Cassini es una sonda espacial de la NASA para las necesidades de la misión Cassini-Huygens , que tiene como objetivo estudiar el planeta Saturno , con sus satélites y sus anillos . Lanzado al espacio en15 de octubre de 1997desde Cabo Cañaveral por un cohete Titán IV- Centauro, comenzó su misión en el sistema de Saturno en1 er de julio de de 2004 y lo completé en 15 de septiembre de 2017sumergiéndose en la atmósfera de Saturno . La sonda fue construida por el Laboratorio de Propulsión a Chorro con contribuciones de la Agencia Espacial Europea , la Agencia Espacial Italiana (para la antena de comunicaciones por satélite) así como las de muchos laboratorios de investigación y universidades estadounidenses e internacionales para ellos. Lleva el pequeño módulo de aterrizaje Huygens que aterrizó en la superficie de Titán en 2004.
Cassini es en 2017 la sonda espacial más grande jamás lanzada, con un peso de despegue de 5.853 kilogramos, incluidos 3.627 kg de propulsores ( hidracina ), 362 kg de instrumentos y 350 kg para el módulo de aterrizaje Huygens . La sonda espacial se estabiliza a lo largo de tres ejes y la energía es suministrada por un generador termoeléctrico de radioisótopos que produce 885 vatios al inicio de la misión. La sonda espacial lleva el nombre del astrónomo Jean-Dominique Cassini (1625-1712), quien estudió en detalle los anillos de Saturno y descubrió algunas de las principales lunas del planeta gigante ( Japet , Rhea , Tethys y Dione ).
Cassini iba a ser la segunda nave de la serie Mariner Mark II . Fue diseñado en conjunto con el primero, Comet Rendez Vous / Asteroid Flyby (CRAF). Sin embargo, los recortes presupuestarios llevaron a simplificar su diseño, lo que dio lugar a un dispositivo más especializado, fuera de la serie Mariner Mark II , y menos rico en instrumentos de lo previsto en este programa.
Cassini-Huygens es una de las sondas interplanetarias más pesadas, grandes y complejas. Solo las dos sondas enviadas a Fobos por la Unión Soviética formaron un sistema más pesado. Solo la Cassini pesa 2.150 kilogramos vacía, a los que se suman los 350 kilogramos de Huygens y 3.132 kilogramos de combustible para la propulsión ( hidracina ). Cassini tiene 6,8 metros de altura y 4 metros de ancho (diámetro de la antena HGA). El polo del magnetómetro mide incluso 11 metros. Esta complejidad se hace necesaria tanto por su trayectoria hacia Saturno como por las numerosas observaciones previstas. La sonda tiene 1.630 circuitos interconectados, 22.000 conexiones y 14 kilómetros de cables.
En particular, dado que la distancia entre la Tierra y la sonda, una vez arribada a su destino, estaba entre 8.2 y 10.2 unidades astronómicas , las señales entre la sonda y su base demoraron de 68 a 84 minutos en llegar al destino, lo que hace real- Control de tiempo imposible, ya sea por operaciones normales o por imprevistos. Incluso respondiendo de inmediato, pasaron alrededor de tres horas desde el momento de un evento hasta el momento en que la base recibió la respuesta de la sonda a sus comandos.
La sonda Cassini está compuesta por 12 subsistemas:
Cassini lleva a bordo doce instrumentos científicos que representan una masa total de 362 kilogramos.
El espectrómetro en plasma Cassini, creado por el Southwest Research Institute (SRI), tiene como objetivo determinar la energía y la carga eléctrica de partículas como electrones y protones frente a la sonda. Este detector analiza las partículas de la vasta ionosfera de Saturno pero también estudia la configuración del campo magnético del planeta. También analiza el plasma en esta región, así como el viento solar en la magnetosfera de Saturno. El instrumento consta de tres sensores: un espectrómetro de electrones, un espectrómetro de haz de iones y un espectrómetro de masas de iones. El conjunto pesa 12,5 kilogramos y consume 14,5 vatios. Los datos se transfieren al sistema informático a una velocidad de 8 kbit / s .
El analizador de polvo cósmico , creado por el Instituto Max-Planck de Física Nuclear en Heidelberg , Alemania , es un dispositivo que determina el tamaño, la velocidad y la dirección del polvo que se encuentra cerca de Saturno. Parte de este polvo está orbitando el planeta, mientras que es posible que otros se originen en diferentes sistemas solares . Por lo tanto, el propósito del analizador de a bordo en Cassini es ayudar a desentrañar el misterio de estas partículas mediante la realización de su análisis químico. Permite conocer más sobre la naturaleza de lo que compone estos cuerpos celestes y al mismo tiempo sobre el origen del Universo . El instrumento es capaz de detectar polvo de un micrómetro e incluso un nanómetro en determinadas circunstancias. Este instrumento se puso en funcionamiento en 1999, mucho antes de que la sonda llegara a Saturno y comenzara a proporcionar información. En el entorno joviano, CDA detectó polvo moviéndose a 400 km / sa través del sistema solar. Estas partículas, procedentes de Júpiter , se emiten continuamente y se han detectado a más de 100 millones de kilómetros de Júpiter. El CDA pesa 16,36 kilogramos y consume 18,38 vatios. Transmite sus datos al sistema informático a una velocidad de 0,524 kbit / s .
