GRIAL

El Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad ( GRAIL ) fue una misión científica lunar estadounidense en el Programa de Descubrimiento de la NASA que utilizó un mapeo del campo gravitacional de alta calidad de la Luna para determinar su estructura interior. Las dos pequeñas naves espaciales GRAIL A ( Ebb ) y GRAIL B ( Flow ) [3] [4] fueron lanzadas el 10 de septiembre de 2011 a bordo de un único vehículo de lanzamiento: la configuración más poderosa de un Delta II , el 7920H-10. [1] [5] [6]El GRAIL A se separó del cohete unos nueve minutos después del lanzamiento, el GRAIL B lo siguió unos ocho minutos más tarde. Llegaron a sus órbitas alrededor de la Luna con 25 horas de diferencia. [7] [8] La primera sonda entró en órbita el 31 de diciembre de 2011 y la segunda siguió el 1 de enero de 2012. [9] Las dos naves espaciales impactaron la superficie lunar el 17 de diciembre de 2012. [10]

Laboratorio de recuperación e interior por gravedad
GRAIL.jpg
Interpretación del artista de la nave espacial en tándem GRAIL sobre la superficie lunar.
OperadorNASA  / JPL [1] [2]
ID COSPAR2011-046 (A, B)
SATCAT no.37801, 37802
Sitio webluna .mit .edu
Duración de la misión1 año, 3 meses, 7 días, 9 horas
Propiedades de la nave espacial
FabricanteInstituto de Tecnología de Massachusetts , LMSS
Masa de lanzamiento307 kg (677 libras)
Secado masivo132,6 kg (292 libras)
Energía( Matriz solar / batería de iones de litio )
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento10 de septiembre de 2011, 13: 08: 52.775  UTC ( 2011-09-10UTC13: 08: 52Z )
CoheteDelta II 7920H-10 D-356
Sitio de lanzamientoCabo Cañaveral SLC-17B
Servicio ingresado31 de diciembre de 2011 (reflujo)
1 de enero de 2012 (flujo)
Parámetros orbitales
Sistema de referenciaSelenocéntrico
RégimenÓrbita polar
Semieje mayor1.788,0 kilómetros (1.111,0 mi)
Altitud de periseleno25 kilómetros (16 mi)
Altitud aposelene86 kilómetros (53 mi)
Período113 minutos
Impactador lunar
Fecha de impactoGRAIL A: 17 de diciembre de 2012, 22:28:51 UTC
Sitio de impacto75 ° 36′30 ″ N 33 ° 24′15 ″ E / 75.6083 ° N 33.4043 ° E / 75.6083; 33.4043
Impactador lunar
Fecha de impactoGRAIL B: 17 de diciembre de 2012, 22:29:21 UTC
Sitio de impacto75 ° 39′01 ″ N 33 ° 09′51 ″ E / 75.6504 ° N 33.1643 ° E / 75.6504; 33.1643
GRAIL - GRAIL-logo-sm.png
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Disparo MoonKAM

Estudiantes de cuarto grado de la escuela primaria Emily Dickinson en Bozeman, Montana, quienes sugirieron nombres Ebb y Flow . [4]

Maria Zuber del Instituto de Tecnología de Massachusetts fue la investigadora principal de GRAIL. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA gestionó el proyecto. Al 5 de agosto de 2011, el programa había costado 496 millones de dólares. [11] Tras el lanzamiento, las naves espaciales se llamaron GRAIL A y GRAIL B y se abrió un concurso para que los escolares eligieran nombres. Cerca de 900 aulas de 45 estados, Puerto Rico y el Distrito de Columbia participaron en el concurso. Los nombres ganadores, Ebb and Flow, fueron sugeridos por estudiantes de cuarto grado de la Escuela Primaria Emily Dickinson en Bozeman, Montana . [4]

Cada nave espacial transmitió y recibió telemetría de las otras naves espaciales e instalaciones terrestres. Al medir el cambio en la distancia entre las dos naves espaciales, se obtuvo el campo de gravedad y la estructura geológica de la Luna. Las dos naves espaciales pudieron detectar cambios muy pequeños en la distancia entre sí. Los cambios en la distancia tan pequeños como un micrómetro fueron detectables y medibles. [12] [13] El campo gravitacional de la Luna fue cartografiado con un detalle sin precedentes. [14] [15] [16] [17]

  • Mapa de la estructura de la corteza lunar y la litosfera
  • Comprender la evolución térmica asimétrica de la Luna.
  • Determinar la estructura del subsuelo de las cuencas de impacto y el origen de las mascones lunares.
  • Determinar la evolución temporal de la brecha cortical y el magmatismo.
  • Restringir la estructura interior profunda de la Luna
  • Ponga límites al tamaño del núcleo interno de la Luna

