Topógrafo Global de Marte -Mars Global Surveyor

Topógrafo global de Marte
Topógrafo global de Marte.jpg
Concepción artística de Mars Global Surveyor
tipo de misión Orbitador de Marte
Operador NASA  / JPL
ID COSPAR 1996-062A
SATCAT no. 24648Edite esto en Wikidata
Sitio web Marte .jpl .nasa .gov /mgs /
Duración de la misión 25 años, 6 meses y 15 días (en órbita)
Propiedades de la nave espacial
Masa de lanzamiento 1.030,5 kg (2.272 libras)
Energía 980 vatios
Comienzo de la misión
Fecha de lanzamiento 7 de noviembre de 1996, 17:00  UTC ( 1996-11-07UTC17Z )
Cohete Delta II 7925
Sitio de lanzamiento Cabo Cañaveral LC-17A
Contratista IDS de Boeing
fin de mision
último contacto 2 de noviembre de 2006 ( 2006-11-03 )
Fecha de descomposición 2050 (planificado)
Parámetros orbitales
Sistema de referencia areocéntrico
Régimen sincrónico al sol
Semieje mayor 3.769 km (2.342 millas)
Excentricidad 0.008
Altitud periarion 372,8 km (231,6 millas)
Apoareion altitud 436,5 km (271,2 millas)
Inclinación 92,9 grados
Período 1,95 horas
Época 10 de diciembre de 2004
Orbitador de Marte
Inserción orbitaria 11 de septiembre de 1997, 01:17 UTC
MSD 43972 16:29 AMT
Mars Global Surveyor - parche transparente.png  

Mars Global Surveyor ( MGS ) fue una sonda espacial robótica estadounidense desarrollada porel Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y lanzada en noviembre de 1996. MGS fue una misión de mapeo global que examinó todo el planeta, desde la ionosfera hasta la superficie, pasando por la atmósfera. Como parte del Programa de Exploración de Marte más grande , Mars Global Surveyor realizó un monitoreo atmosférico para los orbitadores hermanos durante el aerofrenado , y ayudó a los rovers y misiones de aterrizaje de Marte identificando posibles sitios de aterrizaje y retransmitiendo telemetría de superficie.

Completó su misión principal en enero de 2001 y se encontraba en su tercera fase de misión extendida cuando, el 2 de noviembre de 2006, la nave espacial no respondió a los mensajes y comandos. Tres días después se detectó una débil señal que indicaba que había entrado en modo seguro . Los intentos de volver a contactar con la nave espacial y resolver el problema fracasaron, y la NASA finalizó oficialmente la misión en enero de 2007. MGS permanece en una órbita circular casi polar estable a unos 450 km de altitud y, a partir de 1996, se esperaba que se estrellara contra la superficie de el planeta en algún momento después de 2047.

Objetivos

Mars Global Surveyor logró los siguientes objetivos científicos durante su misión principal:

  1. Caracterizar las características superficiales y los procesos geológicos de Marte .
  2. Determinar la composición, distribución y propiedades físicas de los minerales superficiales, rocas y hielo.
  3. Determinar la topografía global, la forma del planeta y el campo gravitacional .
  4. Establecer la naturaleza del campo magnético y mapear el campo remanente de la corteza.
  5. Monitorear el clima global y la estructura térmica de la atmósfera .
  6. Estudie las interacciones entre la superficie de Marte y la atmósfera al monitorear las características de la superficie, los casquetes polares que se expanden y retroceden, el balance de energía polar y el polvo y las nubes a medida que migran durante un ciclo estacional.

Mars Global Surveyor también logró los siguientes objetivos de su misión extendida:

  1. Monitoreo continuo del clima para formar un conjunto continuo de observaciones con el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA , que llegó a Marte en marzo de 2006.
  2. Imágenes de posibles lugares de aterrizaje para la nave espacial Phoenix de 2007 y el rover Curiosity de 2011 .
  3. Observación y análisis de sitios clave de interés científico, como sitios de afloramientos de rocas sedimentarias.
  4. Monitoreo continuo de los cambios en la superficie debido al viento y al hielo.

