es capaz de ver el terreno a través de la cobertera opaca de neblina de esta luna para producir mapas topográficos precisos de su superficie. El tamaño de estas órbitas y su orientación relativa a Saturno y el Sol, así como su inclinación con respecto al ecuador de Saturno están definidos por varios requisitos científicos, que incluyen: la obtención de imágenes de radar de la superficie de Titán, los sobrevuelos de determinadas lunas de Saturno, las ocultaciones por los anillos del planeta y el cruce del plano de los anillos por la Cassini.
[Lista de los sobrevuelos más importantes que realizará la sonda Cassini] Titán será el objeto más investigado por Cassini. La sonda llevará a cabo 45 sobrevuelos a esta luna, a una distancia máxima de 950 Km sobre su superficie. Titán es la única luna de Saturno suficientemente grande para emplear su gravedad y modificar significativamente la órbita de la sonda. La navegación precisa y la elección de la trayectoria adecuada para los sobrevuelos de Titán serán los factores empleados para definir el tour orbital, del mismo modo que la misión Galileo realizó sus encuentros con los satélites galileanos de Júpiter para llevar a cabo su tour por el sistema joviano. La misión principal de la sonda Cassini finaliza el 30 de junio de 2008, cuatro años después de su llegada a Saturno y 33 días después de su último sobrevuelo a Titán, el cual tiene lugar el 28 de mayo de 2008. Este sobrevuelo está diseñado para posicionar a la sonda de cara a un nuevo acercamiento a dicho satélite el 31 de julio de 2008, ofreciendo la oportunidad de proceder con más sobrevuelos durante la misión extendida, si es que los recursos disponibles la permiten. No hay ningún factor en la misión principal que impida una misión extendida. Las comunicaciones con la sonda Cassini se realizarán empleando las grandes antenas de la Red de Estaciones para el Seguimiento en el Espacio Profundo. La sonda transmitirá y recibirá señal mediante su antena parabólica, empleando la banda X de microondas. La antena de alta ganancia será empleada además para los experimentos de radio y radar y también para recibir señales desde la Huygens. Debido a que los instrumentos científicos de la Cassini se encuentran fijos y la sonda debe ser girada para apuntar éstos hacia sus objetivos, el vehículo será reorientado frecuentemente, par lo cual hará uso de unos mecanismos llamados “ruedas de reacción” o de los propios motores pequeños situados a bordo. Consecuentemente, la mayor parte de las observaciones científicas se llevarán a cabo sin el empleo de comunicaciones en tiempo real hacia la Tierra. Los datos serán almacenados en dos sistemas grabadores de estado sólido, cada uno de 2 gigabits de capacidad. Cada uno de los instrumentos de la sonda Cassini funciona gracias a un microprocesador capaz de controlar el instrumento en cuestión y de almacenar o borrar los datos tomados. Los controladores en tierra trabajarán con la sonda mediante la combinación de algunas órdenes para administrar el nivel de recursos del sistema, así como con otras que serán ejecutadas directamente por los microprocesadores de cada instrumento científico individual. El calendario de actividad puede variar en diferentes ocasiones, de tal modo que los datos serán transmitidos a la Tierra o almacenados en los sistemas de grabación de estado sólido para su posterior envío. Los periodos de tiempo en los que la antena de la sonda apuntará hacia la Tierra durante el tour orbital han sido cuidadosamente definidos y diseñados por los responsables de la misión. Los controladores de la misión, equipos de ingenieros y de científicos monitorizarán la telemetría de la sonda y buscarán señales de cualquier anomalía en tiempo real. El equipo de operaciones de los sistemas de vuelo obtendrá los datos ingeniriles necesarios para determinar la salud, seguridad y funcionamiento de la sonda, procesando la telemetría para determinar y predecir la trayectoria del vehículo. La información será recibida habitualmente por la Red de Estaciones para el Seguimiento en el Espacio Profundo, realizándose el seguimiento diariamente, salvo en los casos en los que se emitan por radio aquellos datos tomados por el instrumental científico. Objetivos
científicos de la misión
Cassini tiene la misión de estudiar el planeta Saturno, así como entorno físico, sus anillos y lunas, haciendo especial énfasis en Titán. La sonda transporta un instrumental científico que ha sido elegido cuidadosamente por los científicos, de manera que éste pueda ser de utilidad para responder a las preguntas científicas más importante del sistema de Saturno. Los datos que éstos retornen serán analizados por un equipo de cerca de 260 investigadores de Europa y los EEUU. A continuación se muestra una lista más específica de los objetivos científicos de la misión Cassini y Huygens:
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Determinar el conjunto de temperaturas, las propiedades de las nubes
y la composición de la atmósfera de Saturno.
Determinar
la cantidad relativa de compuestos atmosféricos diferentes,
los escenarios más aproximados para la formación y
evolución de Titán y de su atmósfera.
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Determinar la configuración del campo magnético de
Saturno, el cual es prácticamente simétrico con el
eje rotacional del planeta. Estudiar también su relación
con la modulación de la radiación kilométrica
de Saturno, una emisión de radio que se cree que está
ligada al modo en el que los electrones del viento solar interactúan
con el campo magnético en los polos del planeta.
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Estudiar la configuración de los anillos y los procesos dinámicos
responsables de la estructura de los mismos.
Lunas heladas -
Determinar las características generales y la historia geológica
de los satélites de Saturno.
