Mars Express atraviesa con éxito una complicada temporada de eclipses

Mars Express atraviesa con éxito una complicada temporada de eclipses

Por :Manuel J. Gómez

Ahorrando energia...

26 de septiembre de 2006
La nave Mars Express ha superado una temporada de eclipses extraordinariamente complicada. Lo ha conseguido gracias un modo especial de funcionamiento de consumo ultra-bajo, apodado 'Sumo', que consiste en una innovadora configuración del sistema, diseñada para ahorrar el máximo de energía y garantizar la supervivencia de la nave.

Ese modo de funcionamiento fue desarrollado, en estrecha colaboración, por los controladores de la misión del Centro de Operaciones Espaciales de la ESA (ESOC), los directores de investigación, los responsables de la misión y los constructores.

En las últimas semanas, la Mars Express se enfrentó a una temporada de eclipses muy problemática que comenzó a finales de agosto y acabó a finales de septiembre. Los eclipses están causados por los movimientos naturales de la Tierra, Marte y la propia Mars Express, alrededor del Sol. A lo largo de ese periodo, la nave permaneció hasta 75 minutos escondida del Sol, durante cada una de las órbitas de 6 horas alrededor del Planeta Rojo. Durante estos apagones los paneles solares no podían generar energía y la nave funcionaba sólo con las baterías.

Ante los eclipses, está previsto que tres baterías de litio, recargadas previamente por las placas solares, aporten energía a los sistemas científicos y de vuelo de la Mars Express. Las baterías pueden proporcionar energía más que suficiente si han sido recargadas completamente.

Sin embargo, poco después del lanzamiento de la misión, el 2 de junio de 2003, se detectó una anomalía en el sistema que limitaba la cantidad de electricidad que podía ser distribuida a la nave, incluyendo las baterías, tras ser producida por los paneles solares. Los controladores de la misión se dieron cuenta de que, como consecuencia, las baterías no podrían recargarse completamente después de cada periodo de oscuridad y que la nave podría perder, finalmente, toda su energía.

Científicos, ingenieros y constructores resuelven problemas potencialmente críticos
La Mars Express ha pasado ya por varias temporadas de eclipses, pero esta última ha coincidido con el hecho de que la nave estaba pasando por su afelio, que es la posición de la órbita en la que se encuentra más alejada del Sol. Como resultado, la energía producida por los paneles solares bajó en un 20%.

'Esta situación era potencialmente crítica y llegamos a la conclusión que teníamos que encontrar una solución que no estaba en el manual', explica Michel Denis, el responsable de las operaciones con naves espaciales del ESOC, en Darmstadt, Alemania.

Denis explica que se llegó a la solución mediante el diseño de una configuración, o modo de funcionamiento para el Mars Express, en la que todos los aparatos, excepto los más esenciales, eran apagados o encendidos. Además, para captar el máximo posible de energía solar, la nave no estaba orientada hacia la Tierra durante la mayoría del tiempo, lo que limitaba la comunicación con los controladores a sesiones muy cortas.

Puesto que este modo de funcionamiento no estaba previsto cuando la Mars Express fue construida, los controladores de la misión del ESOC y los técnicos especialistas tuvieron que volver a estudiar los manuales de la misión y los documentos originales de los fabricantes para revisar completamente cómo estaban diseñados el hardware y el software de la nave, para averiguar como ahorrar hasta el último vatio de electricidad posible.

El constructor principal de la Mars Express, Astrium, en Toulouse, Francia, trabajó de forma cercana con la ESA, aportando información detallada sobre la nave y realizando un estudio paralelo para contrastar y verificar los hallazgos del equipo del ESOC. Los directores de investigación y los científicos también contribuyeron, verificando cómo y en qué circunstancias se podrían apagar y mantener a baja temperatura, los siete instrumentos de la nave, sin causar problemas.


La configuración 'Sumo' lucha contra el problema
Los controladores apodaron la buscada configuración de consumo ultra-bajo con la palabra 'Sumo', por 'modo de supervivencia', lo que subraya la seriedad del problema que se avecinaba.

La revisión de la ingeniería de la nave, que empezó en 2005, necesitó meses de planificación y previsión detallada. La revisión fue mucho mas compleja que simplemente sumar la potencia de los diferentes instrumentos para decidir cuales habría que apagar para ahorrar el máximo de energía.

Algunos componentes, por ejemplo, tienen un comportamiento más estable gracias al calor emitido por instrumentos cercanos. Si los ingenieros hubieran intentado ahorrar energía apagando algunos de los instrumentos que emitían calor, habría sido necesario encender calentadores para evitar que otros componentes se congelaran permanentemente, lo que hubiera requerido mas electricidad.

'Sumo fue diseñado desde cero y es el resultado de un cuidado cálculo del consumo total de energía que permitiría sobrevivir a la Mars Express', explica Denis.

La configuración Sumo incluyó el apagado de todos los instrumentos científicos y también de sistemas tales como los de comunicaciones, transmisor, manejo de datos, memoria (no necesaria si los instrumentos no estaban tomando datos), el motor de los paneles solares y varios calentadores y sistemas térmicos.

'Sumo fue también novedoso en que, además, ahorró combustible, lo que permitirá en el futuro una variedad de posibles maniobras para aumentar el rendimiento científico de la misión', añade Fred Jansen, responsable de la misión Mars Express.

Para mayo de 2006 los controladores de la misión consiguieron encontrar lo que, como después se ha comprobado, era la configuración correcta.


Una salida segura gracias al trabajo en equipo y la imaginación
Una serie de experimentos y comprobaciones, así como una revisión formal por parte de la ESA, permitieron concluir que Sumo reduciría el consumo eléctrico de 400 a alrededor de 300 vatios, una cantidad que se verificaría después en la práctica y que es lo suficientemente baja como para permitir que las baterías se recarguen completamente después de cada eclipse.

La Mars Express fue reconfigurada al modo Sumo el 23 de agosto de 2006, con equipos de ingenieros haciendo turnos diurnos y nocturnos, en la sala de control de la misión. La órbita de la nave hizo que empezara a pasar por periodos de oscuridad el 29 de agosto y el punto álgido de la temporada de eclipses fue alcanzado el 9 de septiembre, cuando los apagones llegaron a ser de 75 minutos.

La larga temporada de eclipses acabó el 17 de septiembre, habiéndola atravesado la Mars Express, gracias al trabajo en equipo y a ciertas innovaciones en el sistema, con todos los sistemas en orden.

Hay otros beneficios. 'Hemos aprendido mucho sobre cómo gestionar los recursos energéticos del Mars Express y las lecciones aprendidas podrán ser aplicadas no sólo durante el resto de la misión, sino también en otras misiones', explica Denis, añadiendo que 'ahora estamos mucho mejor preparados para futuros eclipses'.

Para obtener más información:

Michel Denis, ESA Mars Express Spacecraft Operations Manager
Email: [email protected]

Fred Jansen, ESA Mars Express Mission Manager
Email: [email protected]