Sabueso 2
El Beagle 2 es un módulo de aterrizaje británico inoperativo que fue transportado por la misión Mars Express de la Agencia Espacial Europea en 2003. Estaba destinado a realizar una misión de astrobiología que habría buscado evidencia de vida pasada en Marte.
La nave espacial se desplegó con éxito desde el Mars Express el 19 de diciembre de 2003 y estaba programado para aterrizar en la superficie de Marte el 25 de diciembre. La ESA, sin embargo, no recibió ninguna comunicación del módulo de aterrizaje a la hora prevista de aterrizaje en Marte y declaró perdida la misión en febrero de 2004 después de numerosos intentos de contactar con la nave espacial.
El destino del Beagle 2's siguió siendo un misterio hasta enero de 2015, cuando se ubicó en la superficie de Marte en una serie de imágenes de la cámara HiRISE Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Las imágenes mostraron que aterrizó de manera segura, pero dos de sus cuatro paneles solares no se desplegaron, bloqueando la antena de comunicaciones de la nave espacial.
El Beagle 2 lleva el nombre del HMS Beagle, el barco que llevó al naturalista Charles Darwin en su viaje alrededor del mundo.
Antecedentes
Beagle 2 fue concebido por un grupo de académicos británicos encabezados por el profesor Colin Pillinger de la Open University en colaboración con la Universidad de Leicester. El proyecto fue diseñado y desarrollado por varios académicos y empresas del Reino Unido. El nombre de la nave espacial refleja su objetivo de buscar signos de vida pasada o presente en Marte. Según Pillinger:
"HMS" Beagle fue el barco que llevó a Darwin en su viaje alrededor del mundo en los años 1830 y condujo a nuestro conocimiento sobre la vida en la Tierra haciendo un salto cuántico real. Esperamos Beagle 2 hará lo mismo por la vida en Marte."
Una elipse de 50 por 8 kilómetros (31,1 por 5,0 millas) centrada en 11°32′N 90°30′E / 11,53 °N 90.50°E / 11.53; 90.50 en Isidis Planitia, una enorme cuenca sedimentaria plana que se superpone al límite entre las antiguas tierras altas y las llanuras del norte de Marte, fue elegido como lugar de aterrizaje. Se esperaba que el módulo de aterrizaje operara durante unos 180 días y se creía posible una misión extendida de hasta un año marciano (687 días terrestres). Los objetivos del módulo de aterrizaje Beagle 2 eran caracterizar la geología, la mineralogía, la geoquímica y el estado de oxidación del lugar de aterrizaje de las propiedades físicas de la atmósfera y las capas superficiales; recopilar datos sobre la meteorología y el clima marcianos; y buscar firmas biológicas.
El investigador principal, Colin Pillinger, creó un consorcio para diseñar y construir Beagle 2. Los miembros principales y sus responsabilidades iniciales fueron:
- Open University – Experiencias científicas líder del consorcio
- Universidad de Leicester – Gestión de proyectos, Gestión de misiones, Equipo de Operaciones de Vuelo, gestión de instrumentos y experimentos científicos
Colin Pillinger, líder del Beagle 2 proyecto, ilustrado en 2009 - Astrium – Socio industrial principal
- Martin-Baker – Sistema de entrada, descenso y aterrizaje
- Logica – Crucero, entrada, descenso y software de aterrizaje
- SCISYS – segmento terrestre y software de laminado
- Universidad de Gales, Aberystwyth – Brazo robótico
- McLaren Applied Technologies - materiales compuestos para los paneles solares
Astrium asumió la responsabilidad de la gestión del programa y Leicester asumió la responsabilidad de la gestión de la misión, lo que implicaba los preparativos para las operaciones posteriores al lanzamiento y el centro de control de operaciones.
En un esfuerzo por publicitar el proyecto y obtener apoyo financiero, sus diseñadores buscaron y recibieron el respaldo y la participación de artistas británicos. El distintivo de llamada de la misión fue compuesto por la banda Blur, y la 'tarjeta de prueba' (Placa objetivo de calibración) diseñada para calibrar las cámaras y espectrómetros del Beagle 2's después del aterrizaje fue pintado por Damien Hirst.
