Mars Climate Orbiter -Mars Climate Orbiter

Orbitador climático de Marte

Concepción artística del Mars Climate Orbiter
Tipo de misión	Orbitador de Marte
Operador	NASA / JPL
ID COSPAR	1998-073A
SATCAT no.	25571
Sitio web	marte .jpl .nasa .gov / msp98 / orbiter /
Duración de la misión	286 días fracaso de la misión
Propiedades de la nave espacial
Fabricante	Lockheed Martin
Masa de lanzamiento	638 kilogramos (1.407 lb)
Poder	500 vatios
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento	11 de diciembre de 1998, 18:45:51  UTC ( 1998-12-11UTC18: 45: 51Z )
Cohete	Delta II 7425
Sitio de lanzamiento	Cabo Cañaveral SLC-17A
Fin de la misión
Ultimo contacto	23 de septiembre de 1999 09:06:00  UTC ( 1999-09-23UTC09: 07Z )
Fecha de decaimiento	23 de septiembre de 1999 Desorbitado involuntariamente
Parámetros orbitales
Sistema de referencia	Areocéntrico
Época	Planificado

El Mars Climate Orbiter (anteriormente Mars Surveyor '98 Orbiter ) era una sonda espacial robótica de 638 kilogramos (1.407  libras ) lanzada por la NASA el 11 de diciembre de 1998 para estudiar el clima marciano , la atmósfera marciana y los cambios en la superficie y actuar como el relé de comunicaciones en el programa Mars Surveyor '98 para Mars Polar Lander . Sin embargo, el 23 de septiembre de 1999, la comunicación con la nave espacial se perdió permanentemente cuando entró en la inserción orbital . La nave espacial encontró a Marte en una trayectoria que lo acercó demasiado al planeta, y fue destruido en la atmósfera o escapó de la vecindad del planeta y entró en una órbita alrededor del Sol. Una investigación atribuyó la falla a un desajuste de medición entre dos sistemas de software: unidades métricas de la NASA y unidades tradicionales estadounidenses (imperiales o "inglesas") del constructor de naves espaciales Lockheed Martin .

Antecedentes de la misión

Historia

Después de la pérdida de Mars Observer y el inicio de los crecientes costos asociados con la futura Estación Espacial Internacional , la NASA comenzó a buscar sondas más pequeñas y menos costosas para misiones científicas interplanetarias. En 1994, se estableció el Panel sobre tecnología de naves espaciales pequeñas para establecer las pautas para las futuras naves espaciales en miniatura. El panel determinó que la nueva línea de naves espaciales en miniatura debería tener menos de 1,000 kg (2,200 libras) con instrumentación altamente enfocada. En 1995, comenzó un nuevo programa Mars Surveyor como un conjunto de misiones diseñadas con objetivos limitados, bajos costos y lanzamientos frecuentes. La primera misión del nuevo programa fue Mars Global Surveyor , lanzada en 1996 para mapear Marte y proporcionar datos geológicos utilizando instrumentos destinados a Mars Observer . Siguiendo a Mars Global Surveyor, Mars Climate Orbiter llevó dos instrumentos, uno originalmente destinado a Mars Observer, para estudiar el clima y el tiempo de Marte.

Los principales objetivos científicos de la misión incluyeron:

• determinar la distribución del agua en Marte
• monitorear el clima diario y las condiciones atmosféricas
• registrar cambios en la superficie marciana debido al viento y otros efectos atmosféricos
• determinar los perfiles de temperatura de la atmósfera
• controlar el vapor de agua y el contenido de polvo de la atmósfera
• busque evidencia de cambios climáticos pasados.

Diseño de naves espaciales

El autobús Mars Climate Orbiter mide 2,1 metros (6 pies 11 pulgadas) de alto, 1,6 metros (5 pies 3 pulgadas) de ancho y 2 metros (6 pies 7 pulgadas) de profundidad. La estructura interna se construyó en gran parte con soportes de nido de abeja de compuesto de grafito / aluminio, un diseño que se encuentra en muchos aviones comerciales . Con la excepción de los instrumentos científicos, la batería y el motor principal, la nave espacial incluyó redundancia dual en los sistemas más importantes.

La nave espacial estaba estabilizada en 3 ejes e incluía ocho propulsores monopropelentes de hidracina (cuatro propulsores de 22 N (4,9 lb _f ) para realizar correcciones de trayectoria; cuatro propulsores de 0,9 N (3,2 ozf) para controlar la actitud ) . La orientación de la nave espacial se determinó mediante un rastreador de estrellas , dos sensores solares y dos unidades de medición inerciales . La orientación se controlaba encendiendo los propulsores o usando tres ruedas de reacción . Para realizar la maniobra de inserción orbital de Marte, la nave espacial también incluyó un cohete con motor principal LEROS 1B, que proporciona 640 N (140 lb _f ) de empuje al quemar combustible de hidracina con oxidante de tetróxido de nitrógeno (NTO).

