Fobos-Grunt

Datos de la misión
Nombre:	Fobos-Grunt
Destino:	Fobos
Organización:	Roskosmos
Tipo de misión:	Principal: recogida de muestras y regreso a la Tierra Secundarias: 1 aterrizador en Fobos Yinghuo: orbitador de Marte MetNet: 2 estaciones meteorológicas en Marte
Cohete lanzador:	Zenit
Lanzamiento: (previsto)	2009 o 2011, Baikonur
Llegada a Marte:(prevista)	2010 o 2012
Duración de la misión: (prevista)	Fobos-Grunt: 1 año terrestre MetNet: 2 años marcianos
Regreso a la Tierra: (previsto)	entre el 15 de junio y el 20 de julio de 2012[1] 2014 (en caso de lanzamiento el 2011)
Masa:	Total:11.100 kg (total) 2.104 kg (sin combustible) Etapa de regreso: 148 kg (total) Yinghuo-1: 115 kg MetNet: 16 kg (x2)
Presupuesto:	Fobos-Grunt:1.500 millones de rublos (64'4 millones de dólares)[2] MetNet: 1 millón de euros (x2)

La sonda Fobos-Grunt (en ruso: Фобос-Грунт) es una misión planeada por Rusia con el objetivo principal de explorar la luna Fobos del planeta Marte. Por su parte Grunt se refiere a suelo o tierra, ya que la sonda pretende recoger una muestra de la superficie del satélite y regresar con ella a la Tierra. En inglés es frecuente encontrar a esta misión con otros nombres, especialmente como Phobos-Grunt pero también como Fobos Explorer y Phobos Sample Return Mission.

Será la primera misión interplanetaria de Rusia desde el fracaso de la Mars 96. En el proyecto participan también China y Finlandia que construyen, respectivamente, un orbitador y dos estaciones meteorológicas, así como colaboraciones menores de otros países.

La Fobos-Grunt propiamente dicha se compone de dos módulos y ambos aterrizarán en Fobos. El más pequeño, cargado con las muestras, volverá a la Tierra en el 2012. El más grande, que permanecerá en la superficie del satélite durante un año, estudiará el medio ambiente de Marte, incluyendo su atmósfera, las tempestades de arena, el plasma y la radiación y también servirá de enlace de comunicaciones con las estaciones finlandesas.

El desarrollo de la sonda se inició en 2001 y los diseños iniciales finalizaron en 2004. Se prevéia que la misión seria lanzada en octubre de 2009, utilizando un vehículo lanzador Zenit, pero la misma fue aplazada para mediados de 2011.

Contenido 1 Objetivos de la Misión 2 Desarrollo del proyecto 2.1 Inicios 2.2 Dificultades 3 Propulsión 3.1 Estapa de crucero & aterrizador 3.2 Etapa de retorno 4 Instrumental científico 5 Desarrollo de la misión 6 Participación china 7 Participación finlandesa 7.1 Desarrollo de la misión 7.2 Instrumentación 8 Posible relé para ExoMars 9 Véase también 10 Fuentes 11 Enlaces externos

Objetivos de la Misión

• Recolectar muestras de suelo (regolito) de Fobos y regresar con ellas a la Tierra
• Estudio in situ de las propiedades físicas y químicas de la superficie de Fobos.
• Estudio de la estructura interna de Fobos.
• Análisis de los movimientos de Fobos.
• Monitoreo de la atmósfera de Marte, incluyendo la dinámica de las tormentas de polvo y los cambios estacionales.
• Estudiar el entorno marciano, como el nivel de radiación, plasma y polvo planetario.

Desarrollo del proyecto

Inicios

La misión se concibió en 1999 pero, debido a la profunda crisis económica rusa, no tuvo asignación presupuestaria hasta el 2004. Los retrasos hicieron que la fecha inicial de lanzamiento -2007- resultara demasiado precipitada, así que se postergó para el 2009. Al mismo tiempo, para abaratar costes, se redujo el tamaño de la sonda que pasó de lanzarse con un Proton al más pequeño y económico Soyuz.