El Centro de Control de Operaciones de Lander (LOCC), desde el cual se controlaría la nave espacial, estaba ubicado en el Centro Espacial Nacional en Leicester y era visible para el público que visitaba el centro. El centro de control incluía sistemas operativos para controlar el Beagle 2, herramientas de análisis para el procesamiento de telemetría científica y de ingeniería, herramientas de realidad virtual para preparar secuencias de actividad, sistemas de comunicaciones y el Ground Test Model (GTM). El GTM estaba compuesto por versiones de los sistemas Beagle 2, reunidas para proporcionar un conjunto completo de componentes electrónicos de módulo de aterrizaje. El GTM se usó casi continuamente para validar los comandos de ingeniería y ciencia, ensayar la secuencia de aterrizaje y validar el software a bordo.
Financiación
The Beagle 2 lander was funded through a partnership arrangement involving the Open University, EADS-Astrium, the DTI, the Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), the Office of Science and Technology and ESA. La financiación también provenía del Centro Nacional de Ciencias Espaciales y de la Fundación Wellcome. Investigadores principales del Reino Unido para Beagle 2 procedieron de la Universidad Abierta (paquete de análisis de gas), la Universidad Leicester (sensores ambientales y espectrometros de rayos X) y el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard (sistemas de imagen).
—ESA
El presupuesto es secreto, pero se estimó entre 30 y 50 millones de libras esterlinas en 2004, que al tipo de cambio de entonces sería de unos 43 euros. 71 millones o US$54−89 millones. La revista New Scientist informó un presupuesto de £40 millones para Beagle 2, y otro medio dijo £50 millones. Se sabe que parte del trabajo fue donado o hecho a costo.
Naves espaciales y subsistemas
Brazo robótico y analizadores
Beagle 2 tiene un brazo robótico conocido como banco de trabajo ajustable de carga útil (PAW) que fue diseñado para extenderse después del aterrizaje. El brazo mide 109 cm (43 in) de largo cuando está completamente extendido y puede alcanzar unos 70 cm (28 in) hasta las rocas más cercanas. El PAW contiene un par de cámaras estereoscópicas, un microscopio con una resolución de 6 micrómetros, un espectrómetro Mössbauer, un espectrómetro de rayos X, un taladro para recolectar muestras de roca y una lámpara puntual.
La PAW debía pasar muestras de rocas a un espectrómetro de masas y un cromatógrafo de gases en el cuerpo del módulo de aterrizaje. El Gas Analysis Package (GAP) fue para medir las proporciones relativas de isótopos de carbono y metano. Dado que se cree que el carbono es la base de toda la vida, estas lecturas podrían haber revelado si las muestras contenían restos de organismos vivos. El metano atmosférico es otra señal de vida existente, aunque los procesos geológicos también pueden ser una fuente.
PLUTÓN
Beagle 2 está equipado con una pequeña herramienta de recuperación de muestras llamada Planetary Undersurface Tool o PLUTO (apodado el topo), que habría sido desplegada por el brazo robótico. PLUTO tiene un mecanismo de resorte comprimido que fue diseñado para permitirle moverse por la superficie a una velocidad de 20 mm por segundo y excavar en el suelo, recolectando una muestra del subsuelo en una cavidad en su punta. PLUTO está conectado al módulo de aterrizaje mediante un cable de alimentación de 3 metros (9,8 pies) que podría usarse como cabrestante para llevar la muestra de regreso al módulo de aterrizaje. Tenía la capacidad de excavar a profundidades de 1,5 metros (4,9 pies).
Especificaciones
El módulo de aterrizaje tiene la forma de un cuenco poco profundo con un diámetro de 1 m (39,4 pulgadas) y una profundidad de 0,25 m (9,8 pulgadas). La cubierta del módulo de aterrizaje tiene bisagras y se abre para revelar el interior de la nave, que contiene una antena UHF, el brazo robótico de 0,75 m (2,5 pies) de largo y el equipo científico. El cuerpo principal también contiene la batería, las telecomunicaciones, la electrónica, el procesador central, los calentadores, los elementos de carga útil adicionales y los sensores de radiación y oxidación. La tapa en sí debería haberse desplegado para exponer cuatro paneles solares en forma de disco. El paquete del módulo de aterrizaje, incluido el escudo térmico, los paracaídas y las bolsas de aire, tenía una masa de 69 kg (152 lb) en el momento del lanzamiento, pero el módulo de aterrizaje pesaba solo 33,2 kg (73 lb) en el momento del aterrizaje.
El segmento terrestre se derivó del kernel de software de la Agencia Espacial Europea conocido como SCOS2000. De acuerdo con el bajo costo de la misión, el software de control fue el primero de su tipo diseñado en una computadora portátil.
