Orbitador de reconocimiento lunar

Sonda espacial del orbitador de reconocimiento lunar
Impresión artística de LRO. Datos generales

Organización	NASA
Constructor	Goddard (NASA)
Programa	Robótico precursor lunar
Campo	Estudio de la luna
Tipo de misión	Orbitador
Estado	Operacional
Lanzamiento	18 de junio de 2009a las 9:32 p.m. UT
Lanzacohetes	Atlas V 401
Esperanza de vida	1 año (misión principal)
Identificador de COSPAR	2009-031A
Protección planetaria	Categoría II
Sitio	[1]

Características técnicas

Misa en el lanzamiento	1,916  kilogramos
Propulsión	Químico
Masa propulsora	898  kilogramos
Δv	1,87  kilometros / s
Control de actitud	Estabilizado en 3 ejes
Fuente de energía	Paneles solares
Energia electrica	685  W

LEO lunar

Orbita	Órbita circular
Altitud	50 kilometros

Instrumentos principales

LROC	Cámaras
CREAR	Detector de rayos cósmicos
DLRE	Radiómetro infrarrojo
LÁMPARA	Espectrómetro ultravioleta
PRESTAR	Detector de neutrones
LOLA	Altímetro láser
Mini-RF	Radar

Lunar Orbiter Recognition (RSO) es unorbitadortiponaveespacialde laNASAlanzado en 2009 con el objetivo de estudiar laLunadesde la órbita. LRO forma parte delprograma Lunar Precursor Robotic, cuyo objetivo es realizar un reconocimiento en profundidad de nuestro satélite, en particular para preparar las misiones tripuladas delprogramaLunar ExplorationConstellationcanceladas el11 de octubre de 2010 por el presidente Obama.

LRO, cuya masa total es de 1.916  kg , lleva siete instrumentos científicos que incluyen cámaras de luz visible , un radiómetro infrarrojo , un espectrómetro ultravioleta y varios instrumentos destinados a detectar la presencia de agua. LRO se coloca en una órbita particularmente baja de 50  km alrededor de la Luna, lo que le permite realizar observaciones extremadamente detalladas de la superficie. El sistema de telecomunicaciones está dimensionado para transferir el gran volumen de datos que resulta de él. Los objetivos de la sonda son dibujar un mapa de alta resolución de la Luna, intentar detectar la presencia de agua en las regiones polares, definir un sistema geodésico completo y evaluar la intensidad de la radiación ionizante de origen cósmico.

LRO se lanza el 18 de junio de 2009por un lanzador Atlas V desde la base de lanzamiento de Cabo Cañaveral , con una segunda sonda lunar Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) que tiene una misión complementaria. Los instrumentos de la sonda permiten trazar un mapa topográfico (con el relieve) y un mapa bidimensional de la Luna con una precisión inigualable. La misión, que inicialmente duró un año, se amplió varias veces.

Contexto

Misión de reconocimiento para el programa Constellation

Cuando se finalice el proyecto de la sonda LRO, la NASA planea enviar astronautas a la Luna alrededor de 2020 como parte de su programa Constellation  : esto constituye la concretización de la estrategia espacial estadounidense a largo plazo definida por el presidente George W. Bush enenero de 2004, declarado en el documento Visión para la Exploración Espacial . El programa Constellation tiene como objetivo enviar astronautas a la Luna alrededor de 2020 para misiones a largo plazo (7 días en lugar de 3 para el programa Apollo ). Se están considerando los sitios de aterrizaje en las regiones polares casi permanentemente iluminadas para beneficiarse tanto de más sol, por lo tanto noches más cortas y temperaturas menos extremas. También se contempla en una perspectiva más lejana explotar los depósitos de hielo de agua que quizás existan en estas latitudes en áreas permanentemente en sombra.

LRO constituye con su compañero LCROSS la primera misión preparatoria de este proyecto. Estas dos naves espaciales son parte del programa Lunar Precursor Robotic que reúne varias misiones de sondas espaciales que deben lanzarse a la Luna para prepararse para futuros vuelos tripulados. En 2010, el programa Constellation fue cancelado por razones financieras.

Objetivos de la misión

Los principales objetivos de la misión son:

• Realice un sistema geodésico completo de la Luna.
• Evaluar la intensidad de las radiaciones ionizantes de origen cósmico.
• Explore las regiones polares de la luna en busca de depósitos de hielo de agua y áreas que estén siempre iluminadas.
• Realizar cartografía de alta resolución , en particular para facilitar la búsqueda de futuros lugares de aterrizaje proporcionando sus características.