Cronología de la misión

  • 7 de noviembre de 1996: Lanzamiento desde Cabo Cañaveral .
  • 11 de septiembre de 1997: Llegada a Marte, comienza la inserción en órbita.
  • 1 de abril de 1999: Comienza la fase primaria de mapeo.
  • 1 de febrero de 2001: comienza la primera fase de misión extendida.
  • 1 de febrero de 2002: Comienza la segunda fase de misión extendida.
  • 1 de enero de 2003: comenzó la misión de retransmisión.
  • 30 de marzo de 2004: MGS fotografió el Mars Exploration Rover Spirit junto con las huellas de sus ruedas que muestran sus primeros 85 soles de viaje.
    El lugar de aterrizaje del rover Spirit en Marte y las pistas tomadas por MGS.
  • 1 de diciembre de 2004: Comienza la misión de Ciencia y Apoyo.
  • Abril de 2005: MGS se convirtió en la primera nave espacial en fotografiar otra nave espacial en órbita alrededor de un planeta que no sea la Tierra cuando capturó dos imágenes de la nave espacial Mars Odyssey y una imagen de la nave espacial Mars Express .
    La imagen de la nave espacial Mars Odyssey tomada por Mars Global Surveyor .
    Mars Express vista por Mars Global Surveyor
  • 1 de octubre de 2006: comenzó la fase de misión extendida por otros dos años.
  • 2 de noviembre de 2006: la nave espacial sufre un error al intentar reorientar un panel solar y se pierde la comunicación.
  • 5 de noviembre de 2006: se detectaron señales débiles, lo que indica que la nave espacial estaba esperando instrucciones. La señal se cortó más tarde ese día.
  • 21 de noviembre de 2006: la NASA anuncia que la nave espacial probablemente haya terminado su carrera operativa.
  • 6 de diciembre de 2006: la NASA publica imágenes tomadas por MGS de un depósito de barranco recién descubierto, lo que sugiere que el agua todavía fluye en Marte.
  • 13 de abril de 2007: la NASA publica su informe preliminar sobre las causas de la pérdida de contacto del MGS.

Pérdida de contacto

El 2 de noviembre de 2006, la NASA perdió contacto con la nave espacial después de ordenarle que ajustara sus paneles solares. Pasaron varios días antes de que se recibiera una débil señal que indicaba que la nave espacial había entrado en modo seguro y estaba esperando más instrucciones.

El 21 y 22 de noviembre de 2006, MGS no pudo transmitir las comunicaciones al rover Opportunity en la superficie de Marte. En respuesta a esta complicación, el gerente del Programa de Exploración de Marte, Fuk Li, declaró: "Siendo realistas, hemos analizado las posibilidades más probables para restablecer la comunicación, y nos enfrentamos a la probabilidad de que el asombroso flujo de observaciones científicas de Mars Global Surveyor haya terminado. ."

El 13 de abril de 2007, la NASA anunció que la pérdida de la nave espacial se debió a una falla en la actualización de parámetros del software del sistema de la nave espacial. La nave espacial fue diseñada para contener dos copias idénticas del software del sistema para redundancia y verificación de errores. Las actualizaciones posteriores del software encontraron un error humano cuando dos operadores independientes actualizaron copias separadas con diferentes parámetros. Esto fue seguido por una actualización correctiva que, sin saberlo, incluía una falla de memoria que resultó en la pérdida de la nave espacial.

Originalmente, la nave espacial estaba destinada a observar Marte durante 1 año marciano (aproximadamente 2 años terrestres ). Sin embargo, en base a la gran cantidad de valiosos datos científicos obtenidos, la NASA extendió la misión tres veces. MGS permanece en una órbita circular casi polar estable a unos 450 km de altitud, y se esperaba que chocara contra la superficie del planeta en algún momento después de aproximadamente 2047 en el momento de su lanzamiento original, después de haber pasado cincuenta años orbitando el rojo. planeta. Esto es para evitar la contaminación de la superficie marciana con cualquier germen que pueda estar adherido a la nave espacial.