El espectrómetro infrarrojo compuesto, creado en colaboración por el CEA , la Universidad de Oxford , la NASA , el Observatorio de París y el Queen Mary's College , analiza la luz infrarroja emitida por Saturno y su atmósfera pero también por sus anillos y sus satélites y estudia su composición y temperatura. Este instrumento también permite representar la atmósfera del planeta en tres dimensiones y trazar perfiles de temperatura y presión en función de la altitud, la composición del gas y la distribución de las nubes. Esta herramienta también mide las características térmicas y la composición de la superficie de satélites y anillos . También facilita la visualización de parte de la estructura interna de estos diferentes cuerpos celestes. El CIRS, como cualquier espectrómetro, descompone la radiación (infrarroja, en este caso) y mide la potencia de los diferentes componentes (colores) que componen esa radiación. Pesa 39,24 kilogramos y consume 32,89 vatios. Transfiere sus datos al sistema informático a una velocidad de 6 kbit / s .
El espectrómetro de partículas cargadas y neutras es un instrumento que analiza partículas cargadas como protones o iones pesados o partículas neutras como átomos alrededor de Saturno y Titán para aprender más sobre sus atmósferas. También detecta iones positivos y neutros de los anillos de Saturno y sus satélites. El instrumento es capaz de determinar la composición química de las partículas así detectadas. Pesa 9,25 kilogramos y consume 27,7 vatios. Su velocidad es de 1,5 kbit / s .
El sistema de cámara consta de dos cámaras. La primera es una cámara de gran angular ( Wide Angle Camera - WAC), con una distancia focal de 200 milímetros y una apertura de 3.5, destinada a vistas generales, mientras que la segunda, una cámara de larga focal ( Narrow Angle Camera - NAC) , que tiene una distancia focal de 2000 milímetros y una apertura de 10,5, permite primeros planos. Cada cámara está equipada con un sensor CCD de un megapíxel. Son capaces de grabar secuencias de vídeo y configurar filtros gracias a un mecanismo compuesto por dos ruedas para cada cámara, que sirven para insertar una serie de filtros. Por tanto, la cámara gran angular está provista de dos ruedas que soportan cada una 9 filtros (es decir, un total de 18), mientras que la cámara de larga distancia focal tiene dos ruedas cada una con 12 filtros (es decir, un total de 24). El instrumento pesa un total de 57,83 kilogramos y consume 59,9 vatios. Tiene una velocidad de 365,568 kbit / s .
MAG es un instrumento para la medición directa de la intensidad y dirección del campo magnético alrededor de Saturno. El campo magnético de Kronian se crea en el corazón de Saturno. La medición de este campo magnético es un medio de sondear este corazón muy caliente y muy denso, a pesar de la imposibilidad de enviar instrumentos de medición allí. El objetivo de MAG es producir un modelo tridimensional de la magnetosfera de Saturno, determinar las propiedades magnéticas de Titán y otros satélites helados y estudiar sus interacciones con el campo magnético de Saturno. El instrumento pesa 3 kilogramos, consume aproximadamente 3,10 vatios y transmite sus datos a una velocidad promedio de 3,60 kbit / s .
Este instrumento está diseñado para medir la composición, carga eléctrica y energía de iones y electrones, así como neutrones rápidos en la magnetosfera de Saturno. Este instrumento proporciona imágenes de los gases ionizados (plasmas) que rodean a Saturno y determina la carga y composición de los iones. Al igual que el RPWS, este instrumento tiene tres sensores: un sistema de medidas magnetosféricas de baja energía (LEMMS), que cuantifica la distribución angular de partículas ( iones , electrones , protones ), c 'es decir, el número de partículas procedentes de cada dirección, una carga -espectrómetro de masas de energía (CHEMS), que permite analizar la composición y carga de los iones, y una cámara de iones y partículas neutras ( cámara de iones y neutras - INCA), que se utiliza para obtener una visualización tridimensional de partículas ionizadas y neutras ( neutrones ) y sus velocidades. Este instrumento pesa 16 kilogramos y tiene un consumo de energía de 14 vatios. Transfiere datos a una velocidad de 7 kbit / s .
