LADEE debe responder a un misterio que tiene más de cuarenta años. Los astronautas del Apolo observaron en varias ocasiones como el borde de la Luna se iluminaba justo antes de aparecer el Sol, como si una tenue atmósfera rodease a nuestro satélite. Pero la ‘atmósfera’ de la Luna es tan exigua que en teoría este fenómeno debería ser imposible. ¿Es el polvo lunar en suspensión el causante de esta anomalía o en realidad se trata de átomos de sodio, tal y como sugieren los datos de la sonda japonesa Kaguya? Ahora, y gracias a LADEE, podremos saber la respuesta. Este ha sido el primer lanzamiento de un cohete Minotaur V.
El anómalo brillo del limbo lunar visto por la sonda Clementine (NASA).
Fenómenos de la exosfera lunar que debe estudiar LADEE (NASA).
LADEE
LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) -pronunciado ladi, noleidi- es una sonda de bajo coste para el estudio de la Luna. Ha sido desarrollada, diseñada y construida por el Centro Ames de la NASA usando la plataforma modular MCSB (Modular Common Spacecraft Bus) y su objetivo es estudiar la exosfera lunar. El Centro Marshall de la NASA se encarga de la gestión del proyecto, que forma parte del programa Lunar Quest (al igual que la sonda LRO). Tiene una masa de solamente 383 kg, incluyendo 134,8 kg de helio y combustible y 49,6 kg de instrumentos. Posee un cuerpo octogonal con unas dimensiones de 2,37 x 1,85 x 1,85 metros y posee 30 células solares que suministran un total de 295 W de potencia eléctrica. El sistema de propulsión consiste en el motor principal HiPAT (High Performance Apogee Thruster) o R-4D-15 de 455 newtons de empuje y cuatro motores para orientar la nave de 22 newtons. Los motores de maniobra están situados en la parte trasera de la sonda para que su escape no contamine a los instrumentos. El sistema de propulsión ha sido construido por Space Systems/Loral y usa hidrazina y MON-3 (una mezcla de óxidos de nitrógeno).
Módulos de la sonda (NASA).
LADEE tiene cuatro instrumentos principales (ninguno de ellos es una cámara):
- LDEX (Lunar Dust Experiment): pretende medir la cantidad de regolito lunar (polvo) en suspensión que existe alrededor de la Luna. Se supone que los granos de polvo son ionizados por la radiación ultravioleta del Sol y gracias a su carga eléctrica levitan sobre la superficie lunar. LDEX medirá los impactos de los granos de polvo lunar contra la nave siempre que tengan un diámetro superior a 0,1 micrómetros. Este instrumento es similar al CAPS de la sonda Cassini y a otros usados en las sondas HEOS 2 y Galileo. Por motivos obvios, debe estar situado en la parte frontal con respecto a la dirección de avance en la órbita lunar, requisito que condiciona la posición de la nave en todo momento.
- NMS (Neutral Mass Spectrometer): buscará elementos y moléculas tales como helio, argón, metano, azufre, magnesio, monóxido de carbono, calcio, hidrógeno y aniones hidróxidos en la exosfera lunar para comprender mejor la actividad reciente de nuestro satélite y su interacción con el viento solar. Averiguará si el sodio es el culpable del brillo del limbo lunar. Es capaz de detectar moléculas de entre 2 y 150 masas atómicas.
- UVS (Ultraviolet and Visible Spectrometer): se encargará de ver directamente el regolito lunar en suspensión que forma la exosfera lunar. Para ello observará el Sol y el limbo lunar en 230-810 nm. Este instrumento ya voló en la misión LCROSS.
- LLCD (Lunar Laser Communications Demonstration): instrumento experimental de comunicación por láser desde la órbita lunar capaz de transmitir 622 megabits por segundo diseñado por el MIT. Es el primer experimento de este tipo en una nave espacial de la NASA. El telescopio OGS de la ESA situado en el Observatorio del Teide (Tenerife) será una de las tres estaciones terrestres encargadas de recibir los datos de LLCD. El láser tiene una potencia de 0,5 W y está acoplado a un pequeño telescopio de 10 centímetros de diámetro.
Instrumentos de la sonda (NASA).
Funcionamiento del experimento LDEX (NASA).
Ejemplos de sesiones de observación en cada órbita según los instrumentos (NASA).
Estaciones terrestres para el experimento de comunicaciones por láser LLCD (NASA).
