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Mar 24, 2023

ESA

El primer instrumento que mide directamente la gravedad en la superficie de un asteroide ha sido probado en el Laboratorio de Sistemas Mecánicos de la ESA.

El gravímetro GRASS aterrizará en la superficie del asteroide Dimorphos a bordo del Juventas CubeSat, que a su vez se desplegará desde la misión Hera de la ESA para la defensa planetaria, y está diseñado para medir un nivel de gravedad esperado de menos de una millonésima parte del de la Tierra.

El Gravímetro para Objetos Pequeños del Sistema Solar, GRASS, ha sido desarrollado por el Real Observatorio de Bélgica (ROB) con la empresa española EMXYS.

Para demostrar que estaba listo para la integración con Juventas CubeSat de Hera, GRASS fue sometido a condiciones extremas de temperatura y vacío espacial dentro de una cámara de vacío térmico, y luego se sometió a una agitación sostenida para imitar la violencia del lanzamiento de un cohete.

"Puede que sea pequeño, pero GRASS está repleto de piezas mecánicas y electrónicas complejas", explica José Carrasco, que supervisa los instrumentos en EMXYS. Estamos muy contentos con su resistencia durante la campaña de prueba. Ahora haremos un seguimiento con una prueba de integridad completa para asegurarnos de que no haya sufrido daños durante la prueba, después de lo cual se pasará a la empresa GomSpace en Luxemburgo para su integración a bordo. Juventas".

El instrumento en forma de L, del tamaño de dos teléfonos inteligentes pegados, está diseñado para medir minúsculos niveles de gravedad porque el asteroide Dimorphos en el que aterrizará es el objeto planetario más pequeño jamás visitado por una nave espacial. Con alrededor de 160 m de diámetro, tiene aproximadamente el mismo tamaño que la Gran Pirámide de Giza en Egipto.

Dimorphos se hizo famoso el año pasado cuando fue impactado por la nave espacial DART de la NASA, enviando columnas de escombros a miles de kilómetros a través del espacio y cambiando perceptiblemente su órbita alrededor del asteroide Didymos más grande.

"La misión Hera de la ESA es la contribución de Europa a un experimento internacional de defensa planetaria", explica la ingeniera de sistemas Hera Hannah Goldberg. "Después del impacto de DART, Hera recopilará datos de primer plano sobre el asteroide Dimorphos para convertir este experimento de impacto cinético en un método bien entendido y, en principio, repetible de defensa planetaria. Las mediciones de gravedad superficial de GRASS ayudarán a los investigadores a conocer la masa precisa del asteroide, junto con experimentos científicos de radio realizados por la nave espacial principal Hera".

El diseño del gravímetro de GRASS incluye dos conjuntos de hojas delgadas que están ancladas dentro de las cunas, las cuales giran continuamente. El más mínimo movimiento de cada hoja cambia el voltaje general de la hoja y sus paredes circundantes. Esta técnica de medición basada en la capacitancia le da al gravímetro una sensibilidad equivalente a un solo micrómetro, o una milésima de milímetro.

Özgür Karatekin de ROB agrega: "Obviamente, el rendimiento del gravímetro en el mundo real no se puede demostrar directamente aquí en la Tierra, pero nuestras pruebas de laboratorio junto con simulaciones numéricas mostraron que hemos logrado una sensibilidad suficientemente alta para detectar una gravedad tan baja".

El equipo de GRASS también tuvo que diseñar un instrumento lo suficientemente pequeño como para caber en el CubeSat de Juventas, del tamaño de una caja de zapatos, junto con el instrumento de radar principal de Juventas. En el evento, su diseño final es de solo 330 gramos de masa y requiere solo medio vatio de potencia.

José Carrasco señala: "El Observatorio Real de Bélgica contribuyó con el diseño mecánico, incluidas las dos palas, las cunas y los motores giratorios, mientras que EMXYS tuvo que armar una electrónica lo suficientemente compacta para operar el instrumento, incluido el uso abundante de piezas comerciales listas para usar".

GRASS se encenderá a medida que Juventas caiga gradualmente a la superficie de Dimorphos luego de la conclusión de su campaña de imágenes de radar del subsuelo. El gravímetro registrará el impacto en el asteroide, cualquier rebote posterior y luego cualquier cambio en la gravedad de la superficie a lo largo del tiempo, debido a la influencia de su asteroide padre Didymos.

Özgür Karatekin explica: "Tenemos que suponer que Juventas podría aterrizar en cualquier ángulo en Dimorphos, por lo que potencialmente sus paneles solares no podrán generar más energía. En cambio, GRASS funcionará con la batería interna de Juventas hasta por 20 horas.

"Además, debido a que los dos gravímetros del instrumento están colocados en ángulo recto entre sí y continúan girando, el instrumento puede construir el vector de gravedad 3D y monitorear sus variaciones desde cualquier posición de aterrizaje".

Una vez integrado en Juventas, GRASS se probará posteriormente como parte del nanosatélite general.

Con sede en el centro técnico ESTEC de la ESA en los Países Bajos, el Laboratorio de Sistemas Mecánicos está equipado para realizar pruebas ambientales de instrumentos, subsistemas o naves espaciales pequeñas completas. Es uno de un conjunto de alrededor de 35 laboratorios ESTEC, encargados de investigar todos los aspectos del entorno espacial.

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