Realización de la misión

Lanzamiento e inyección en órbita lunar

La ventana de lanzamiento se elige de modo que el plano orbital de la sonda alrededor de la Luna resultante coincida con el azimut del Sol en el momento de los solsticios lunares. En efecto, uno de los objetivos de LRO es identificar las zonas polares ubicadas permanentemente a la sombra o por el contrario permanentemente iluminadas. Cuando el plano orbital coincide con la orientación del Sol durante los solsticios lunares, la sonda puede determinar las condiciones de luz solar más extremas encontradas por las regiones polares.

LRO es inyectado en una órbita de transferencia a la Luna por un lanzador Atlas V tipo 401. El lanzador también porta la sonda LCROSS cuya misión es intentar detectar la presencia de agua dentro de los cráteres ubicados en las áreas polares de la Luna. Después de cuatro días de navegación y un solo curso de corrección en la mitad ( 28  m / s ), la sonda LRO utiliza sus propulsores cuatro veces con un Delta-v de, respectivamente, 567  m / s , 185  m / s , 133  m / s y 41  m / s para entrar en una órbita elíptica de 30 × 216  km . La sonda permanece en esta órbita durante 60 días durante los cuales se activan y calibran los instrumentos científicos (fase de aceptación). Un pulso final coloca la sonda en su órbita de trabajo circular de tipo polar a una altitud de 51  km sobre el suelo lunar. Esta órbita particularmente baja se elige para permitir un estudio muy detallado del suelo lunar.

Proceso de operaciones

Al final de la fase de aceptación de 60 días, la sonda comienza a recopilar datos científicos. Se espera que todos los objetivos se logren aproximadamente un año después de la fecha de lanzamiento. Cada día, la sonda transmite aproximadamente 460 gigabytes de datos (el 90% es generado por cámaras de luz visible ). Estos se transmiten en la banda Ka a una velocidad de 100 millones de bits por segundo a la única estación de recepción terrestre de White Sands que es visible desde LRO de 2 a 6 veces al día durante 45 minutos.

Debido a los movimientos relativos de la Tierra, el Sol y la Luna, la Tierra es visible desde la sonda de forma continua durante dos días dos veces al mes y el Sol de forma continua durante un mes dos veces al año. En el momento de los solsticios lunares (dos veces al año), la sonda realiza un movimiento de rotación de 180 ° para poder presentar la cara efectiva de su panel solar al Sol. En su órbita, la sonda alterna entre períodos de iluminación y sombra, cada uno con una duración promedio de 56 minutos. Sin embargo, durante la duración de su misión, la sonda experimenta varios períodos de eclipse total o parcial de varias horas vinculados a la interposición de la Tierra entre la Luna y el Sol. El más severo es el15 de junio de 2011(eclipse total de 1  h  41  min y eclipse parcial de 3  h  40  min ) durante el cual los acumuladores deben sufrir una descarga del 90%. Debido al campo de gravedad irregular de la Luna, la excentricidad de la órbita se modifica gradualmente y después de 60 días la sonda corre el riesgo de golpear la superficie de la Luna. LRO dedica el primer año un Delta-v de 150  m / s para mantener su órbita. Las correcciones de órbita se realizan una vez cada cuatro semanas mientras que la desaturación de las ruedas de reacción se realiza cada dos semanas.

La sonda tiene un margen de combustible suficiente (Delta-v de 65  m / s ) para permitir su extensión durante al menos tres años en una órbita de 30 × 216  km . Poco después del final de la misión y el agotamiento de su combustible, la sonda ya no puede corregir su órbita, debe golpear el suelo lunar.

Principales características de la sonda

La sonda lunar LRO pesa 1.916  kg, incluidos 898  kg de combustible, lo que permite proporcionar un Delta-v de 1.270  m / s . Se alimenta de energía mediante un panel solar orientable que le suministra 685 vatios almacenados en acumuladores de iones de litio . Una vez desplegado el panel solar, el satélite tiene una envergadura de 4,30  m por 3,25  m , sin tener en cuenta la antena de alta ganancia desplegada en el extremo de un mástil que aumenta la envergadura en 2,59 metros. Los datos recogidos se transmiten al centro de control en banda Ka (alta velocidad) o en banda S con una velocidad que puede llegar a los 100  MB por segundo. El volumen total por día puede alcanzar los 461  GB . Las operaciones de mapeo generan entre 70 y 100  terabytes de imágenes.