Descripción general de la nave espacial

La nave espacial, fabricada en la planta de Lockheed Martin Astronautics en Denver , es una caja de forma rectangular con proyecciones en forma de alas ( paneles solares ) que se extienden desde lados opuestos. Cuando estaba completamente cargada con propulsor en el momento del lanzamiento, la nave espacial pesaba 1060 kg (2337 lb). La mayor parte de su masa se encuentra en el módulo en forma de caja que ocupa la parte central de la nave espacial. Este módulo central está hecho de dos módulos rectangulares más pequeños apilados uno encima del otro, uno de los cuales se llama módulo de equipo y contiene la electrónica de la nave espacial, los instrumentos científicos y la computadora de la misión 1750A . El otro módulo, llamado módulo de propulsión , alberga sus motores de cohetes y tanques de combustible . La misión Mars Global Surveyor costó alrededor de $ 154 millones para desarrollar y construir y $ 65 millones para lanzar. Las operaciones de la misión y el análisis de datos cuestan aproximadamente 20 millones de dólares al año.

Instrumentos cientificos

La cámara del orbitador de Marte
TES

Cinco instrumentos científicos volaron a bordo del MGS:

  • La Mars Orbiter Camera (MOC) operada por Malin Space Science Systems - La Mars Orbiter Camera (MOC), originalmente conocida como Mars Observer Camera, utilizaba 3 instrumentos: una cámara de ángulo estrecho que tomaba imágenes de alta resolución (en blanco y negro) ( normalmente de 1,5 a 12 m por píxel) e imágenes gran angular rojas y azules para contexto (240 m por píxel) e imágenes globales diarias (7,5 km por píxel). MOC devolvió más de 240.000 imágenes que abarcan porciones de 4,8 años marcianos, desde septiembre de 1997 hasta noviembre de 2006.
  • El altímetro láser Mars Orbiter (MOLA) - MOLA fue diseñado para determinar la topografía global de Marte. Funcionó como un altímetro hasta que una parte del láser llegó al final de su vida útil en junio de 2001. El instrumento luego funcionó como un radiómetro hasta octubre de 2006.
    Mapa topográfico de alta resolución de Marte basado en la investigación del altímetro láser Mars Global Surveyor dirigida por Maria Zuber y David Smith. El Norte está arriba. Las características notables incluyen los volcanes Tharsis en el oeste (incluido Olympus Mons ), Valles Marineris al este de Tharsis y la cuenca Hellas en el hemisferio sur.
  • El espectrómetro de emisión térmica (TES): este instrumento mapeó la composición mineral de la superficie mediante el escaneo de emisiones térmicas.
  • Un magnetómetro y un reflectómetro de electrones (MAG/ER): este instrumento se usó para interrogar los campos magnéticos del planeta y determinar que Marte no tiene un campo magnético global, sino muchos campos localizados más pequeños.
  • El oscilador ultraestable (USO/RS): las mediciones precisas del reloj de este dispositivo se utilizaron para mapear las variaciones en el campo gravitatorio.
  • Mars Relay (MR): la antena Mars Relay apoyó a los Mars Exploration Rovers para la retransmisión de datos a la Tierra junto con el búfer de memoria de 12 MB de la Mars Orbiter Camera.

Primera prueba completa de aerofrenado

La nave espacial se lanzó desde un cohete Delta II más pequeño , lo que requirió restricciones en el peso de la nave espacial. Para lograr la órbita casi circular requerida para la misión conservando el propulsor, el equipo diseñó una serie de maniobras de aerofrenado . La misión Magellan en Venus había intentado con éxito el aerofrenado , pero el MGS iba a llevar a cabo la primera prueba completa del nuevo procedimiento.

Inicialmente, MGS entró en una órbita altamente elíptica que tardó 45 horas en completarse. La órbita tenía un periapsis de 262 km (163 millas) sobre el hemisferio norte y un apoapsis de 54 026 km (33 570 millas) sobre el hemisferio sur, muy lejos de la órbita casi circular requerida.

