Akatsuki (sonda espacial)

Akatsuki Datos generales

Organización	JAXA
Programa	PLANETA
Campo	Estudio de la atmósfera de Venus
Tipo de misión	Orbitador
Estado	Orbitando a venus
Otros nombres	Venus Climate Orbiter, Planeta C
Lanzamiento	20 de mayo de 2010desde la base de lanzamiento de Tanegashima
Lanzacohetes	H-IIA 202
Inserción en órbita	7 de diciembre de 2015
Identificador de COSPAR	2010-020D
Sitio	JAXA

Características técnicas

Misa en el lanzamiento	320 kg (sin propelentes)
Fuente de energía	Paneles solares
Energia electrica	500 W (en la órbita de Venus)

Instrumentos principales

IR1	Cámara infrarroja
IR2	Cámara infrarroja
LIR	Cámara infrarroja
LAGO	Cámara infrarroja
UVI	Cámara ultravioleta
USO	Ocultación de radio

Akatsuki (japonesa あかつき,暁, " amanecer "), también llamado Planeta -C y Venus Climate Orbiter (" Orbiter[para el estudio de] elclimadeVenus ") es unasonda espacialdeJAXA, lajaponesaagencia espacial , tipoorbitadorcuyo objetivo esestudiarelclimadelplanetaVenus. Selanzaen 20 de mayo de 2010por un cohete H-IIA Tipo 202 del Centro Espacial Tanegashima . La7 de diciembre de 2010, su maniobra de inserción en órbita alrededor de Venus falla debido a un fallo de su propulsión . La sonda continúa desde su trayectoria en una órbita heliocéntrica . Aunque la sonda está privada de su propulsión principal, la sonda espacial pasa el7 de diciembre de 2015para ponerse en órbita alrededor de Venus. Sin embargo, la órbita de la sonda espacial es mucho más alta que la objetivo, lo que no permitirá que Akatsuki cumpla con todos sus objetivos científicos.

Metas

La sonda orbitará a Venus y estudiará la dinámica de la atmósfera del planeta y la superrotación de la atmósfera superior. El objetivo central es comprender la evolución del clima de Venus mediante el estudio de todos los movimientos que ocurren dentro de la atmósfera venusiana. Además, la sonda debe medir temperaturas atmosféricas, buscar signos de actividad volcánica y detectar posibles rayos y truenos.

Para cumplir su misión, la sonda debe circular en una órbita muy elíptica de 80.000 × 300  km con una inclinación de 172 ° y un período de revolución de 30 horas. Se espera que la misión dure al menos dos años: la vida útil del satélite depende principalmente de la de las baterías.

Características de la sonda

Akatsuki, que pesa 500  kg con combustible a bordo (320  kg en seco), tiene forma de paralelepípedo (1,04 metros × 1,45 metros × 1,4 metros). Dos paneles solares , que proporcionan un total de 500 vatios en la órbita de Venus al final de la misión, se colocan al final de los ejes ubicados a cada lado del cuerpo de la sonda y se pueden orientar con cierto grado de libertad. La sonda se estabiliza 3 ejes gracias a 6 ruedas de reacción y 12 pequeños monoergol motores de cohetes ( SCRs ) quema de hidrazina , 8 de los cuales tienen un empuje de 23 newtons y 4 un empuje de 3 N. La sonda espacial utiliza una planta de energía. Inercia , acelerómetros y sensores estelares y solares para controlar su orientación. Para correcciones de rumbo y maniobras a su llegada cerca de Venus, la sonda tiene un motor cohete OME (Orbital Maneuvering Engine) de 500 newtons de empuje que consume una mezcla de propulsores hipergólicos de hidracina y peróxido de nitrógeno . Las telecomunicaciones están en banda X (transmisor de 20 vatios) y utilizan una antena fija de gran ganancia de 1,6 metros de diámetro, dos antenas de media ganancia y dos antenas de baja ganancia.