La sonda tiene 4 motores cohete de 80 newtons de empuje que se utilizan para maniobras de inserción en órbita y por lo tanto se denominan IT ( propulsores de inserción ). Estos propulsores vienen en dos grupos de 2. Solo uno de los dos grupos es suficiente para permitir la maniobra que requiere el mayor empuje durante la inserción en órbita. Además, se utilizan 8 motores cohete de 20 newtons de empuje para correcciones finas de la órbita, así como para el control de actitud . Por lo tanto, se denominan AT ( propulsores de actitud ). La sonda está estabilizada en 3 ejes, es decir que su orientación está fija en un marco de referencia estelar. El control de actitud se logra mediante visores de dos estrellas , uno inercial y cuatro ruedas de reacción . En caso de pérdida de control, diez colectores solares se activan en "modo de supervivencia" para proporcionar una orientación de referencia aproximada.

Instrumentos cientificos

La sonda lleva seis instrumentos científicos y un demostrador tecnológico:

• CRaTER ( Telescopio de Rayos Cósmicos para los Efectos de la Radiación ), el objetivo principal del instrumento CRaTER es medir la intensidad de la radiación ionizante de origen cósmico y sus impactos biológicos. Se trata más particularmente de medir partículas cargadas que tienen una energía superior a 10 M eV . CRaTER consiste en un telescopio que recoge iones y electrones y, en menor medida , neutrones , tres pares de detectores de silicio , uno grueso y otro delgado, responsables de medir la energía de las partículas y capas de plásticos que reproducen las características de los tejidos humanos blandos ( tejido equivalente plástico o TEP). Los detectores permiten medir la energía disipada cuando las partículas cargadas pasan a través de ellos (la energía perdida medida está entre 0,1  keV / μm y 2,2  MeV / μm ). El PET se utiliza para medir cómo reacciona el tejido humano a la radiación, información importante para futuras misiones tripuladas que deben aventurarse lejos de la Tierra.
• DLRE ( Experimento del Radiómetro Lunar Diviner ), este radiómetro infrarrojo debería permitir medir las temperaturas en la superficie de la Luna. Los astronautas que participan en misiones largas en suelo lunar deben sobrevivir, en particular, a la noche lunar cuando todas las misiones del programa Apolo tuvieron lugar durante el día y en una latitud favorable porque estaban cerca del ecuador. Un objetivo importante asignado a este instrumento es medir la temperatura de las áreas permanentemente a la sombra para determinar en qué medida estas pueden almacenar agua.
• LAMP ( Lyman Alpha Mapping Project ), este espectrómetro utiliza radiación ultravioleta lejana (1.200-1.800 Angström ) de estrellas para mapear posibles depósitos de hielo de agua que se encuentran en cráteres permanentemente en las regiones polares de sombra de la Luna. Otro objetivo es determinar la composición mineralógica de la superficie de la Luna así como la de la fina atmósfera que la rodea. Finalmente, la sonda debe validar la técnica de visión asistida Lyman-Alpha ( Lyman-Alpha Vision Assistance o LAVA) que utiliza la luz de las estrellas y la radiación ultravioleta que emana del cielo para ver en áreas sin iluminación. Esta técnica se puede aplicar luego a vehículos espaciales y astronautas, lo que permite ahorrar la energía consumida por la iluminación. LAMP se basa en el instrumento UV ALICE instalado a bordo de la sonda New Horizons en ruta a Plutón  ;

• Espectrómetro ultravioleta LAMP.

• Detector de rayos cósmicos CRaTER.

• Radiómetro infrarrojo DLRE.