La fase de recopilación de datos de la misión duró del 7 de marzo de 2012 al 29 de mayo de 2012, por un total de 88 días. Una segunda fase, a menor altitud, de recopilación de datos comenzó el 31 de agosto de 2012 [18] y fue seguida por 12 meses de análisis de datos. [14] El 5 de diciembre de 2012, la NASA publicó un mapa de gravedad de la Luna elaborado a partir de datos de GRAIL. [19] El conocimiento adquirido ayudará a comprender la historia evolutiva de los planetas terrestres y los cálculos de las órbitas lunares. [20]

Instrumentos

Mapa de gravedad de la Luna por GRAIL
  • K a band Lunar Gravity Ranging System (LGRS), derivado del instrumento Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). [21] El 90% del software GRACE se reutilizó para GRAIL. [22]
  • Baliza de radio ciencia (RSB)
  • Conocimiento de la luna adquirido por estudiantes de secundaria (MoonKAM). [23] Cada sistema MoonKAM (uno por nave espacial) consta de un controlador de video digital y cuatro cabezales de cámara. [24] Haga clic aquí [1] para ver una foto de MoonKAM desde la órbita lunar.

Propulsión

Los propulsores a bordo de cada nave espacial eran capaces de producir 22 newtons (4.9 lb f ). [21] Cada nave espacial fue alimentada con 103,5 kilogramos (228 libras) de hidracina para ser utilizada por los propulsores y el motor principal para permitir que la nave espacial entre en la órbita lunar y la transición a la fase científica de su misión. El subsistema de propulsión consistía en un tanque de combustible principal y un sistema de re-represurización que se activaron poco después de la inserción de la órbita lunar. [25]

Intentos de lanzamiento

Todas las horas están en EDT ( UTC -4).

IntentoPlanificadoResultadoGiro de vueltaRazónPunto de decisiónEl tiempo va (%)Notas
18 de septiembre de 2011, 8:37:06 amfregado [26]-vientos de alto nivel8 de septiembre de 2011, 8:30 am40%Un globo meteorológico fue lanzado minutos antes del punto de decisión para tomar las últimas lecturas de los vientos de nivel superior y los aviones de reconocimiento meteorológico de la Fuerza Aérea estaban en el aire a partir de las 7 am.
28 de septiembre de 2011, 9:16:12 amfregado [26]0 días, 0 horas, 39 minutosvientos de alto nivel8 de septiembre de 2011, 9:07 am40% [27]El alcance se reconfiguró para antenas omnidireccionales en lugar de rastrearse para soportar un azimut de 99 grados.
39 de septiembre de 2011, 8:33:25 amabandonado [26]0 días, 23 horas, 17 minutospropulsión de cohete40%Se detectó un problema con el sistema de propulsión del cohete mientras se drenaba el combustible del cohete Delta 2.
410 de septiembre de 2011, 8:29:45 amfregado [26]0 días, 23 horas, 56 minutosvientos de alto nivel10 de septiembre de 2011, 8:21 am60%
510 de septiembre de 2011, 9:08:52 amÉxito [26]0 días, 0 horas, 39 minutos

  • Los técnicos de la nave espacial cierran el carenado de carga útil alrededor de GRAIL antes del lanzamiento.

  • GRAIL espera su lanzamiento en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral .

  • El fuego y el humo iluminan un cielo azul mientras un cohete pesado Delta II de United Launch Alliance impulsa a GRAIL al espacio.

Fase de tránsito

Animación de la trayectoria de GRAIL-A del 10 de septiembre de 2011 al 17 de diciembre de 2012
   GRIAL-A   ·  Luna  ·  tierra
GRIAL-tránsito-Tierra-Luna
Animación de la trayectoria de GRAIL-A alrededor de la Luna del 31 de diciembre de 2011 al 30 de abril de 2012
   GRIAL-A   ·  Luna

A diferencia de las misiones del programa Apolo , que tardaron tres días en llegar a la Luna, GRAIL hizo uso de un crucero translunar de baja energía de tres a cuatro meses muy fuera de la órbita de la Luna y pasando cerca del punto L1 de Lagrange entre el Sol y la Tierra antes de realizar un bucle. de regreso al encuentro con la Luna. Esta trayectoria extendida y tortuosa permitió a la misión reducir los requisitos de combustible, proteger los instrumentos y reducir la velocidad de las dos naves espaciales a la llegada de la luna para ayudar a lograr las órbitas extremadamente bajas de 50 km (31 millas) con separación entre las naves espaciales (llegando con 25 horas de diferencia). de 175 a 225 km (109 a 140 millas). [20] [28] Las tolerancias muy estrictas en el plan de vuelo dejaron poco espacio para la corrección de errores, lo que condujo a una ventana de lanzamiento que duraba un segundo y brindaba solo dos oportunidades de lanzamiento por día. [27]

Fase de ciencia

La fase de ciencia primaria de GRAIL duró 88 días, del 7 de marzo de 2012 al 29 de mayo de 2012. Fue seguida por una segunda fase de ciencia que comenzó el 8 de agosto.

