Encendido el motor de propulsión iónica de GOCE

GOCE counteracting drag
GOCE compensando la resistencia aerodinámica.
8 abril 2009

El sofisticado sistema de propulsión iónica de GOCE ha sido encendido y ya se ha confirmado que funciona correctamente, lo que marca otro hito crucial en la fase de entrada en servicio del satélite tras su lanzamiento.

El éxito de las medidas ultra-sensitivas de la gravedad que realizará GOCE depende del control preciso de la órbita y de la velocidad del satélite. El empuje del motor debe ser el justo y necesario para compensar la ínfima resistencia aerodinámica generada por los restos de atmósfera todavía presentes a la altura de la órbita de GOCE.

Un motor normal de reacción no sería capaz de realizar esta misión, por esto GOCE va equipado con un sofisticado sistema de propulsión eléctrica iónica.

Este sistema de tecnología punta no quema combustible como un motor cohete normal, sino que se alimenta con Xenón desde un tanque cargado con 40 Kg de este gas. A los átomos de Xenón se les arranca parte de sus electrones mediante una descarga eléctrica generada a partir de la energía solar, y los iones resultantes son expelidos en un chorro a alta velocidad por la parte trasera del satélite. Esto confiere a la nave un empuje muy moderado, constante y suave.El sistema de propulsión eléctrica iónica consta de dos motores redundantes montados externamente en el panel posterior del satélite. La potencia de estos motores se puede regular entre 1 y 20 miliNewtons (mN), y se ajusta automáticamente en función de la resistencia real que afecte al satélite una vez que GOCE esté en su fase de operaciones rutinarias.

View in ESOC's Main Control Room
Vista de la Sala de Control Principal de ESOC.

Esta es una fuerza extraordinariamente pequeña: un empuje de unos pocos mN equivale al peso de unas pocas gotas de agua en la Tierra. Aún así, al actuar de forma continua durante la fase de operaciones de GOCE, es suficiente para mantener una órbita de ‘caída libre’.

“El martes de la semana pasada encendimos la unidad-B del sistema de propulsión eléctrica, progresivamente a 1, 3 y 8.3 mN de empuje. El jueves encendimos la unidad-A. Ambas están funcionando correctamente”, comenta el responsable de Operaciones del satélite, Juan Piñeiro, en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) de la ESA, en Darmstadt, Alemania.

“Luego viene la fase en la que ‘despertaremos’ a los instrumentos, lo que nos pondrá en condiciones de empezar a operar el primer gradiómetro jamás lanzado al espacio. Tras confirmar que todos los instrumentos funcionan, estaremos listos para realizar comprobaciones intensivas del satélite y del sistema de procesado de datos científicos en tierra, que serán coordinados desde el Centro de Observación de la Tierra de la ESA, en Frascati, Italia”, comenta Rune Floberghagen, Jefe de isión GOCE.

El Equipo de Control de Vuelo está ahora trabajando en la Sala de Control de GOCE en ESOC, y continúa realizando comprobaciones operacionales desde que concluyó la fase crítica de Lanzamiento y Operaciones Iniciales el pasado 20 de Marzo.

Interior de GOCE.

Antes de la puesta en servicio del sistema de propulsión iónica GOCE estaba en vuelo libre (no propulsado), y se encuentra ahora a una altitud de aproximadamente 280 Km, descendiendo suavemente a una tasa de unos 190 m/día.

GOCE es el primer satélite de la ESA que emplea un sistema de control para anular la resistencia aerodinámica, en el que el satélite está en un estado puro de caída libre entorno a la Tierra, y es uno de los primeros satélites en utilizar un sistema de propulsión iónica para compensar continuamente la resistencia. El Subsistema de Compensación de la Resistencia y Control de Actitud (DFACS, en su acrónimo inglés) determina y controla de forma autónoma la actitud de apuntamiento del satélite, los movimientos angulares y lineales y las aceleraciones angulares.

El DFACS utiliza, entre otras variables de entrada, las señales del Gradiómetro Electrostático de Gravedad (EGG, en su acrónimo inglés) – el principal instrumento científico de abordo –, que proporciona información sobre la resistencia aerodinámica que experimenta GOCE. La propulsión se ajusta de forma automática para mantener la velocidad y altitud necesarias para la misión.

Otro factor clave es que la altura de la órbita de GOCE es extremadamente baja, con lo que la resistencia atmosférica y la actividad solar tienen efectos importantes en la trayectoria. El Sol calienta las capas superiores de la atmósfera, causando su expansión, lo que aumenta la resistencia que experimenta GOCE a una altura dada.

“La actividad solar se encuentra ahora en una época de mínimo, por lo que la atmósfera es menos gruesa de lo habitual y GOCE está experimentando menos resistencia que la planeada”, comenta Marco Antonio García Matatoros, Coordinador Principal de Dinámica de Vuelo de GOCE.

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