La construcción, a cargo de NPO Lavochkin, comenzó en el 2006. De la parte científica se encargan el IKI (Instituto de Investigaciones Espaciales) y el Instituto Vernadsky de Geoquímica y Química Analítica. El Instituto Keldysh de Matemática Aplicada (conocido en inglés como KIAM) es el responsable del cálculo de trayectorias. Por su parte el Centro Pilyugin (con la colaboración del KIAM) desarrolla el sistema de control de navegación de la sonda.

La inclusión de la sonda china Yinghuo-1 excedía las capacidades de carga del Soyuz, por lo que se decidió cambiar el cohete lanzador por el Zenit, lo que permitiría también el lanzamiento en el 2011 a pesar de que las condiciones son menos favorables.

Inicialmente se estudió la posibilidad de incorporar propulsión iónica a la sonda, concretamente unos SPT-140 construidos por la OKB Fakel. Sin embargo en la documentación presentada por NPO Lavochkin en el MAKS de 2007 no se mencionan, lo que hace pensar que esta opción ha sido descartada en favor de motores químicos, probablemente debido a las dificultades que plantea para el sistema de navegación.

Dificultades

A fecha de mayo de 2008 se habían construido varios elementos de la sonda pero faltaban bastantes por terminar. De hecho muchos observadores independientes indicaron que la construcción de la Fobos-Grunt estaba encontrando retrasos, afirmando que el lanzamiento deberá retrasarse al 2011. En concreto, según dichas fuentes, han aparecido los siguientes problemas:

• La carencia de personal especializado tras años de inactividad.
• La integración de la sonda china Yinghuo-1.
• La restauración de las estaciones de seguimiento terrestres (abandonadas desde el lanzamiento de la Mars 96).
• La construcción del instrumental científico.
• El hardware de la sonda no cumple los requisitos técnicos ni tiene suficiente fiabilidad. Se citan especialmente:
  • las válvulas de combustible
  • el control térmico
  • el sistema eléctrico
  • el sistema de control de vuelo
  • el sistema de control del instrumental científico

Se discute la idoneidad de incluir tantos instrumentos científicos (unos 20), lo que obedecería al intento de contentar a todos los estamentos científicos rusos para así evitar disputas internas.

Algunos críticos afirman que semejante cantidad obedece también al hecho de que los rusos no confían en que el retorno de las muestras tenga éxito, por lo que al menos intentarán recoger la mayor cantidad posible de datos de Fobos y de Marte. Algunos analistas consideran que la elección del Zenit como lanzador es poco fiable ya que este cohete nunca ha lanzado un objeto más allá de órbita terrestre; por este motivo consideran que es posible que se decida finalmente utilizar el Proton.

A pesar de esto el director general de NPO Lavochkin insiste en que la construcción avanza según lo previsto y que, a diferencia de la Mars 96, se cuenta con presupuesto suficiente, por lo que el lanzamiento no sufrirá retrasos.

Propulsión

El desarrollo de la propulsión corre a cargo de NIIMASH.

Estapa de crucero & aterrizador

Utiliza 4 motores de tipo 11D458F, que emplea propergoles hipergólicos (óxido de nitrógeno+dimetalhidracina asimétrica). El motor pesa 3 kg, su empuje máximo es de 392'4 N y la velocidad de eyección de los gases 2.960 m/s.

Para orientarse cuenta con 4 propulsores de tipo 11D457F, que también emplean los mismos propergoles (NTO/UDMH). El empuje de cada motor es de 53'9 N, la masa de 1'2 kg y la velocidad de eyección de los gases 2.842 m/s y pueden encenderse en intervalos comprendidos entre 0,03 y 200 s . Además de la orientación este sistema es el responsable de realizar las maniobras de descenso sobre Fobos.

Etapa de retorno

El motor principal tiene 130,5 N de empuje y utiliza también óxido de nitrógeno+dimetalhidracina asimétrica. El sistema se completa con cuatro tanques para los elementos hipergólicos.

Para presurizar los tanques de combustible y asegurar la orientación de la sonda cuenta con 16 propulsores de 0,8 N de empuje cada uno, que utilizan nitrógeno como impulsor. Este nitrógeno se almacena en dos depósitos.

