El Explorador de Circulación Oceánica en Estado Estacionario y Campo Gravitacional ( GOCE ) fue el primero de los satélites del Programa Planeta Vivo de la ESA destinado a cartografiar con un detalle sin precedentes el campo gravitatorio de la Tierra . La instrumentación principal de la nave espacial era un gradiómetro de gravedad altamente sensible que constaba de tres pares de acelerómetros que medían gradientes gravitacionales a lo largo de tres ejes ortogonales .
Tipo de misión | Investigación gravitacional | |||||||
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Operador | ESA | |||||||
ID COSPAR | 2009-013A | |||||||
SATCAT no. | 34602 | |||||||
Sitio web | http://www.esa.int/GOCE | |||||||
Duración de la misión | Planificado: 20 meses Final: 4 años, 7 meses, 3 días | |||||||
Propiedades de la nave espacial | ||||||||
Fabricante | Thales Alenia Space EADS Astrium | |||||||
Masa de lanzamiento | 1.077 kg (2.374 libras) | |||||||
Secado masivo | 872 kg (1.922 libras) | |||||||
Dimensiones | 5,3 m × 2,3 m (17,4 pies × 7,5 pies) | |||||||
Energía | 1600 vatios | |||||||
Inicio de la misión | ||||||||
Fecha de lanzamiento | 17 de marzo de 2009, 14:21 UTC [2] | |||||||
Cohete | Rockot / Briz-KM | |||||||
Sitio de lanzamiento | Cosmódromo de Plesetsk | |||||||
Contratista | Eurockot Launch Services GmbH | |||||||
Fin de la misión | ||||||||
Disposición | Decaimiento orbital | |||||||
Declarado | 21 de octubre de 2013 HUC [3] | |||||||
Ultimo contacto | 10 de noviembre de 2013, 22:42 UTC [4] | |||||||
Fecha de decaimiento | 11 de noviembre de 2013, 00:16 UTC [5] | |||||||
Parámetros orbitales | ||||||||
Sistema de referencia | Geocéntrico | |||||||
Régimen | Sincrónico con el sol [6] | |||||||
Altitud del perigeo | 254,9 km (158,4 millas) [6] | |||||||
Altitud de apogeo | 254,9 km (158,4 millas) [6] | |||||||
Inclinación | 96,7 grados | |||||||
Época | 29 de junio de 2010 [6] | |||||||
Transpondedores | ||||||||
Banda | Banda S | |||||||
Frecuencia | 2 GHz | |||||||
Banda ancha | hasta 1,2 Mbit / s descarga hasta 4 kbit / s carga | |||||||
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Insignia para la misión GOCE |
Lanzado el 17 de marzo de 2009, GOCE trazó un mapa de la estructura profunda del manto de la Tierra y examinó regiones volcánicas peligrosas. Aportó nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los océanos; esto en particular, fue uno de los principales impulsores de la misión. Al combinar los datos de gravedad con información sobre la altura de la superficie del mar recopilada por otros altímetros satelitales, los científicos pudieron rastrear la dirección y la velocidad de las corrientes oceánicas geostróficas . La baja órbita y la alta precisión del sistema mejoraron en gran medida la precisión conocida y la resolución espacial del geoide (la superficie teórica de igual potencial gravitacional en la Tierra).
La forma de flecha y las aletas únicas del satélite ayudaron a mantener estable a GOCE mientras volaba a través de la termosfera a una altitud comparativamente baja de 255 kilómetros (158 millas). Además, un sistema de propulsión de iones compensaba continuamente la desaceleración variable debida al arrastre de aire sin la vibración de un motor cohete convencional de propulsión química , lo que limitaba los errores en las mediciones del gradiente de gravedad causados por fuerzas no gravitacionales y restablecía la trayectoria de la nave lo más cerca posible. como sea posible a una trayectoria puramente inercial .
Después de quedarse sin propulsor, el satélite comenzó a caer fuera de órbita y realizó una reentrada incontrolada el 11 de noviembre de 2013. [1]
Descubrimientos y aplicaciones
Objetivos de la misión
- Para determinar anomalías del campo de gravedad con una precisión de 10 −5 m / s 2 (1 mGal ). [7] [8] [9] [10] Para aumentar la resolución, el satélite voló en una órbita inusualmente baja.
- Determinar el geoide con una precisión de 1 a 2 cm.
- Para lograr lo anterior con una resolución espacial mejor que 100 km.