Después de la inserción orbital, MGS realizó una serie de cambios de órbita para bajar el periápside de su órbita hacia las franjas superiores de la atmósfera marciana a una altitud de aproximadamente 110 km (68 millas). Durante cada pasada atmosférica, la nave espacial disminuía su velocidad debido a la resistencia atmosférica. Esta desaceleración hizo que la nave espacial perdiera altitud en su próximo paso por el apoapsis de la órbita. MGS había planeado utilizar esta técnica de aerofrenado durante un período de cuatro meses para bajar el punto más alto de su órbita de 54.000 km (33.554 millas) a altitudes cercanas a los 450 km (280 millas).

Aproximadamente un mes después de la misión, se descubrió que la presión del aire de la atmósfera del planeta hizo que uno de los dos paneles solares de la nave espacial se doblara hacia atrás. El panel en cuestión sufrió una pequeña cantidad de daño poco después del lanzamiento, cuya extensión no se hizo evidente hasta que se sometió a las fuerzas atmosféricas. MGS tuvo que elevarse fuera de la atmósfera para evitar más daños al panel solar y se tuvo que desarrollar un nuevo plan de misión.

De mayo a noviembre de 1998, se suspendió temporalmente el aerofrenado para permitir que la órbita se desplazara a la posición adecuada con respecto al Sol y permitir un uso óptimo de los paneles solares. Aunque la recopilación de datos durante el aerofrenado no estaba en el plan original de la misión, todos los instrumentos científicos permanecieron funcionales y adquirieron grandes cantidades de datos durante este "período de observación adicional inesperado". El equipo pudo evaluar más información sobre la atmósfera en un rango de tiempos en lugar de los tiempos fijos anticipados de 02:00 y 14:00, así como recopilar datos durante tres encuentros cercanos con Fobos.

Finalmente, desde noviembre de 1998 hasta marzo de 1999, se reanudó el aerofrenado y se redujo el punto más alto de la órbita a 450 km (280 mi). A esta altitud, MGS dio la vuelta a Marte una vez cada dos horas. El aerofrenado estaba programado para terminar al mismo tiempo que la órbita se desplazaba a su posición correcta con respecto al Sol. En la orientación deseada para las operaciones de mapeo, la nave espacial siempre cruzó el ecuador del lado diurno a las 14:00 (hora local de Marte) moviéndose de sur a norte. Esta geometría se seleccionó para mejorar la calidad total del rendimiento científico.

resultados de la misión

Cartografía

La nave espacial dio la vuelta a Marte una vez cada 117,65 minutos a una altitud media de 378 km (235 millas). La órbita casi polar (inclinación = 93°), que es casi perfectamente circular, se movió del polo sur al polo norte en poco menos de una hora. La altitud se eligió para hacer la órbita heliosincrónica, de modo que todas las imágenes que tomó la nave espacial de las mismas características de la superficie en diferentes fechas se tomaron bajo condiciones de iluminación idénticas. Después de cada órbita, la nave espacial vio el planeta 28,62° al oeste porque Marte había girado debajo de él. En efecto, siempre eran las 14:00 para MGS, ya que se movía de una zona horaria a la siguiente exactamente tan rápido como el Sol. Después de siete soles y 88 órbitas, la nave espacial volvería aproximadamente sobre su camino anterior, con un desplazamiento de 59 km hacia el este. Esto aseguró una eventual cobertura completa de toda la superficie.

En su misión extendida, MGS hizo mucho más que estudiar el planeta directamente debajo de él. Por lo general, realizaba giros y cabeceos para adquirir imágenes fuera de su trayectoria nadir . Las maniobras de balanceo , llamadas ROTO (Roll Only Targeting Opportunities), hicieron girar la nave espacial hacia la izquierda o hacia la derecha desde su trayectoria terrestre para tomar imágenes de hasta 30 ° desde el nadir. Era posible agregar una maniobra de cabeceo para compensar el movimiento relativo entre la nave espacial y el planeta. Esto se denominó CPROTO (Compensation Pitch Roll Targeting Opportunity), y permitió algunas imágenes de muy alta resolución por parte de la MOC (Cámara en órbita de Marte) a bordo.