Instrumental científico

La misión tiene alrededor de 20 instrumentos científicos que pesan un total de 50 kg. Todos ellos deberían ser entregados al constructor (NPO Lavochkin) entre finales del 2008 y principios del 2009. La lista del instrumental es:

• Instrumentos ópticos: la sonda lleva dos pares de cámaras, a cada lado del aterrizador, capaces de tomar imágenes estereográficas.
  • Cámaras de gran angular (ShTK): se usarán para estudiar la superficie de Fobos, determinar la altura, seleccionar el lugar de descenso y tomar imágenes durante el mismo. A una altura de 1 km podrán obtener imágenes con una resolución de 0,4 m, momento en el que la sonda, de forma automática, escogerá el lugar de aterrizaje (se optará por la zona que presente menores contrastes, señal de que se trata de una zona poco accidentada). El proceso se repetirá hasta unos 15 metros de altura, momento en el que se procederá a la maniobra final de aterrizaje. Una vez la sonda haya aterrizado se podrán obtener imágenes del entorno con una resolución de 1 mm
  • Cámaras de pequeño angular (UTK): se usarán para fotografiar Fobos con alta resolución (a 30 km la resolución será de 0,5 m/píxel).
  • Espectrómetro Fourier: análisis de los componentes menores de la atmósfera marciana.
• Estructura y composición de Fobos:
  • Paquete de análisis de gases: desarrollado conjuntamente entre el CNES francés y el IKI ruso. Su principal objetivo es el análisis molecular de la superficie de Fobos. Cuenta con varios instrumentos.
    • Analizador termodiferencial
    • Cromatógrafo de gases: analizará los gases a partir de su conductividad térmica. Se trata de una adaptación del instrumento que ha desarrollado el CNES para la Mars Science Laboratory de la NASA.
    • Espectrómetro láser de diodo sintonizable: intentará detectar la presencia de moléculas de agua, dióxido de carbono y metano.
    • Espectrómetro de masas: combinado con el cromatógrafo de gases, permitirá determinar las moléculas detectadas.
  • Espectrómetro Mossbauer: búsqueda de hierro en la superficie de Fobos. Versión mejorada del MIMOS II que llevan los todoterrenos Spirit y Opportunity.
  • Espectómetro de neutrones (NS HEND): basado en el HEND, llevado por la Mars Odyssey.
  • Espectómetro de rayos gamma: completa el NS HEND.
  • Espectrómetro infrarrojo: dedicado al estudio mineralógico.
  • Espectrómetro láser: dedicado al estudio mineralógico.
  • Espectómetro de masas de iones secundarios: dedicado al estudio mineralógico.
  • Radar de onda larga: estudio de la estructura interior de Fobos y características eléctricas del mismo.
  • Sismómetro: estudio del interior de Fobos y gravimetría.
  • Sonda térmica: determinación de las características térmicas del regolito.
  • Brazo robótico: brazo para la recogida de muestras. Lleva, además, una microcámara y otros instrumentos.
  • Sistema de recogida de muestras:
• Plasma y campo magnético
  • Espectómetro de electrones:
  • Espectómetro de iones:
  • Magnetómetro:
• Mecánica celeste
  • Sensores solares: la sonda lleva dos, ubicados en la etapa de regreso, junto a la cápsula con las muestras. Se usarán para mantener los paneles solares orientados hacia nuestra estrella. Es posible que, finalmente, también se equipe a la etapa de crucero con estos sensores.
  • Sensores estelares (BOKZ-MF): la sonda lleva dos, situados en la etapa de crucero. Se usarán, además de para la navegación de la sonda, para el estudio de la libración de Phobos.
  • Oscilador ultra-estable: experimento de mecánica celeste.
• Polvo
  • Contador de polvo: estudio del polvo en torno a Marte y en las proximidades y órbita de Fobos.
  • Detector de micro-meteoritos: monitoreo de micrometeoritos.
• Biología
  • LIFE (Living Interplanetary Flight Experiment): experimento de la Sociedad Planetaria que consiste en enviar junto a la sonda pequeñas muestras de microorganismos. Estarán representadas las arqueas, las bacterias y células eucariotass. Al regreso de la Fobos-Grunt se comprobará cómo les ha afectado el viaje interplanetario. Uno de los objetivos del experimentos es determinar si es posible que la vida, usando meteoritos como vehículo, viaje de un planeta a otro.