Acontecimientos más importantes de los cuatro años de misión principal de la sonda Cassini:
1.- Inserción orbital y eyección de la sonda de descenso (1 de julio 2004 a 15 de febrero de 2005). Esta es la primera parte del viaje de la Cassini en torno a Saturno, que comprende tres órbitas en torno al planeta. Los acontecimientos más destacados de esta fase son la inserción orbital y la eyección de la sonda de descenso hacia Titán (enero de 2005). Estos eventos determinarán el éxito de la misión Cassini-Huygens y sus resultados servirán para planificar con detalle el futuro de la exploración de Saturno y Titán.
2.- Secuencia de ocultación (15 de febrero a 9 de julio de 2005). Comprende el intervalo de tiempo entre las órbitas 3 y 14 de Cassini en torno al planeta Saturno. Los anillos de Saturno oscilan en un periodo de tiempo de 15 años, ciclo durante el cual es posible estudiarlos desde la Tierra cuando éstos se hallan inclinados o "abiertos". Según transcurre el tiempo dentro de este periodo, el sistema de anillos se va disponiendo de tal modo que en determinados momentos se muestran de perfil -"cerrados"- para los observadores terrestres. Cuando la Cassini comience a realizar su recorrido en torno al planeta Saturno, verá los anillos inclinados o "abiertos", configuración que permitirá a la sonda observar como la Tierra o el Sol son ocultados por los mismos. Estos fenómenos, las ocultaciónes, ofrecen información muy útil que permite a los científicos obtener datos acerca de la estructura y evolución del sistema de anillos.
Consistirá en ir rotando la órbita de la sonda espacial con respecto a los observadores situados en Tierra. Este intervalo de tiempo abarcará las órbitas 14 a 26 y permitirá a los científicos obtener información muy valiosa sobre la magnetosfera de Saturno, especialmente sobre la magnetocola, región del campo magnético de Saturno situada opuesta a la dirección del Sol.
Los responsables de la misión harán maniobrar la sonda espacial de tal modo que la orientación del vehículo se modifique en unos 180° con respecto al Sol. Para realizar este proceso se necesitarán efectuar 22 órbitas en torno a Saturno (órbitas 26 a 47), realizando sobrevuelos a Titán. Esta transferencia permitirá a los científicos realizar estudios del planeta Saturno desde diferentes perspectivas.
5.- Estudio de los satélites helados (30 de junio a 31 de agosto de 2007). Inmediatamente después de haber realizado la secuencia de transferencia de 180° empleando a Titán, la sonda Cassini realizará sobrevuelos muy cercanos a varios de los satélites helados de Saturno (Encélado, Hiperión, Dione, Rhea y Japeto) para estudiar sus características con detalle. Este periodo de tiempo abarcará las órbitas 47 a 49.
El estudio de Saturno desde una perspectiva de un ángulo de alta inclinación es de gran interés científico. La observación de las regiones polares ofrece una buena oportunidad para estudiar los anillos del planeta y su magnetosfera. La secuencia de alta inclinación también permitirá llevar a cabo ocultaciones solares, estelares y en radio -vistas desde la Tierra- de Saturno, su sistema de anillos y Titán, estudios que permitirán a los investigadores comprender la naturaleza de los estos cuerpos y su entorno. Estos estudios abarcan el periodo de tiempo comprendido entre la órbita 49 y el final de la misión principal (órbita 74). La decisión con respecto a proseguir con una misión extendida se realizará en base al estado de la sonda espacial, el combustible disponible en la misma y otros factores.
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La
masa de la sonda Cassini es tan grande que no fue posible emplear
un vehículo de lanzamiento que la dirigiese directamente
a Saturno. Para alcanzar este planeta fueron necesarias cuatro asistencias
gravitacionales; de esta forma, Cassini empleó una trayectoria
interplanetaria que la llevaría a Venus en dos ocasiones,
posteriormente hacia la Tierra y después hacia Júpiter.
Después de sobrevolar Venus en dos ocasiones a una altitud
de 284 Km, el 26 de abril de 1998 y a 600 Km, el 24 de junio de
1999, el vehículo se aproximó a la Tierra, acercándose
a 1171 Km de su superficie el 18 de agosto de 1999. Gracias a estas
tres asistencias gravitacionales, Cassini adquirió el momento
suficiente para dirigirse al Sistema Solar externo. La cuarta y
última asistencia se llevaría a cabo en Júpiter,
el 30 de diciembre de 2000, sobrevolándolo a una distancia
de 9.723.890 Km, e impulsándose hacia Saturno.
Unos 20 días antes de alcanzar la atmósfera alta de
Titán, Huygens será eyectada por Cassini. Esto ocurrirá
el 24 de diciembre de 2004. Tras cortar su cable umbilical y abrir
sus anclajes, Huygens se separará de su nave madre y volará
en solitario hacia Titán, con una trayectoria balística,
girando a 7 revoluciones por minuto para estabilizarse. Varios temporizadores
automáticos conectarán los sistemas de la sonda espacial
antes de que ésta alcance la atmósfera superior de
Titán.
Dos
días después de la eyección de la sonda, Cassini
realizará una maniobra de desviación, de manera que
ésta pueda seguir a la Huygens cuando penetre en la atmósfera
de Titán. Esta maniobra servirá también para
establecer la geometría requerida entre el orbitador con
Huygens, así como las comunicaciones de radio durante el
descenso.
Titán
Los anillos