Mapa y modelo de gravedad
El mapa de gravedad final y el modelo del geoide proporcionarán a los usuarios de todo el mundo un producto de datos bien definido que conducirá a:
- Una mejor comprensión de la física del interior de la Tierra para obtener nuevos conocimientos sobre la geodinámica asociada con la litosfera, la composición y reología del manto, los procesos de elevación y subducción.
- Una mejor comprensión de las corrientes oceánicas y el transporte de calor.
- Un sistema global de referencia de altura, que puede servir como superficie de referencia para el estudio de los procesos topográficos y el cambio del nivel del mar.
- Mejores estimaciones del grosor de las capas de hielo polares y su movimiento. [11]
Recomendaciones
El primer modelo de gravedad global de la Tierra basado en datos de GOCE se presentó en el Simposio Planeta Vivo de la ESA, en junio de 2010. [6]
Los resultados iniciales de la misión del satélite GOCE fueron presentados en la reunión de otoño (otoño) de 2010 de la Unión Geofísica Americana (AGU) por el Dr. Rory Bingham de la Universidad de Newcastle, Reino Unido. Los mapas producidos a partir de los datos de GOCE muestran las corrientes oceánicas con mucho más detalle de lo que había estado disponible anteriormente. [12] Incluso detalles muy pequeños como el Mann Eddy en el Atlántico Norte eran visibles en los datos, [13] al igual que el efecto del huracán Igor en 2010. [14] El análisis detallado de los datos del acelerómetro y el propulsor de GOCE reveló por casualidad que había detectó las ondas infrasónicas generadas por el terremoto de Tōhoku de 2011 (después de lo cual, inadvertidamente, se convirtió en el primer sismógrafo en órbita). [15]
Los resultados posteriores de los datos de GOCE expusieron detalles en el manto de la Tierra, incluidas las plumas del manto, las zonas de subducción antiguas y los restos del océano Tetis . [dieciséis]
El análisis posterior de los datos de GOCE también ha proporcionado nueva información sobre la composición geológica del continente antártico, incluida la detección de restos del continente antiguo y al menos tres cratones debajo del hielo antártico. [17] [18] [19]
Operaciones
Lanzamiento
El primer intento de lanzamiento el 16 de marzo de 2009 fue abortado debido a un mal funcionamiento de la torre de lanzamiento. [20]
GOCE se lanzó el 17 de marzo de 2009 a las 14:21 UTC desde el cosmódromo de Plesetsk en el norte de Rusia a bordo de un vehículo Rokot / Briz-KM . [21] El Rokot es un misil balístico intercontinental UR-100N modificado que fue dado de baja después del Tratado de Reducción de Armas Estratégicas. El lanzador utilizó las dos etapas inferiores de combustible líquido del misil original y estaba equipado con una tercera etapa Briz-KM desarrollada para una inyección en órbita precisa. GOCE fue lanzado a una órbita al atardecer-amanecer sincronizada con el Sol con una inclinación de 96,7 ° y un nodo ascendente a las 18:00. La separación del lanzador fue de 295 km. Luego, la órbita del satélite decayó durante un período de 45 días hasta una altitud operativa, prevista en 270 km. Durante este tiempo, se puso en servicio la nave espacial y se verificó la confiabilidad del sistema de propulsión eléctrica en el control de actitud [ necesita actualización ] . [22]
Operación
En febrero de 2010 se descubrió una falla en la computadora del satélite, lo que significó que los controladores se vieron obligados a cambiar el control a la computadora de respaldo.
En julio de 2010, GOCE sufrió una falla grave en las comunicaciones, cuando el satélite de repente no pudo transmitir datos científicos a sus estaciones receptoras. Las investigaciones exhaustivas realizadas por expertos de la ESA y la industria revelaron que el problema estaba casi con certeza relacionado con un enlace de comunicación entre el módulo del procesador y los módulos de telemetría de la computadora principal. [23] La recuperación se completó en septiembre de 2010: como parte del plan de acción, la temperatura del piso que aloja las computadoras se elevó en unos 7 ° C (13 ° F), lo que resultó en el restablecimiento de las comunicaciones normales. [24]
En noviembre de 2010, fecha prevista para la finalización de la misión original de 20 meses antes de que fuera retrasada por los fallos técnicos, se decidió extender la vida útil de la misión hasta finales de 2012 para completar el trabajo original y llevar a cabo otros 18- misión del mes para mejorar los datos recopilados. [25]
En noviembre de 2012, la órbita se redujo de 255 a 235 km (158 a 146 millas) para obtener datos de mayor resolución, momento en el que el combustible permaneció durante otras 50 semanas. [26]
Fin de misión y reingreso
En mayo de 2013 se llevó a cabo una nueva reducción a 229 km (142 millas).