• LEND ( Detector de neutrones de exploración lunar ), este detector de neutrones puede medir el flujo de neutrones con una energía de hasta 15 M eV . Debería permitir mapear la distribución del hidrógeno presente en la superficie y a una profundidad de menos de 1 metro midiendo la temperatura del neutrón (energía del neutrón entre 0,4 eV y 100  eV ) con un poder de resolución de 10  km . LEND debe poder detectar cualquier depósito de hielo de agua enterrado en las regiones polares cerca de la superficie. El agua es un recurso fundamental para los planes de estadía a largo plazo de los astronautas. LEND también debe proporcionar información sobre la intensidad de la radiación ionizante que se origina en los neutrones energéticos. LEND es un instrumento cercano a HEND a bordo desde 2001 en el orbitador marciano 2001 Mars Odyssey . Sin embargo, incluye un colimador pasivo que le permite obtener un notable poder de resolución;
• LOLA ( Lunar Orbiter Laser Altimeter ), el altímetro láser LOLA debe permitir definir un modelo topográfico y un sistema geodésico lunar preciso. El objetivo, en el momento del diseño de la sonda, es permitir identificar sitios de aterrizaje para futuras misiones lunares garantizando un riesgo limitado y poder preparar las exploraciones a realizar desde el punto de aterrizaje. LOLA también debe ayudar a resaltar las áreas permanentemente sombreadas en las regiones polares. LOLA cuenta con un láser que emite en la longitud de onda de 1.064 nm que dispara simultáneamente 5 pulsos de luz en forma de abanico  28 veces por segundo. LOLA mide el tiempo de vuelo del pulso, la propagación del pulso de luz (que depende de la rugosidad del suelo) y la energía devuelta ( reflectancia ). LOLA puede así determinar al mismo tiempo la altitud, la rugosidad y la pendiente tanto en el eje de progresión de la sonda en su órbita como a través de ella. LOLA es una evolución de los instrumentos Mercury Laser Altimeter (MLA) a bordo del Martian Orbiter Messenger y del Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) a bordo del Mars Global Surveyor . Sin embargo, su precisión vertical es 3,5 veces mejor que la de MOLA y la frecuencia de medición es 32 veces mayor.
• LROC ( Lunar Reconnaissance Orbiter Camera ), este instrumento debe proporcionar la información necesaria sobre futuros lugares de aterrizaje y áreas permanentemente iluminadas. LROC incluye un par de cámaras telefoto de alta definición que proporcionan imágenes laterales de 5  km con una resolución de 0,5 metros (NAC) y una cámara gran angular que proporciona vistas laterales de 60  km con una resolución de 100 metros (WAC). LROC debería permitir establecer un mapa de las regiones polares con un nivel de detalle de 1 metro, para establecer un mapa global de la Luna, para producir fotos multiespectrales y tridimensionales. Se sobrevuelan los lugares de aterrizaje de las misiones Apolo y se deben poder tomar fotos de los módulos lunares abandonados. LROC es una versión modificada de las cámaras Mars Reconnaissance Orbiter ConTeXt y MARs Color Imager (MARCI) suministradas por Malin Space Science Systems .
• Mini-RF, es un radar de luz experimental que debería permitir validar, como parte de esta misión, su capacidad para detectar hielo de agua en zonas situadas a la sombra con una resolución de entre 30 y 150 metros. Teniendo en cuenta las longitudes de onda utilizadas en la banda X (8-12 GHz) y la banda S (2  GHz ), Mini-RF también debe poder devolver información sobre la rugosidad del suelo. Una versión menos sofisticada de este instrumento está a bordo de la sonda india Chandrayaan-1 y se llevará a cabo un experimento de medición conjunta.

• LEND detector de neutrones.

• Altímetro láser LOLA.

• Cámaras de luz visible LROC.

Desarrollo de la sonda espacial y avance de la misión

La Revisión de Diseño Preliminar (PDR) de la sonda desarrollada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard se llevó a cabo en febrero de 2006 y el diseño final ( Revisión de Diseño Crítico - CDR) fue validado enNoviembre de 2006. La sonda se lanza en18 de junio de 2009a las 9:32 p.m. UT por un lanzador Atlas V desde la base de lanzamiento de Cabo Cañaveral . Enseptiembre 2010, la misión inicial termina. La NASA decide ampliarlo manteniendo la misma órbita. Enenero 2011, el equipo encargado de la misión desactiva el radar Mini-RF, que ha cumplido sus objetivos al realizar más de 400 lecturas pero tras un fallo ya no produce resultados utilizables.