Además de esto, MGS podría tomar fotografías de otros cuerpos en órbita, como otras naves espaciales y las lunas de Marte. En 1998 tomó una imagen de lo que luego se llamó el monolito Fobos , que se encuentra en MOC Image 55103.

El monolito Phobos (a la derecha del centro) tomado por MGS (Imagen MOC 55103) en 1998.

Después de analizar cientos de imágenes de alta resolución de la superficie marciana tomadas por la nave espacial, un equipo de investigadores descubrió que la intemperie y los vientos en el planeta crean formas de relieve, especialmente dunas de arena, notablemente similares a las de algunos desiertos de la Tierra.

Otros descubrimientos de esta misión son:

  • Se descubrió que el planeta tenía una corteza en capas a profundidades de 10 km o más. Para producir las capas, se tuvieron que desgastar, transportar y depositar grandes cantidades de material.
  • El hemisferio norte probablemente tenga tantos cráteres como el hemisferio sur, pero la mayoría de los cráteres están enterrados.
  • Muchas características, como cráteres de impacto, fueron enterradas y luego exhumadas recientemente.

  • Cráter que fue enterrado en otra era y ahora está siendo expuesto por la erosión, como lo ve el Mars Global Surveyor en el marco del Programa de orientación pública de MOC . La imagen se encuentra en el cuadrilátero de Noachis .

  • Los flujos de lava alguna vez estuvieron cubiertos, ahora estos flujos laminares están expuestos.

  • El cráter fue enterrado, ahora está siendo exhumado por la erosión. Imagen ubicada en el cuadrángulo de Ismenius Lacus .

  • El hemisferio norte parece liso, pero los cráteres están cubiertos. Aquí, un grupo de cráteres están parcialmente expuestos. Imagen ubicada en el cuadrilátero de Cebrenia .

  • Grandes áreas de Marte están cubiertas por un manto que cubre todas las laderas excepto las más empinadas. El manto es a veces liso, a veces picado. Algunos creen que los hoyos se deben al escape de agua a través de la sublimación (hielo que cambia directamente a vapor) del hielo enterrado.
  • Algunas áreas están cubiertas por material rico en hematites . La hematita podría haber sido colocada por agua líquida en el pasado.
  • Se descubrió que las vetas oscuras eran causadas por remolinos de polvo gigantes . Se observó que las huellas de los remolinos de polvo cambiaban con frecuencia; algunos cambiaron en solo un mes.
  • Se observó que la tapa residual del polo sur parecía queso suizo, con agujeros generalmente de unos pocos metros de profundidad. Los agujeros se agrandan cada año, por lo que esta región o hemisferio puede estar calentándose. Las afirmaciones de que esto representa una tendencia global, sin embargo, son datos regionales selectivos frente al conjunto de datos planetarios, y resultados de MOC frente a TES y ciencia de radio (ver más abajo).

  • Cambios en el polo sur de 1999 a 2001, vistos por Mars Global Surveyor . Observe cómo han crecido los agujeros tipo queso suizo en los dos años.

  • Terreno de queso suizo, visto por MGS. La mesa más grande de la imagen mide 4 metros de altura.

  • Capas en terreno de queso suizo. Hay una capa superior brillante y una capa inferior más oscura.

  • Vista cercana del terreno de queso suizo. El patrón poligonal probablemente estaba formado por canales poco profundos.

  • El espectrómetro de emisión térmica observa en infrarrojo para estudios atmosféricos y mineralogía. TES descubrió que el clima planetario de Marte se ha enfriado desde Viking, y casi toda la superficie de Marte está cubierta de roca volcánica.

  • Ceraunius Tholus, uno de los muchos volcanes que se encuentran en Marte.

  • Flujos de lava en el cuadrilátero de Tharsis .

  • La imagen muestra flujos de lava jóvenes y viejos desde la base de Olympus Mons . La llanura plana es el flujo más joven. El flujo más antiguo tiene canales con diques a lo largo de sus bordes. La presencia de diques es bastante común en muchos flujos de lava.