Desarrollo de la misión

La sonda usará una etapa Fregat para escapar de la gravedad terrestre y dirigirse hacia Marte. Sin embargo la extraña configuración de la misión (la Yinghuo-1 irá instalada debajo de la Fobos-Grunt, por lo que que ésta no podrá usar sus motores principales en el viaje. En cuanto a los MetNet, serán instalados en la propia Fregat) hace que la Fregat acompañe al conjunto hasta su llegada a Marte. Una vez allí se liberarán los MetNet para que caigan al planeta y, tras un último encendido de la Fregat para colocar al conjunto Fobos-Grunt+Yinghuo-1 en órbita marciana, se desechará la etapa. Tras esto, se separará la Yinghuo-1 de la Fobos-Grunt.

Una vez en solitario, la Fobos-Grunt estará sólo compuesta por la etapa de crucero/aterrizaje (1.480 kg) y la de regreso (210 kg). Tras la captura inicial, se irá reduciendo la órbita para aproximarse paulatinamente a la de Fobos. Finalmente, la sonda se aproximará al satélite, procediendo al aterrizaje.

Dada la baja gravedad de Fobos se corre el riesgo de que la sonda rebote al posarse. Para evitarlo unos motores "empujarán" la sonda hacia abajo una vez toque suelo (un procedimiento similar al que se pretendió usar en las misiones lunares tripuladas LK).

Inicialmente se pensó en instalar un taladro que penetrara en el subsuelo para recoger muestras. Sin embargo, dada la baja gravedad de Fobos, esta opción se ha desestimado que ya si hace demasiada fuerza hacia abajo se corre el peligro de que vuelque la sonda. Así pues finalmente se optó por instalar en su lugar una pala. El hecho de recoger sólo muestras de la superficie (la pala no penetrará más de unos 25 mm) no parece ser un problema ya que en los penetradores del Programa Luna no se observó gran diferencia entre el terreno de superficie y el subsuelo. Sin embargo sí que se considera crítico obtener muestras de piedras, ya que el polvo será material reprocesado una y otra vez y probablemente refleje más la composición de los meteoritos que han ido cayendo en Fobos que no del propio satélite. La pala puede recoger muestras de hasta 1,25 cm de diámetro. Se espera que se efectúen unas 15-20 recolecciones, con un total de 150 g de suelo. Tras cada extracción una tubería llevará las muestras a un contenedor especial situado en la cápsula de regreso. La recolección durará entre dos días y una semana.

La etapa de retorno despegará de la luna, quedando inicialmente en órbita de Marte. Tras diversas maniobras, abandonará el planeta para dirigirse a la Tierra. Mientras tanto el grueso de la sonda permanecerá en Fobos, monitorizando Marte y sirviendo de enlace de comunicaciones con otras misiones.

Poco antes de reingresar en la atmósfera terrestre, la cápsula con las muestras (8 kg) se separará de la etapa que la ha llevado hasta allí. La cápsula tiene una forma parecida a la de las naves Soyuz y no aterrizará mediante paracaídas o retrocohetes sino por impacto directo. Para facilitar su localización está dotada de una radiobaliza.

Participación china

En la misión colabora China, que tiene previsto enviar junto con la Fobos-Grunt la pequeña sonda (unos 100 kg) Yinghuo-1, que entrará en órbita de Marte para estudiar el entorno del planeta. Además, la Universidad Politécnica de Hong Kong desarrolla equipos para la sonda que aterrizará en Fobos.

La sonda permanecerá adosada a la Fobos-Grunt y se separará de ella cuando la rusa haya efectuado la maniobra de frenado para entrar en órbita marciana. La Yinghuo-1 quedará en una órbita elíptica de 800 × 80.000 km y una inclinación de 5º tardando 3 días en completar una revolución a Marte y no lleva combustible para cambiar de órbita. Se espera que esté funcionando al menos un año terrestre.

Participación finlandesa

Finlandia ha desarrollado unas pequeñas estaciones de aterrizaje (llamadas MetNet) para estudiar el tiempo marciano. Finlandia baraja la posibilidad de lanzar un MetNet en el 2008 en vuelo suborbital terrestre. Se preparan diversos MetNet como cargas auxiliares de otras misiones, siendo la Fobos-Grunt la primera de ellas. Las fuentes rusas hablan de una sola MetNet a bordo de la Fobos-Grunt, mientras que las finlandesas hablan de dos. La colaboración entre las dos naciones se produce como forma de pago de la deuda que tiene contraída Rusia con Finlandia.