Perfil de la misión
Mars Express se lanzó desde Baikonur el 2 de junio de 2003 a las 17:45 UTC. El Beagle 2 se montó inicialmente en la cubierta superior del orbitador Mars Express de la Agencia Espacial Europea. Fue lanzado desde el orbitador en una trayectoria balística hacia Marte el 19 de diciembre de 2003. Beagle 2 navegó durante seis días después del lanzamiento y entró en la atmósfera marciana a unos 20 000 km/h (12 000 mph). Su aterrizaje previsto era a las 2:54 UT del 25 de diciembre. El módulo de aterrizaje estaba protegido del calor de la entrada por un escudo térmico revestido con NORCOAT, un material de ablación fabricado por EADS. Se estima que la compresión de la atmósfera marciana y la radiación del gas caliente dieron lugar a una tasa de calentamiento máxima de alrededor de 100 W/cm2.
Después de la desaceleración en la atmósfera marciana, se desplegaron paracaídas y, a unos 200 metros (660 pies) sobre la superficie, se inflaron grandes bolsas de aire alrededor del módulo de aterrizaje para protegerlo cuando golpeó la superficie. El aterrizaje se produjo alrededor de las 02:45 UTC del 25 de diciembre de 2003.
Después del análisis de las imágenes obtenidas en 2015, se ha conjeturado que después del aterrizaje, las bolsas se desinflaron y la parte superior del módulo de aterrizaje se abrió. Estas imágenes sugieren que, como máximo, solo se desplegaron dos de los cuatro paneles solares. Se suponía que se enviaría una señal a Mars Express después del aterrizaje y otra a la mañana siguiente (local) para confirmar que Beagle 2 sobrevivió al aterrizaje y la primera noche en Marte. Luego se suponía que se tomaría una imagen panorámica del área de aterrizaje usando la cámara estéreo y un espejo emergente, después de lo cual se habría liberado el brazo del módulo de aterrizaje. El brazo de aterrizaje debía desenterrar muestras para depositarlas en los instrumentos de estudio, y el "topo" se habría desplegado, arrastrándose por la superficie hasta una distancia de unos 3 metros (9,8 pies) desde el módulo de aterrizaje y excavando debajo de las rocas para recolectar muestras de suelo para su análisis.
El gobierno británico gastó más de £22 millones (US$40 millones) en Beagle 2, con el resto del total £44 millones (US$80 millones) provenientes del sector privado.
Misión fallida
Aunque la nave Beagle 2 se desplegó con éxito desde el Mars Express, no llegó la confirmación de un aterrizaje exitoso. Debería haber llegado el 25 de diciembre de 2003, cuando Beagle 2 iba a contactar con la nave espacial 2001 Mars Odyssey de la NASA. En los días siguientes, el Telescopio Lovell en Jodrell Bank no pudo captar una señal de Beagle 2. El equipo dijo que estaban "todavía esperanzados" de encontrar una señal de retorno exitosa.
Se hicieron intentos durante enero y febrero de 2004 para contactar a Beagle 2 utilizando Mars Express. El primero de ellos ocurrió el 7 de enero de 2004. Aunque se realizaron llamadas periódicas, se puso la esperanza en que la comunicación se produjera el 12 de enero, cuando Beagle 2 estaba preprogramado para esperar el Mars Express sonda para volar por encima, y el 2 de febrero, cuando se suponía que la sonda recurriría al último modo de respaldo de comunicación, transmisión automática. Nunca se estableció comunicación con Beagle 2, que fue declarado perdido el 6 de febrero de 2004 por la Junta Directiva de Beagle 2. El 11 de febrero, la ESA anunció que se llevaría a cabo una investigación sobre el fallo del Beagle 2. La junta de investigación no pudo encontrar razones concretas del fracaso de la investigación y enumeró razones plausibles en el informe que publicaron el 24 de agosto de 2004.
El 20 de diciembre de 2005, Pillinger publicó imágenes especialmente procesadas del Mars Global Surveyor que sugerían que Beagle 2 había aterrizado en un cráter en el lugar de aterrizaje en Isidis Planitia. Se afirmó que las imágenes borrosas mostraban el lugar del impacto principal como una mancha oscura y, a poca distancia, Beagle 2 rodeado por las bolsas de aire desinfladas y con sus paneles solares extendidos. La cámara HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter's tomó imágenes del área en febrero de 2007 y reveló el cráter. estaba vacio.