El radar Cassini , como cualquier radar, utiliza la reflexión de un rayo de microondas para determinar el relieve y la conductancia eléctrica del terreno observado, midiendo el tiempo de retorno del rayo inducido (relieve), así como su atenuación (conductancia). El radar de Cassini está destinado principalmente a la observación de Titán (con el fin de determinar la existencia de océanos en su superficie y, en este caso, su posición), pero también es útil para observar Saturno, sus anillos y sus otras lunas. El uso del radar es triple: un sensor de percepción sintético, utilizado para percibir el perfil del terreno estudiado, con una resolución de 0,35 a 1,7 kilómetros, un altímetro, con una precisión de 90 a 150 metros, y un radiómetro, con una precisión. de 7 a 310 kilómetros, lo que permite utilizar el sensor de radar como sensor de microondas pasivo. Los detalles dados se refieren a mediciones realizadas en la superficie de Titán. El radar opera en la banda Ku, a una frecuencia de 13,78 GHz . Este instrumento pesa 41,43 kilogramos y consume 108,4 vatios. Transfiere datos a una velocidad de 364,8 kbit / s .
El experimento RPWS es un instrumento de medición eléctrico y magnético. Está formado por tres grupos de sensores (antenas eléctricas, antenas magnéticas y sonda Langmuir ) a los que se pueden conectar cuatro receptores: un receptor de alta frecuencia ( High-Frequency Receiver - HFR), un receptor de banda ancha ( Wideband Receiver - WBR) , un receptor de frecuencia media (MFR) y un receptor de forma de onda de baja frecuencia (LFWR). El instrumento también incluye una Unidad de Procesamiento Digital (DPU) y un Convertidor de Energía . El experimento cubre el rango de frecuencia de 1 a 16 MHz . Los instrumentos de baja frecuencia (MFR, WBR y LFWR) se dedican principalmente al estudio de las oscilaciones del plasma local en el medio interplanetario y las magnetosferas planetarias por las que pasa Cassini . El receptor de alta frecuencia (HFR, fabricado en el Observatorio Meudon ) estudia las ondas de radio que se propagan libremente en el espacio (radiación de radio auroral, por ejemplo). La sonda Langmuir también mide la densidad y temperatura del medio ambiente. Los principales objetivos del experimento RPWS son el estudio del entorno magnetizado e ionizado de Saturno: estudio del campo magnético del planeta, medición de las condiciones locales in situ , medición remota de estas emisiones de radio, detección de relámpagos, tormentas eléctricas en Saturno (y posiblemente Atmósfera de Titán. El instrumento pesa 6,8 kilogramos, consume un promedio de 7 vatios y produce una tasa de datos promedio de 0,90 kbps .
Este instrumento es un transmisor de radio cuya frecuencia y potencia son muy estables. Siempre envía su señal hacia la Tierra, donde la pérdida de señal y los posibles cambios de frecuencia se miden con precisión. Esto proporciona información sobre los materiales por los que han pasado las ondas de radio, como las partículas de los anillos de Saturno o la atmósfera del planeta. Por tanto, este instrumento está compuesto por una parte que forma parte de la sonda y una parte ubicada en la Tierra. El instrumento pesa 14,38 kilogramos y tiene un consumo de energía de 80,7 vatios.
Este instrumento consta de un conjunto de cuatro telescopios capaces de percibir radiación ultravioleta . Fue fabricado por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado, en conjunto con el Instituto Max-Planck para la Investigación del Sistema Solar en Lindau , Alemania. Los rayos ultravioleta permiten ver gases que no se pueden percibir mediante espectrometría de luz visible, y este instrumento ya ha dado lugar al descubrimiento en el sistema de Saturno de cuerpos como el hidrógeno , el oxígeno , el agua , el acetileno y el etano . Puede ser particularmente fructífero mirar una estrella (especialmente el Sol) a través de un objeto no opaco, como la atmósfera de una luna, que ya ha permitido, por ejemplo, determinar con precisión la composición y estructura de la atmósfera. de Titán. Además, este instrumento detecta en los anillos de Saturno objetos diez veces más pequeños de lo que el sistema de cámaras es capaz de observar. Este instrumento pesa 14,46 kilogramos y tiene un consumo de energía de 11,83 vatios. Transmite sus datos a la computadora a una velocidad de 32.096 kbit / s .
Este instrumento está compuesto por dos cámaras espectrométricas. El primero descompone la luz visible y el segundo descompone la radiación infrarroja . Este instrumento puede detectar radiación de más de tres octavas y capturar el 99% del espectro de radiación solar reflejada. Captura radiación en 352 longitudes de onda diferentes, entre 0,35 y 5,1 micrómetros. Está diseñado para ayudar a determinar la composición, estructura y temperatura de los objetos estudiados. Ya ha determinado la presencia de un volcán de hielo en Titán y hielo fresco en Encelado . Además, se utiliza como parte de un proyecto a largo plazo para estudiar la evolución meteorológica de Saturno. Este instrumento pesa 37,14 kilogramos y consume 27,20 vatios. Transmite los datos recopilados a una velocidad de 182,784 kbit / s .