La nave espacial incluía una antena de alta ganancia de 1,3 metros (4 pies 3 pulgadas) para transmitir datos con la Red de Espacio Profundo en la banda x . El transpondedor de radio diseñado para la misión Cassini-Huygens se utilizó como medida de ahorro. También incluyó un sistema de radiofrecuencia UHF bidireccional para transmitir comunicaciones con Mars Polar Lander en un aterrizaje previsto el 3 de diciembre de 1999.

La sonda espacial fue alimentada con una matriz solar de 3 paneles , que proporciona un promedio de 500 W (0,67 hp) en Marte. Desplegado, el panel solar medía 5,5 metros (18 pies 1 pulgada) de largo. La energía se almacenaba en baterías de níquel-hidrógeno de 12 celdas y 16 amperios por hora . Las baterías estaban destinadas a recargarse cuando la matriz solar recibiera luz solar y alimentara la nave espacial a medida que pasaba a la sombra de Marte. Al entrar en órbita alrededor de Marte, la matriz solar se utilizaría en la maniobra de frenado aerodinámico para reducir la velocidad de la nave espacial hasta lograr una órbita circular. El diseño se adaptó en gran medida de las directrices de la Iniciativa de tecnología de naves espaciales pequeñas descritas en el libro Tecnología para naves espaciales pequeñas .

En un esfuerzo por simplificar las implementaciones anteriores de computadoras en naves espaciales, Mars Climate Orbiter presentó una sola computadora que usa un procesador IBM RAD6000 que utiliza un POWER1 ISA capaz de operar a 5, 10 o 20 MHz. El almacenamiento de datos se mantendría en 128 MB de memoria de acceso aleatorio (RAM) y 18 MB de memoria flash . La memoria flash estaba destinada a utilizarse para datos muy importantes, incluidas copias triplicadas del software del sistema de vuelo.

Instrumentos cientificos

El radiómetro infrarrojo de presión modulada (PMIRR) utiliza canales radiométricos de banda estrecha y dos celdas de modulación de presión para medir las emisiones atmosféricas y superficiales en el infrarrojo térmico y un canal visible para medir partículas de polvo y condensados ​​en la atmósfera y en la superficie a diferentes longitudes y estaciones. Su investigador principal fue Daniel McCleese en JPL / CALTECH. Posteriormente se lograron objetivos similares con Mars Climate Sounder a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter . Sus objetivos:

• Mapee la estructura térmica tridimensional y variable en el tiempo de la atmósfera desde la superficie hasta 80 km de altitud.
• Mapee la carga de polvo atmosférico y su variación global, vertical y temporal.
• Mapear la variación estacional y espacial de la distribución vertical del vapor de agua atmosférico a una altitud de al menos 35 km.
• Distinguir entre condensados ​​atmosféricos y mapear su variación espacial y temporal.
• Mapear la variabilidad espacial y estacional de la presión atmosférica.
• Controle el balance de radiación polar.

Mars Color Imager (MARCI) es un sistema de imágenes de dos cámaras (ángulo medio / gran angular) diseñado para obtener imágenes de la superficie y la atmósfera marcianas. En condiciones adecuadas, son posibles resoluciones de hasta 1 kilómetro (3300 pies). El investigador principal de este proyecto fue Michael Malin en Malin Space Science Systems y el proyecto se reincorporó en Mars Reconnaissance Orbiter . Sus objetivos:

• Observe los procesos atmosféricos marcianos a escala global y sinópticamente.
• Estudie los detalles de la interacción de la atmósfera con la superficie en una variedad de escalas tanto en el espacio como en el tiempo.
• Examine las características de la superficie de la evolución del clima marciano a lo largo del tiempo.

Perfil de la misión

Lanzamiento y trayectoria

La sonda Mars Climate Orbiter fue lanzada el 11 de diciembre de 1998 a las 18:45:51 UTC por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17A en la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral en Florida, a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II 7425 . La secuencia de combustión completa duró 42 minutos y llevó la nave espacial a una órbita de transferencia Hohmann , enviando la sonda a una trayectoria de 9,5 meses y 669 millones de kilómetros (416 millones de millas). En el lanzamiento, Mars Climate Orbiter pesaba 638 kg (1,407 lb), incluido el propulsor.