Los instrumentos de a bordo, que pesan 35  kg , incluyen 4 cámaras de infrarrojos y una cámara que funciona en ultravioleta . Gracias a una elección precisa de las longitudes de onda a las que son sensibles los sensores, cada cámara permite estudiar un estrato particular de la atmósfera:

• Cámara de infrarrojos de 1 μm (IR1) destinada a estudiar nubes bajas, vapor y vulcanismo activo. El instrumento con una masa de 6,7  kg (incluidos 3,9  kg de componentes electrónicos compartidos con IR2) tiene un sensor CCD de tipo Si-CSD / CCD con una definición de 1024 × 1024 píxeles y un campo óptico de 12 °. Las longitudes de onda observadas son 1,01 μm (observaciones nocturnas de la superficie y las nubes), 0,97 μm (observación nocturna del vapor), 0,90 μm (observación nocturna de la superficie y las nubes), 0,90 μm (observación diurna de las nubes);
• Cámara de infrarrojos de 2μm (IR2) destinada a estudiar nubes bajas, rastros de gas y luz zodiacal . El instrumento con una masa de 18  kg (incluyendo 3,9  kg de la electrónica compartidos con IR1 y un sistema de refrigeración) tiene una PtSi-CSD / tipo CCD sensor CCD con una resolución de 1.024 x 1.024 píxeles y un campo óptico de 12 °. Las longitudes de onda observadas son 1,75 μm (observaciones de nubes nocturnas y distribución del tamaño de partículas), 2,26 μm (observación de nubes nocturnas y distribución del tamaño de partículas), 2,32 μm (observación nocturna de monóxido de carbono), 2,02 μm (observación diurna de la capa superior de nubes), 1,65 μm (observación de la luz zodiacal);
• Cámara de infrarrojos de longitud de onda larga (LIR) diseñada para estudiar la distribución de temperatura en la parte superior de las nubes. El instrumento con una masa de 3,3  kg utiliza un bolómetro no refrigerado con una resolución de 320 x 540 píxeles para observar la longitud de onda de 10 μm con un campo óptico de 12 °;
• el generador de imágenes ultravioleta (UVI) debe proporcionar la distribución de dióxido de azufre y otros compuestos detectables en las longitudes de onda de 283 y 365  nm . El instrumento con una masa de 4,1  kg tiene un sensor CCD tipo Si-CCD con una resolución de 1.024 x 1.024 píxeles y un campo óptico de 12 °;
• El instrumento Lightning and Airglow Camera (LAC) debe permitir detectar los destellos visibles en la atmósfera inferior para resaltar los fenómenos de luminiscencia atmosférica (luz emitida por el oxígeno en las capas superiores de la atmósfera) y confirmar la existencia de rayos. . El equipo con una masa de 2,3  kg realiza observaciones en las longitudes de onda 777,4 nm (destellos y descargas de luz nocturna), 480-650 nm (noche: oxígeno molecular), 557,7 nm (noche: luminiscencia de oxígeno) y 545 nm (para calibración);
• El equipo utilizado para un experimento de ocultación de radio , el oscilador ultraestable, USO, proporcionará la distribución vertical de temperatura y presión por debajo de 90  km .

El costo de desarrollo de Akatsuki se estima en 25 mil millones de yenes o 230 millones de euros .

Realización de la misión

El fracaso de la primera órbita alrededor de Venus (mayo-diciembre de 2010)