  • Pequeño volcán en Phoenicis Lacus quadrangle . La imagen cubre una distancia de 1,9 millas (3,1 km) de largo.

  • En algunas áreas se encontraron cientos de rocas del tamaño de una casa. Esto indica que algunos materiales son lo suficientemente fuertes como para mantenerse unidos, incluso cuando se mueven cuesta abajo. La mayoría de los cantos rodados aparecieron en regiones volcánicas, por lo que probablemente se formaron a partir de flujos de lava erosionados.

  • Cantos rodados del tamaño de una casa están dispersos a lo largo de esta imagen.

  • Estas rocas están cerca de Ascraeus Mons , un volcán marciano. Los volcanes en Marte probablemente forman rocas duras compuestas de basalto que es resistente a la erosión en el entorno actual de Marte.

  • Se observaron miles de rayas de pendiente oscuras . La mayoría de los científicos creen que son el resultado de la avalancha de polvo. Sin embargo, algunos investigadores creen que el agua puede estar involucrada.

La prueba de Lense-Thirring

Artículo principal: Arrastrar fotogramas

Los datos de MGS se han utilizado para realizar una prueba de la precesión relativista general de Lense-Thirring, que consiste en una pequeña precesión del plano orbital de una partícula de prueba que se mueve alrededor de una masa giratoria central, como un planeta. La interpretación de estos resultados ha sido objeto de debate.

Más evidencia de agua en Marte

Artículo principal: Agua en Marte

Se descubrieron cientos de cárcavas que se formaron a partir de agua líquida, posiblemente en tiempos recientes.

Unos pocos canales en Marte mostraron canales internos que sugieren flujos sostenidos de fluidos. El más conocido es el de Nanedi Valles . Otro fue encontrado en Nirgal Vallis .

Canal interior en el suelo de Nanedi Valles que sugiere que el agua fluyó durante un período bastante largo. Imagen del cuadrángulo de Lunae Palus .

El 6 de diciembre de 2006, la NASA publicó fotos de dos cráteres en Terra Sirenum y Centauri Montes que parecen mostrar la presencia de agua que fluye en Marte en algún momento entre 1999 y 2001. Las imágenes fueron producidas por Mars Global Surveyor y posiblemente sean las últimas de la nave espacial. contribución a nuestro conocimiento de Marte y la cuestión de si existe agua en el planeta.

Evidencia de posible flujo de agua reciente

Otras fotos

  • Imagen de posible CO
    2    géiseres     , tomada por Mars Global Surveyor y lanzada el 16 de octubre de 2000.

  • Superficie de Marte tomada por Mars Global Surveyor .

  • Superficie de Marte tomada por Mars Global Surveyor .

  • Superficie de Marte tomada por Mars Global Surveyor el 10 de agosto de 1999.

  • Capas en la pared del cañón en el cuadrilátero de Coprates , vistas por Mars Global Surveyor , bajo el Programa de orientación pública del MOC .

  • Terreno rayado o taffy-pull en Hellas, visto por Mars Global Surveyor . El origen es desconocido en la actualidad.

  • Rayos brillantes causados ​​por el impacto arrojando una capa inferior brillante. Algunas capas brillantes contienen minerales hidratados. Fotografía tomada por Mars Global Surveyor . La ubicación es el cuadrángulo de Memnonia .

  • Fotografía de Mars Global Surveyor del lugar de aterrizaje del rover Opportunity que muestra un " agujero en uno ".

  • Canales invertidos en el cuadrángulo de Aeolis . Se cree que los canales de los arroyos se convirtieron en características elevadas después de que se depositaron y cementaron los materiales gruesos.

  • Delta dentro del cráter Eberswalde . El área es de gran interés para los geólogos. En este lugar se puede encontrar evidencia de vida microbiana pasada.

  • Pavonis Mons, ubicado en el ecuador en el cuadrilátero de Tharsis .

Ver también

Referencias

enlaces externos