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  Diagrama de despiece del vehículo de lanzamiento Delta II con Mars Climate Orbiter

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  Lanzamiento de Mars Climate Orbiter por la NASA en un vehículo de lanzamiento Delta II 7425

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  Trayectoria interplanetaria del Mars Climate Orbiter

• 

  Procedimiento de aerofrenado para colocar el Mars Climate Orbiter en órbita alrededor de Marte

Encuentro con Marte

Mars Climate Orbiter comenzó la maniobra de inserción orbital planeada el 23 de septiembre de 1999 a las 09:00:46 UTC. Mars Climate Orbiter perdió el contacto por radio cuando la nave espacial pasó detrás de Marte a las 09:04:52 UTC, 49 segundos antes de lo esperado, y la comunicación nunca se restableció. Debido a complicaciones derivadas de un error humano , la nave espacial se encontró con Marte a una altitud inferior a la prevista y fue destruida en la atmósfera o volvió a entrar en el espacio heliocéntrico después de abandonar la atmósfera de Marte. Desde entonces, Mars Reconnaissance Orbiter ha completado la mayoría de los objetivos previstos para esta misión.

Causa de la falla

El 10 de noviembre de 1999, la Junta de Investigación de Desastres del Mars Climate Orbiter publicó un informe de Fase I, detallando los problemas sospechosos encontrados con la pérdida de la nave espacial. Anteriormente, el 8 de septiembre de 1999, se calculó la maniobra de corrección de trayectoria-4 (TCM-4) y luego se ejecutó el 15 de septiembre de 1999. Se pretendía colocar la nave espacial en una posición óptima para una maniobra de inserción orbital que llevaría a la nave espacial alrededor de Marte a una altitud de 226 km (140 millas) el 23 de septiembre de 1999. Sin embargo, durante la semana entre TCM-4 y la maniobra de inserción orbital, el equipo de navegación indicó que la altitud puede ser mucho menor de lo previsto entre 150 y 170 km (93 a 106 millas). Veinticuatro horas antes de la inserción orbital, los cálculos colocaron el orbitador a una altitud de 110 km (68 millas); 80 km (50 millas) es la altitud mínima a la que se pensaba que Mars Climate Orbiter podía sobrevivir durante esta maniobra. Los cálculos posteriores a la falla mostraron que la nave espacial estaba en una trayectoria que habría llevado al orbitador a 57 km (35 millas) de la superficie, donde la nave espacial probablemente saltó violentamente en la atmósfera superior y fue destruida en la atmósfera o volvió a entrar. espacio heliocéntrico.

La causa principal de esta discrepancia fue que una pieza de software terrestre suministrada por Lockheed Martin produjo resultados en una unidad habitual de los Estados Unidos , contrariamente a su Especificación de interfaz de software (SIS), mientras que un segundo sistema, suministrado por la NASA, esperaba que esos resultados fueran en unidades SI, de acuerdo con el SIS. Específicamente, el software que calculó el impulso total producido por los disparos de los propulsores produjo resultados en segundos de libra fuerza . Luego, el software de cálculo de trayectoria utilizó estos resultados, que se espera estén en newton-segundos (incorrectos por un factor de 4,45), para actualizar la posición prevista de la nave espacial.

Aún así, la NASA no responsabiliza a Lockheed por la pérdida de la misión; en cambio, varios funcionarios de la NASA han declarado que la propia NASA tuvo la culpa de no realizar las comprobaciones y pruebas adecuadas que hubieran detectado la discrepancia.

La discrepancia entre la posición calculada y medida, que resulta en la discrepancia entre la altitud de inserción de la órbita deseada y la real, había sido notada anteriormente por al menos dos navegantes, cuyas preocupaciones fueron descartadas porque "no seguían las reglas sobre cómo llenar [el] formulario para documentar sus preocupaciones ". Se convocó una reunión de ingenieros de software de trayectoria, operadores de software de trayectoria (navegantes), ingenieros de propulsión y gerentes para considerar la posibilidad de ejecutar la Maniobra de Corrección de Trayectoria-5, que estaba en el cronograma. Los asistentes a la reunión recuerdan un acuerdo para realizar TCM-5, pero finalmente no se hizo.

Costos del proyecto

Según la NASA, el costo de la misión fue de $ 327,6 millones en total para el orbitador y el módulo de aterrizaje, que comprende $ 193,1 millones para el desarrollo de naves espaciales, $ 91,7 millones para su lanzamiento y $ 42,8 millones para las operaciones de la misión.

Ver también

• Lista de misiones a Marte
• Lista de objetos artificiales en Marte
• Lista de errores de software
• Paso al sistema métrico

Notas

Referencias

enlaces externos

• Kit de prensa de lanzamiento de Mars Surveyor '98
• Mars Climate Orbiter llegada al kit de prensa de Marte
• Perfil de la misión Mars Climate Orbiter por la exploración del sistema solar de la NASA
• Archivo coordinado de datos de ciencia espacial de la NASA
• Informe de la Fase I de la Junta de Investigación de Accidentes del Orbitador del Clima de Marte - 10 de noviembre de 1999