Akatsuki es el 7 º de la nave espacial japonesa. Se lanza en20 de mayo de 2010por el cohete H-IIA del Centro Espacial Tanegashima . Inicialmente, la sonda fue diseñada para ser lanzada por un cohete MV , pero fue retirada del servicio en 2006. Con una capacidad mayor que el lanzador al que reemplaza, el cohete H-IIA también lleva la vela solar experimental . IKAROS (315  kg ) el cual seguirá de forma prácticamente pasiva (la vela genera un empuje muy débil) aproximadamente la misma trayectoria hacia Venus. También lleva cuatro pequeños satélites desarrollados por universidades japonesas (UNITEC-1, Waseda-sat2, KSAT y Negai) como parte de un programa de la agencia espacial japonesa para promover las actividades espaciales. Se realiza una primera maniobra para corregir la trayectoria de la sonda ( delta-v de 12  m / s ) con el motor cohete OME encendido28 de junio de 2010seguido de un segundo en noviembre. La7 de diciembre de 2010, la sonda usa su propulsión para ponerse en órbita alrededor de Venus pero la maniobra falla. Los datos del sensor indican que la presión en el tanque comenzó a caer por debajo de su valor nominal tan pronto como se encendió el motor. El empuje del motor se redujo gradualmente hasta que perturbó la orientación de la sonda después de 2 minutos y 23 segundos, lo que resultó en la parada voluntaria de la propulsión. La duración de la fase propulsora programada fue de 12 minutos. Funcionarios de la agencia japonesa plantean la hipótesis de que el sistema que mantiene la presión en los tanques, que se basa en la inyección de helio almacenado a alta presión, no ha funcionado. El origen de la anomalía se debe sin duda al mal funcionamiento de una válvula que suministra el oxidante. Debido a una relación incorrecta de la mezcla de combustible / oxidante, la boquilla revestida de cerámica experimentó temperaturas más altas de lo esperado durante el arranque del motor y sin duda resultó dañada.

Intento de rescate de la misión (diciembre de 2010-2015)

La inserción en órbita alrededor de Venus no se pudo llevar a cabo, Akatsuki ahora se coloca en una órbita heliocéntrica (alrededor del Sol). En esta trayectoria, la sonda debería volar nuevamente sobre el planeta Venus endiciembre de 2015. Los encargados de la misión esperan poder hacer un nuevo intento durante uno de estos pasajes. Enseptiembre 2011, los ingenieros japoneses operan repetidamente el OME de propulsión principal durante unos segundos para completar su diagnóstico y evaluar si se puede utilizar en 2015. El resultado es negativo: la aceleración obtenida es nueve veces menor de lo esperado y el empuje es de 40 Newtons en lugar de 500 N. Los ingenieros creen que es probable que el motor continúe degradándose. Se tomó la decisión de no utilizar más el propulsor principal sino de utilizar pequeños motores cohete ( RCS ) de 23 y 4 N de empuje para controlar la orientación de la sonda. Como estos, a diferencia de OME, son monoergoles (solo queman hidracina), prácticamente todo el peróxido de nitrógeno se drena en octubre, lo que ayuda a aligerar la sonda y aumentar la eficiencia de propulsión (la reducción de masa permite acelerar la sonda con menor cantidad de combustible). Se realizan tres maniobras de corrección de rumbo ennoviembre 2011utilizando motores RCS mientras la sonda se encuentra en el perihelio de su órbita alrededor del Sol. El objetivo es colocar la sonda en una trayectoria optimizada para su próxima cita con Venus. Si la segunda fecha es científicamente preferible, porque permite obtener una órbita más acorde con las expectativas de los científicos (más cercana al ecuador), los riesgos asociados a la extensión de la duración de la misión (el final de la misión estaba inicialmente previsto para finales de 2012) llevó al equipo de la misión a preferir realizar un intento ya en 2015. Hasta entonces, la sonda estaba sometida a condiciones térmicas más severas que aquellas para las que fue diseñada con muchos pasajes más cerca del Sol.

Los objetivos revisados ​​de la misión científica

El segundo intento de inserción en órbita de Akatsuki está programado para 7 de diciembre de 2015. Sin suficientes propulsores , la sonda espacial no podrá situarse en la órbita de 79.000 x 300  km (periodicidad de 30 horas) prevista que permitía sincronizar los pasos de la sonda espacial con las rachas de viento que periódicamente ascienden. en las capas superiores del planeta. La nueva órbita alcanzará un máximo de aproximadamente 300.000 a 400.000  km y se completará en 8 a 9 días. Dada esta configuración, se han definido nuevos objetivos relativamente cercanos a los objetivos iniciales:

• cuando Akatsuki se encuentra en el área de su órbita más alejada del planeta (más de diez veces el diámetro de Venus), sus instrumentos deben observar las siguientes características de todo el globo: las nubes, las capas profundas de la atmósfera y las condiciones de la superficie;
• Cuando la sonda espacial se acerca a Venus y se encuentra dentro de los 10 diámetros del planeta, los instrumentos deben realizar observaciones más localizadas para estudiar la convección de las nubes, la distribución de los movimientos de las olas y los cambios que las afectan;
• cuando Akatsuki está más cerca de Venus, la sonda espacial debe estudiar la estructura de las capas de nubes y la atmósfera bajo incidencia inclinada;
• cuando la sonda espacial está en el cono de sombra del Sol, sus instrumentos deben estudiar los rayos y la luz del cielo nocturno  ;
• Akatsuki también debe determinar la estructura en capas de la atmósfera y sus cambios mediante la emisión de ondas de radio que atravesarán la atmósfera de Venus y serán recibidas por las estaciones de la Tierra.

Inserción en órbita y avance de la misión científica (diciembre de 2015-)

La 7 de diciembre de 2015, Akatsuki logra ponerse en órbita alrededor de Venus. La órbita de la sonda espacial es de 444.000 x 400  km con un período de 13 días y 14 horas y una inclinación de 3̟ °. El apogeo de la órbita debe reducirse a menos de 400.000  km y elevar la inclinación para evitar periodos prolongados de eclipses solares porque la batería permite una autonomía de tan solo 90 minutos.

Resultados científicos

En 2016, un equipo de la Universidad de Rikkyo publicó un artículo en la revista Nature anunciando la detección de ondas de gravedad en la atmósfera de Venus. Estas estructuras de nubes se identificaron a partir de imágenes tomadas por la sonda endiciembre de 2015.

Notas y referencias

1. (en) "  Akatsuki  " en el Catálogo de misiones de la NASA (consultado el 14 de julio de 2012 )
2. (en) "  Venus Climate Orbiter" AKATSUKI "Press Kit  " , JAXA,2010
3. "  La sonda Akatsuki no se lanza a la órbita de Venus  " , en Electronic Bulletins ,11 de diciembre de 2010
4. "  Japón lanzó su sonda venusiana  " , en Electronic Bulletins ,21 de mayo de 2010
5. (in) "  Resultado de la maniobra de control de órbita del Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI'  ' en JAXA ,6 de junio de 2010
6. (en) "  Resultado de Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI' Venus Observation Orbit Injection (VOI-1)  " en JAXA ,8 de diciembre de 2010
7. (en) "El  suministro de combustible puede haber frustrado a Akatsuki  " en Yomiuri Shimbun ,11 de diciembre de 2010
8. (in) "  Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI': topics  " en JAXA (consultado el 15 de julio de 2012 )
9. (in) "  Estado actual de AKASTUKI y funcionamiento futuro  " en JAXA ,31 de enero de 2012
10. (in) "  Una nueva misión para Akatsuki y actualizaciones de estado para Hayabusa 2 y Chang'e  " , en The Planetary Society ,10 de febrero de 2015
11. Emily Lakdawalla, "  La nueva órbita de Akatsuki, las primeras imágenes y los planes científicos  " , en JAXA ,10 de diciembre de 2015
12. (in) Tetsuya Fukuhara Masahiko Futaguchi , George L. Hashimoto y Takeshi Horinouchi , "  Gran onda de gravedad estacionaria en la atmósfera de Venus  " , Nature Geoscience , vol.  publicación avanzada en línea,16 de enero de 2017( ISSN  1752-0908 , DOI  10.1038 / ngeo2873 , leído en línea , consultado el 22 de enero de 2017 )

Ver también

Bibliografía

• (en) Paolo Ulivi y David M. Harland , Exploración robótica del sistema solar: Parte 4: la era moderna 2004-2013 , Springer Praxis,2014, 567  p. ( ISBN  978-1-4614-4811-2 )

Artículos relacionados

• Atmósfera de Venus
• Venus Express

enlaces externos

• ( fr ) Presentación de la sonda y su misión. [PDF]
• (fr) Artículo en el sitio web de vigilancia tecnológica del Ministerio de Asuntos Exteriores francés
• (en) Página dedicada a la misión científica de la sonda en el sitio web de JAXA
• (es) sitio especial de JAXA dedicado a la sonda
• (en) Presentación de la investigación durante el congreso de VEXAG en noviembre de 2005 ( [PDF] 2,7 MB)