Pillinger especuló que había niveles de polvo más altos de lo esperado en la atmósfera marciana, que captura el calor, hizo que se expandiera y redujera su densidad, por lo que los paracaídas no pudieron ralentizar lo suficiente el descenso de la sonda. Esto haría que el aterrizaje fuera demasiado duro, dañando o destruyendo la sonda. En ese momento se produjeron otras hipótesis de falla. Si la atmósfera marciana fuera más delgada de lo esperado, la efectividad del paracaídas se reduciría y, por lo tanto, haría que el módulo de aterrizaje golpeara la superficie con suficiente velocidad para destruirlo. También se examinó la turbulencia en la atmósfera, que afectaría al paracaídas.
Los fracasos en las misiones a Marte son comunes. A partir de 2010, de 38 intentos de lanzamiento para llegar al planeta, solo 19 habían tenido éxito. Las fallas a veces se denominan informalmente la maldición de Marte.
Informe de investigación de la ESA/Reino Unido
En mayo de 2004, el informe de la Comisión de Investigación sobre Beagle 2 se presentó a la ESA y al ministro de ciencia del Reino Unido, Lord Sainsbury. Inicialmente, el informe completo no se publicó por motivos de confidencialidad, pero se anunció al público una lista de 19 recomendaciones.
David Southwood, director científico de la ESA, proporcionó cuatro escenarios de posibles fallas:
- Beagle 2 entró en condiciones atmosféricas fuera del rango asumido por sus diseñadores y pudo haber quemado. El escenario que podría haber "bounced off into space" fue presentado hacia adelante, pero esto no resiste a cerrar el escrutinio técnico. La cantidad de polvo en la atmósfera a menudo varía ampliamente, cambiando sus características de densidad y temperatura. Los márgenes elegidos en el diseño del escudo de calor y las cargas térmicas que puede soportar significan que el escenario de quemadura es improbable dado el ángulo de entrada-luz empinado, el arte podría haber dejado la atmósfera de nuevo.
- Beagle 2's Paracaídas o colgantes airbags no se desplegaron ni se desplegaron en el momento equivocado. Esto es apoyado por la observación a lo largo de la transferencia a Marte, el gaseo fuera de una sustancia y la condensación posterior en componentes ópticos de la Mars Express nave espacial que transporta Beagle 2 Lander fue observada. Esta observación sería consistente con una fuga en los generadores de gas de Beagle 2's airbags;
- Beagle 2's backshell enredado con el paracaídas, evitando que se abra correctamente. No está claro si la diferencia de arrastre aéreo entre la sonda con el paracaídas desplegado y la capa posterior del escudo de calor es suficiente para garantizar una distancia segura de separación;
- Beagle 2 se envolvió en sus airbags o paracaídas en la superficie y no pudo abrir. El enredamiento con el paracaídas parece plausible porque el estrop del paracaídas fue acortado del diseño original para salvar la masa. Asumiendo que las bolsas de aire desplegadas, Beagle 2 habría rebotado de la superficie en el paracaídas descendente.
Además, otros escenarios parecían plausibles y consistentes con el cuerpo de datos disponible:
- Beagle 2 puede haber movido sus airbags antes de que llegara a un descanso completo en la superficie. Por razones de masa y costo, el dispositivo Airbag-jettison fue diseñado para ser activado por un temporizador en lugar de por sensores de aceleración que habrían discernido cuando el paquete de carga había dejado de moverse. Debido a que el paquete de aterrizaje de la misión del Espíritu Rover de la NASA rebotó de la superficie en el cráter de Gusev muchas veces antes de llegar a una paralización, tomando mucho más tiempo de lo esperado—Beagle 2's temporizador puede haber sido fijado en un tiempo demasiado corto;
- La secuencia de despliegue del paracaídas fue diseñada para ser activada por tres acelerómetros. El sistema no fue diseñado para una lógica "mejor fuera de tres" pero el primer acelerómetro fue diseñado para calcular una velocidad de implementación segura había sido alcanzado; esto desencadenaría la secuencia de despliegue del paracaídas, incluso si la lectura del acelerómetro fuera defectuosa.
En febrero de 2005, tras los comentarios del comité selecto de ciencia y tecnología de la Cámara de los Comunes, el informe se hizo público y la Universidad de Leicester publicó de forma independiente un informe detallado de la misión, que incluía posibles modos de falla y "lecciones aprendidas".