El satélite se quedó sin su propulsor de xenón en octubre de 2013, momento en el que tardaría de 2 a 3 semanas en volver a entrar. [27] El 18 de octubre de 2013, la ESA informó que la presión en el sistema de combustible del motor de iones de GOCE había caído por debajo de 2,5 bar, que es la presión de funcionamiento nominal necesaria para encender el motor. [28] Posteriormente, el 21 de octubre se declaró formalmente el fin de la misión cuando la nave espacial se quedó sin combustible; privado de xenón, la unidad de iones dejó de funcionar a las 03:16 UTC. [3] [29]
El 9 de noviembre de 2013, un informe publicado indicó que se esperaba que el satélite volviera a entrar en uno o dos días. [30] [31] Para esta fecha, la altitud del perigeo había decaído a 155 km (96 millas). [32]
El 10 de noviembre, la ESA esperaba que el reingreso ocurriera entre las 18:30 y las 24:00 UTC de ese día, con la franja terrestre de impacto más probable que se extendiera principalmente por las regiones oceánicas y polares. [33]
Su órbita descendente el 11 de noviembre de 2013 pasó sobre Siberia , el Océano Pacífico occidental , el Océano Índico oriental y la Antártida . [34] [35] El satélite finalmente se desintegró alrededor de las 00:16 UTC del 11 de noviembre cerca de las Islas Malvinas . [5] [36]
Diseño
Carga útil
La carga útil principal del satélite era el gradiómetro de gravedad electrostática (EGG) para medir el campo de gravedad de la Tierra . Este instrumento constaba de tres pares de acelerómetros capacitivos dispuestos en tres dimensiones que respondían a pequeñas variaciones en el 'tirón gravitacional' de la Tierra mientras viajaba a lo largo de su trayectoria orbital. Debido a su posición diferente en el campo gravitacional, todos experimentaron la aceleración gravitacional de la Tierra de manera ligeramente diferente. Los tres ejes del gradiómetro permitieron la medición simultánea de los cinco componentes independientes del tensor del gradiente de gravedad .
Otra carga útil fue un receptor GPS a bordo utilizado como instrumento de seguimiento de satélite a satélite (SSTI); un sistema de compensación para todas las fuerzas no gravitacionales que actúan sobre la nave espacial. El satélite también estaba equipado con un retrorreflector láser para permitir el seguimiento mediante estaciones terrestres de medición por láser de satélite . [37]
Potencia y propulsión
El marco de 5 × 1,1 m (16 × 4 pies) de GOCE tenía paneles solares fijos que cubrían su lado que daba al sol, lo que producía 1.300 vatios de potencia. [38] Los paneles fueron configurados para actuar como aletas, estabilizando la nave espacial mientras orbitaba a través del aire residual en la termosfera .
El motor eléctrico de propulsión iónica , diseñado y construido en el centro espacial de QinetiQ en Farnborough, Inglaterra, expulsó iones de xenón a velocidades superiores a 40.000 m / s (140.000 km / h; 89.000 mph), lo que compensó las pérdidas por desintegración orbital. La misión de GOCE terminó cuando se vació el tanque de combustible de xenón de 40 kg (88 lb). [7] Los propulsores de iones duales de tipo Kaufman podrían producir hasta 20 milinewtons (0,0045 lbf) de empuje. [39]
Aunque su vida útil prevista era de 20 meses, un informe de la ESA en junio de 2010 sugirió que la actividad solar inusualmente baja (lo que significa una atmósfera superior más tranquila y, por lo tanto, menos resistencia a la nave) significaba que el combustible duraría más de los 20 meses previstos, posiblemente hasta 2014. En realidad, el fin de misión se declaró formalmente el 21 de octubre de 2013 después de 55 meses, con los últimos 11 meses en una órbita más baja (con mayor densidad de aire y por tanto mayor consumo de combustible). [40]
Ver también
- GRACE (NASA; DLR; en órbita 2002-2017) y la misión de seguimiento GRACE-FO
- SLATS (JAXA), también utiliza propulsores de iones para mantener la altitud
- Gravimetría satelital
Referencias
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enlaces externos
- Sitio de GOCE de la Agencia Espacial Europea
- Sitio de GOCE por ESA Earth Explorers
- Sitio de GOCE por Operaciones de la ESA
- Sitio de GOCE por ESA eoPortal