La técnica de mapeo de gravedad fue similar a la utilizada por Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), y el diseño de la nave espacial se basó en XSS-11 . [29]

Las fechas de inserción orbital fueron el 31 de diciembre de 2011 ( 31/12/2011 ) (para GRAIL-A) y 1 de enero de 2012 ( 2012-01-01 )(para GRAIL-B). [26]

La nave espacial se operó durante la fase de adquisición de 88 días, dividida en tres ciclos de mapeo de 27,3 días en el nadir . Dos veces al día había un pase de 8 horas a la vista de la Red de Espacio Profundo para la transmisión de datos científicos y "E / PO MoonKam". [30]

Fase terminal

Lugar de descanso final de GRAIL.
"> Reproducir medios
Esta animación muestra las últimas tres órbitas de la nave espacial, con vistas del lugar del impacto. El impacto ocurre en el lado nocturno de una luna creciente creciente, por lo que la vista cambia de una Luna de color natural a un mapa de elevación de color falso.
"> Reproducir medios
LRO sobrevuela el polo norte de la Luna, donde tiene una muy buena vista del impacto del GRAIL. La segunda parte de este video es la vista desde LRO a través de la rendija de LAMP, mostrando el impacto y la pluma resultante.

Experimento final y fin de la misión

Al final de la fase científica y una extensión de la misión, la nave espacial se apagó y se desmanteló durante un período de cinco días. La nave espacial impactó la superficie lunar el 17 de diciembre de 2012. [30] [31] [32] [33] [34] [35] Ambas naves espaciales impactaron una montaña lunar sin nombre entre Philolaus y Mouchez en 75 ° 37'N 26 ° 38'W / 75,62 ° N 26,63 ° W / 75,62; -26,63. Ebb, la nave espacial líder en formación, fue la primera en impactar. Flujo impactado momentos después. Cada nave espacial viajaba a 3,760 millas por hora (1,68 km / s). Se llevó a cabo un último experimento durante los últimos días de la misión. Los motores principales a bordo de la nave espacial se encendieron, agotando el combustible restante. Los planificadores de misiones utilizarán los datos de ese esfuerzo para validar modelos informáticos de consumo de combustible a fin de mejorar las predicciones de las necesidades de combustible para misiones futuras. [36] La NASA ha anunciado que el lugar del accidente llevará el nombre de la colaboradora de GRAIL y la primera mujer estadounidense en el espacio, Sally Ride . [37]

Luna - Oceanus Procellarum ("Océano de tormentas")
Antiguos valles del rift - estructura rectangular (visible - topografía - gradientes de gravedad GRAIL) (1 de octubre de 2014).
Antiguos valles del rift - contexto.
Antiguos valles del rift - primer plano (concepto del artista).

La gravedad atraviesa la materia. Además de la masa de la superficie, un campo de gravedad de alta resolución proporciona una apariencia borrosa, pero útil, debajo de la superficie. Los análisis de los datos de GRAIL han producido una serie de resultados científicos para la Luna.

  • La resolución del campo de gravedad ha mejorado en gran medida con respecto a los resultados anteriores a GRAIL. Los primeros análisis dieron la Gravitación de la Luna con campos de grado y orden 420 y 660. [38] [15] [16] Los análisis posteriores dieron como resultado campos de mayor grado y orden. [17] Se hicieron mapas del campo de gravedad.
  • Se determinaron la densidad y la porosidad de la corteza. [39] La corteza fue fragmentada por grandes impactos antiguos.
  • Se encontraron características lineales largas y estrechas que se interpretan como antiguas intrusiones tabulares o diques formados por magma. [40]
  • La combinación de datos de gravedad y rango láser lunar proporciona los 3 momentos principales de inercia. [41] Los momentos indican que un núcleo denso es pequeño.
  • Combinando la gravedad y la topografía lunar , se identificaron 74 cuencas de impacto circular. [42] Los fuertes aumentos de la gravedad asociados con las cuencas de impacto circular son mascons descubiertos por Muller y Sjogren. [43] Las anomalías de gravedad más fuertes provienen de cuencas llenas de material denso de yegua, pero la fuerte gravedad también requiere que el límite entre la corteza y el manto más denso se doble hacia arriba. Donde la corteza es más gruesa, puede que no haya relleno de yegua, pero el límite entre la corteza y el manto todavía está deformado hacia arriba.
  • Se infiere el radio, la densidad y la rigidez de las capas interiores. [44]
  • La cuenca Orientale es la cuenca de impacto más joven y mejor conservada de la Luna. [45] El campo de gravedad de esta cuenca de tres anillos fue mapeado en alta resolución.

  • Lista de objetos artificiales en la Luna
  • Gravimetría satelital
  • Selenoide

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  • GRAIL: Misión NASA
  • NASA GRAIL (Laboratorio interior y de recuperación de gravedad) - página de inicio de la misión
  • Página de inicio del MIT GRAIL
  • Misiones científicas de la NASA: GRAIL (Laboratorio interior y de recuperación de gravedad)
  • NASA 360 New Worlds New Discoveries 2/2 Consultado el 6/3/2011.
  • Detrás de las escenas de mi experiencia GRAIL de la NASA - Día uno (AM)