Desarrollo de la misión

Los NetMet pueden enviarse a Marte de camino al planeta o bien una vez en órbita, para la Fobos-Grunt se ha escogido la primera opción, lo que significa que volarán en solitario durante unos días o semanas.

Los lugares de aterrizaje previstos para la Fobos-Grunt no han sido anunciados, si bien se tiene preferencia por:

• Estudiar zonas científicamente interesantes (polos, Hellas Planitia, Tharsis...).
• Estudiar zonas ya caracterizadas con anterioridad (lugares de aterrizaje de las Viking y Mars Pathfinder).
• Para la Mars MetNet, crear una red de unas 5 estaciones relativamente cercanas entre sí.

Las sondas se protegerán del calor de la reentrada mediante un escudo inflable. Una vez la velocidad haya decaído hasta mach 0,8, cuando se abrirá un nuevo escudo inflable. La velocidad de impacto sobre la superficie marciana será de unos 45-55 m/s (160-200 km/h) y la deceleración máxima unos 500 G. Unos dos o tres semanas después del aterrizaje, una vez comprobado el estado de las sondas, comenzarán las operaciones rutinarias.

El objetivo es que los NetMet estén funcionando durante dos años marcianos; si la misión termina ese plazo con éxito se plantea la posibilidad de extenderla por otros dos.

El pequeño tamaño de las MetNet hace imposible su comunicación directa con la Tierra. Las estaciones de aterrizaje se comunicarán con algún orbitador (Fobos-Grunt o Mars Reconnaissance Orbiter p.e.) que, a su vez, retransmita a la Tierra. Las estaciones pueden transmitir a un ritmo de 16 kbps.

Las MetNet usan RTGs rusos como fuente de energía. Cada uno de los RTGs pesa 400 g y proporcionan sólo 0,5 W de potencia, por lo que para hacer funcionar los instrumentos hay que recurrir a baterías, que pesan 260 g.

Cada estación de aterrizaje pesa unos 20 kg. A esto hay que añadirle 10 kg necesarios para la conexión entre la estación y el orbitador.

Instrumentación

En total las MetNet llevan 14 instrumentos científicos, que pesan un total de 2 kg .

Durante la fase de descenso la sonda tomará datos mediante instrumentos dispuestos en su parte exterior. Dispone de: cámara, termómetro y barómetro. Cuenta, además, con un acelerómetro en su interior.

Una vez haya chocado contra el suelo entrarán en servicio los siguientes instrumentos:

• En un mástil que se desplegará hacia arriba: anemómetro, cámara, termómetro e higrómetro. En este mástil se encuentra, además, la antena de comunicaciones.
• En el interior de la sonda, por debajo del nivel del suelo: sismómetro, detector de agua y termómetros de subsuelo.
• En la parte exterior de la sonda, por encima del nivel del suelo: medidor de la transparencia atmosférica.
• Conectados a la sonda mediante cables, en la superficie del suelo: magnetómetro y analizador del suelo.

Posible relé para ExoMars

Se ha especulado con la posibilidad de que la Fobos-Grunt sirva como enlace de comunicaciones para la misión ExoMars de la Agencia Espacial Europea, cuyo lanzamiento está previsto para el 2013. No obstante eso dependerá en gran medida de la fecha de lanzamiento de la Fobos-Grunt, pues se considera improbable que la sonda rusa siga funcionando para esas fecha si finalmente se lanza el 2009. Si la Fobos-Grunt finalmente se retrasa se considera, en cambio, factible.

Véase también

• Mars 96
• MetNet
• Yinghuo-1

Fuentes

• Un vistazo a la sonda Phobos-Grunt
• Phobos-Grunt, misión al día
• Página de la ESA sobre la Fobos-Grunt (en inglés)
• China y Rusia colaboran en misión a Marte (en inglés)
• Hong Kong triunfa también en el campo de la investigación espacial
• China coge el tren hacia Marte
• Russian Space Web (en inglés)
• Mission possible (en inglés)
• Russian programme for deep space exploration (en inglés)
• MetNet Instituto Meteorológico Finlandés (en inglés)
• YouTube Animación de la sonda (en ruso)

Enlaces externos

• Phobos-Grunt, esquemas de la sonda (en ruso).
• Esbozo de la sonda (en checo)