Resultados científicos

La sonda devuelve sus primeras imágenes de alta resolución de la superficie lunar en 30 de junio de 2009. Estas imágenes muy prometedoras cubren un área al este del cráter de impacto Hell E, al sur del Mar de las Nubes . Enseptiembre de 2009, los datos térmicos recopilados por el DLRE (Experimento del Radiómetro Lunar Diviner), confirman la presencia de zonas extremadamente frías ubicadas permanentemente a la sombra en el polo sur de la Luna. El instrumento mide temperaturas de hasta -248  ° C. Es una de las temperaturas más bajas registradas hasta ahora en el Sistema Solar , más baja que la de la superficie de Plutón . Los instrumentos ópticos de LRO proporcionan imágenes detalladas de los sitios de las misiones lunares del programa Apolo y los movimientos de los astronautas en la superficie de la luna se ven en las fotos tomadas. Esta información permite, entre otras cosas, proporcionar el contexto geológico de muestras de suelo lunar traídas a la Tierra. El LRO también logró localizar y fotografiar la sonda soviética Lunokhod 1 , cuyo retrorreflector láser demostró ser perfectamente funcional durante una prueba realizada desde los Estados Unidos. LRO juega un papel vital en la misión gemela LCROSS al proporcionar con sus instrumentos la topografía de la región en la que LCROSS debe estrellarse para cumplir sus objetivos, es decir, las regiones que probablemente albergarán agua dada su temperatura y la abundancia de hidrógeno. El espectrógrafo de ultravioleta lejano LAMP ( Lyman Alpha Mapping Project ) a bordo del orbitador lunar parece indicar la presencia de 1 a 2% de hielo de agua en la superficie en el fondo de los cráteres de impacto, mientras que los científicos esperaban que, debido al bombardeo de el viento solar , solo se conserva bajo la superficie. Además, la porosidad del suelo alcanza el 70% frente al 40% en las regiones iluminadas.

• Foto del Polo Norte tomada de 983 fotos LROC tomadas cuando el polo tiene la exposición más favorable al sol. Debería permitir identificar áreas que están permanentemente a la sombra.

• Lugar de alunizaje del Apolo 17 , fotografiado por la sonda LRO en15 de septiembre de 2009, a una altitud de 50  km .

• Imagen del lugar de alunizaje del Apolo 11 tomada por el Orbitador de Reconocimiento Lunar en15 de julio de 2009.

LRO permite la elaboración de tres mapas topográficos, cuyo nivel de detalle no se corresponde con los mapas existentes. Estos tres mapas definen los contornos de los relieves de la Luna, las pendientes y finalmente la rugosidad de la superficie. Las partes relativas a la cara oculta de la Luna, poco conocidas, muestran claramente que nuestro satélite ha sufrido un bombardeo particularmente violento reflejado por la presencia del cráter de la cuenca del Polo Sur-Aitken que constituye el cráter de impacto más grande conocido en el Sistema Solar. Las imágenes tomadas por LRO de escarpes relativamente recientes ya observados en el momento del programa Apolo parecen confirmar que la Luna continúa contrayéndose debido al enfriamiento de su núcleo. El estudio topográfico detallado y sistemático de la superficie de la Luna realizado por primera vez con el instrumento LOLA muestra que el tamaño de los asteroides que han golpeado los planetas del Sistema Solar en el pasado está disminuyendo significativamente alrededor de 3.800 millones de años. El radiómetro Diviner también detecta una geología mucho más diversa que la que se conoce con composiciones de rocas que no se limitan a la oposición entre mares lunares y tierras altas. Estos descubrimientos allanan el camino para una génesis geológica de la superficie de la Luna mucho más compleja de lo previsto hasta entonces.

• Los tres mapas topográficos de la Luna dibujados con el altímetro LOLA.

• El pico central del cráter Tycho fotografiado por LRO se eleva 2  km sobre el suelo.

• Detalle del pico central del cráter Tycho. La roca tiene 120 metros de ancho.

Notas y referencias

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Referencias

NASA

• (en) "  Kit de prensa: Orbitador de Reconocimiento Lunar (LRO): Líder camino de regreso de la NASA a la Luna - LCROSS (LCROSS): Misión de la NASA en busca de agua en la Luna  " , la prensa Carpeta de Presentación LRO y las misiones de LCROSS [PDF] , NASA, junio de 2009 (consultado el 15 de octubre de 2019 ) .

Apéndices

Artículos relacionados

• Programa robótico del precursor lunar .
• Satélite de observación y detección de cráteres lunares .
• Explorador del entorno de polvo y atmósfera lunar .
• Exploración de la Luna .
• Orbitador de reconocimiento de Marte .

enlaces externos

• (en) Sitio web oficial de la cámara del orbitador de reconocimiento lunar .
• (en) LRO en el sitio web de la NASA .
• ( fr ) Presentación del progreso de la misión (Craig Tooley 2006) .