Todas las hipótesis anteriores fueron refutadas en 2015 después de que Mars Reconnaissance Orbiter fotografiara los restos del módulo de aterrizaje: las imágenes muestran que la sonda aterrizó de manera segura y comenzó sus operaciones, desplegando algunos de los paneles solares antes de que una falla en tierra impidiera el despliegue completo de todos los paneles; esto evitó que la antena a bordo, oculta debajo del último panel solar, obtuviera visibilidad para cualquier orbitador, lo que imposibilitó cualquier forma de comunicación con el módulo de aterrizaje y provocó la pérdida de la misión. Este estado se detalla a continuación.
Descubrimiento de ubicación
La ubicación del Beagle 2 en Marte fue desconocida desde finales de 2003 hasta principios de 2015. El 16 de enero de 2015, más de once años después de su pérdida y ocho meses después de la muerte de Colin Pillinger, fuentes de noticias confirmaron a la NASA& #39;s Mars Reconnaissance Orbiter había localizado el módulo de aterrizaje, que se encuentra en la superficie de Isidis Planitia en 11°31′44″N 90° 25′53″E / 11.52879°N 90.43139°E / 11.52879; 90.43139, a unos 5 km (3,1 mi) del centro planificado de su zona de aterrizaje.
El 26 de abril de 2016, los nuevos métodos de visión artificial apilaron varias imágenes nuevas para crear una vista del módulo de aterrizaje. La técnica llamada Super-Resolution Restoration (SRR) permite mejorar la resolución tomando múltiples vistas y luego procesándolas intensamente. En ese momento, se necesitaban hasta cuatro días en las computadoras más rápidas disponibles para calcular una imagen mejorada a partir de cinco imágenes de 1000 por 2000 píxeles.
Estado del módulo de aterrizaje
El análisis de imágenes parece mostrar la sonda en la superficie y parcialmente desplegada, en el área de aterrizaje prevista, con objetos que se han interpretado como su paracaídas y cubierta trasera cerca. Aunque son posibles varias interpretaciones de la imagen, todas implican un despliegue incompleto de los paneles solares de la sonda. Las imágenes sugieren uno de los "pétalos" en el que están montados los paneles solares del módulo de aterrizaje no se abrió por completo, lo que impidió el despliegue de su antena de radio y bloqueó la comunicación. Como la antena de la sonda está debajo del último panel, no habría podido transmitir ni recibir en tal configuración, por lo que el módulo de aterrizaje no habría podido recuperarse incluso si sus sistemas aún estuvieran operativos. Los posibles escenarios de falla incluyen daños mecánicos durante el aterrizaje, ensuciamiento del mecanismo de despliegue y obstrucción de los paneles por una bolsa de aire.
Once años después del aterrizaje, dijo la ESA; "Beagle 2 logró salir a la superficie. Esto reivindica el enfoque del equipo de ingeniería para aterrizar en Marte. En una conferencia de prensa en Londres, UKSA señaló; "Beagle 2 ya no se pierde". En las reseñas de las misiones perdidas a Marte, se suele mencionar Beagle 2 y su redescubrimiento.
Después de que se encontrara Beagle 2, aparentemente intacto y con algunos paneles solares desplegados, se reevaluaron los eventos posteriores a su aterrizaje. Debido a que la fase inicial de la misión funcionó con energía de batería química, es posible que la memoria masiva de estado sólido (SSMM) del módulo de aterrizaje haya registrado algunos datos, incluso si no pudo obtener toda la energía de sus paneles solares. Eventualmente podría ser posible recuperar los datos. Un estudio ha revelado que Beagle 2 pudo haber entrado en su modo de operaciones de superficie preprogramado y recopilado datos después del aterrizaje, pero no los transmitió o la transmisión fue bloqueada por un panel cerrado.
Propuestas de misiones de seguimiento
Se ha propuesto un mayor uso de algunas características del diseño de la misión Beagle 2 para otros conceptos de misión:
- Beagle 2007
- Evolución de Beagle 2e (Beagle 3)
- BeagleNet (multiple Beagles y mini-rover)
- Beagle a la Luna
- ARTEMIS (multiple small Mars landers)
- MARGE (reutilizar un instrumento)
El topo PLUTO de Beagle 2 se observó en el desarrollo del paquete de propiedades físicas y flujo de calor (HP3) de InSight, un instrumento que también utiliza un brazo de autoexcavación.
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