La ventana de lanzamiento se abrió el día 6 de septiembre y terminará el día 10. Tras el lanzamiento LADEE alcanzará una órbita terrestre altamente elíptica de 200 x 278000 kilómetros y una inclinación de 37,65º. Esta órbita no alcanzará la Luna, pero por poco. La sonda realizará varios encendidos de su motor para aumentar el apogeo de la órbita hasta que éste alcance la órbita de la Luna. En total permanecerá técnicamente 23,5 días en órbita terrestre, aunque el apogeo de estas órbitas pondrá la sonda a una distancia enorme de nuestro planeta. Tanto que tardará 6,3 días en dar una vuelta la primera órbita, 8 días para la segunda y 10,4 días para la tercera. Este sistema permite ahorrar combustible con respecto a una trayectoria directa convencional de un solo encendido. Durante estas tres órbitas se comprobará el correcto funcionamiento de todos los instrumentos y finalmente la sonda pondrá rumbo a la Luna. La trayectoria hacia nuestro satélite tendrá una duración de 5,25 días. Durante este tiempo la sonda estará orientada perpendicularmente con respecto al plano de la eclíptica, rotando alrededor de su eje.
Órbitas intermedias antes de alcanzar la Luna (NASA).
LADEE se insertará en una órbita lunar elíptica con un periodo de 24 horas no antes del día 6 de octubre. El encendido de frenado (LOI-1) retrógrado tendrá una duración de 197 segundos, reduciendo la velocidad de la nave unos 267 m/s. Tres días después alcanzará una órbita circular de 250 kilómetros de altura gracias a dos encendidos adicionales (LOI-2 y LOI-3). Durante cuarenta días -sesenta en caso de problemas- se calibrarán todos los instrumentos desde una órbita de 200 x 300 kilómetros, pero la altura de la órbita variará entre 20 y 60 kilómetros por culpa del irregular campo gravitatorio lunar (los famosos MASCONS). Luego comenzará la misión científica propiamente dicha desde una órbita circular ecuatorial de 20-150 kilómetros de altura con una inclinación de 157º. Para poder estudiar la exosfera lunar la sonda necesita mantenerse en una órbita ecuatorial muy baja y poder observar así las ‘salidas’ y ‘puestas’ del Sol en el limbo lunar. Serán necesarias correcciones de la órbita cada tres o cinco días debido a la díscola gravedad lunar. La fase científica tendrá una duración de cien días (tres días lunares). Terminada su misión, la sonda permanecerá en órbita unos seis meses antes de impactar contra la superficie lunar.
El programa LADEE ha costado unos 280 millones de dólares, incluyendo el lanzador (unos 67 millones). LADEE es la séptima sonda que envían los Estados Unidos a la Luna desde el fin del programa Apolo. Actualmente existen tres sondas en activo alrededor de la Luna: la LRO y las dos ARTEMIS P1 y P2 (antes THEMIS), todas ellas de la NASA.
Minotaur V
El Minotaur V es un cohete de cinco etapas construido por Orbital Sciences capaz de situar 678 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El Minotaur V es un Minotaur IV+ con una quinta etapa para misiones a la órbita geoestacionaria o planetarias. Por su parte, el Minotaur IV+ es en realidad un misil intercontinental (ICBM) LGM-118 Peacekeeper dotado de una etapa adicional para alcanzar la órbita. El Peacekeeper, de tres etapas, fue el ICBM más avanzado de los EEUU hasta su retirada en 2005, de acuerdo con los tratados START-II de desarme nuclear con Rusia. Voló por primera vez en 1983 y entró en servicio en 1986. Tenía capacidad para transportar 10 MIRV Mk. 21, cada uno con una cabeza termonuclear W87 de 475 kilotones. Se construyeron un total de 114 unidades, de las cuales 51 fueron lanzadas (con dos fallos).
La primera etapa TU-903 o SR-118 tiene unas dimensiones de 2,33 x 8,48 metros, una masa de 48960 kg y un empuje de 2204,5 kN. Funciona durante 58 segundos y ha sido fabricada por ATK Launch Systems Group (antes Thiokol). La segunda etapa (SR-119) funciona durante un minuto, está construida por Aerojet y tiene un motor con un empuje de 1223 kN. La tercera etapa, una creación de Alliant Techsystems (antes Hercules Aerospace), se denomina SR-120, desarrolla 289 kN y funciona durante 77 segundos. La cuarta etapa puede ser una Orion-38 o una Star-48BV, como ha sido este lanzamiento. La Star-48BV está fabricada por ATK, tiene un empuje de 93,07 kN y unas dimensiones de 1,24 x 2,03 metros. La quinta etapa es una Star-37FM y funcionará durante 64,5 segundos para situar a LADEE en una trayectoria translunar. La etapa Star 37FM gira a 60 revoluciones por minuto antes y durante el encendido para estabilizar el vehículo. Tras la ignición reduce su giro usando el tradicional sistema consistente en soltar dos contrapesos conectados al extremo de sendos cables (‘sistema yo-yo’).
El cohete en la rampa (NASA).
La cofia con la sonda (NASA).
Centro de control del lanzamiento (NASA).
Vídeo sobre la misión:
Vídeo simulación del lanzamiento: