ISRO hizo historia el 24 de septiembre de 2014, cuando la nave espacial india llamada Mangalyaan alcanzó la órbita de Marte en su primer intento. Esta misión convirtió a la India en la primera nación asiática en entrar en la atmósfera marciana y la única nación en lograrlo en su primer intento. A nivel mundial, la India se convirtió en el cuarto país en hacerlo, tras misiones anteriores llevadas a cabo por el Programa Espacial Soviético, la NASA y la Agencia Espacial Europea. Curiosamente, Japón y China también hicieron esfuerzos por llegar a Marte en 1998 y 2011, respectivamente, pero no tuvieron éxito.
Figura 1: Misión Mars Orbiter de la India, es decir, Mangalyaan
Qué es Mangalyaan:
Mangalyaan, término hindi para Mars Craft, es el satélite de la India que orbita Marte desde el 24 de septiembre de 2014. Fue lanzado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) el 5 de noviembre de 2013 desde la primera plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Satish Dhawan ubicado en Sriharikota, Andhra Pradesh. Fue despegado utilizando un cohete PSLV C25 en la primera misión interplanetaria del país. Después de pasar un mes en órbita terrestre, alcanzó la inyección Trans-Marte el 30 de noviembre de 2013 y finalmente entró en órbita marciana el 24 de septiembre de 2014.
La misión Mangalyaan es un proyecto diseñado principalmente para demostrar la capacidad de la India en la exploración interplanetaria. En segundo lugar, su objetivo es desarrollar tecnologías para explorar el Planeta Rojo y recopilar información vital sobre él con la ayuda de los cinco instrumentos que se enumeran a continuación.
Sensor de metano para Marte (MSM): El MSM fue diseñado para medir el CH4 en la atmósfera marciana y mapear sus fuentes.
Analizador de composición neutra exosférica de Marte (MENCA): analiza la composición neutra de partículas en el rango de 1 a 300 uma (unidad de masa atómica) con resolución de masa unitaria. Realiza cinco observaciones por órbita, y cada observación dura una hora.
Espectrómetro de imágenes térmicas infrarrojas (TIS): mapea la composición de la superficie y la mineralogía detrás de Marte, junto con el CO2 y la turbidez atmosférica.
Cámara en color de Marte (MCC): cada vez que se adquieren datos del MSM y TIS, esta cámara captura imágenes que informan las características y composición de la superficie marciana.
Costo de Mangalyaan
Figura 2: Comparación de costos de Mangalyaan y Maven (Fuente: NASA e ISRO)
ISRO logró colocar Mangalyaan en la órbita marciana con un coste total de sólo 450 millones de rupias, lo que en aquel momento equivalía a unos 73 millones de dólares. Hoy, esta cantidad se traduciría en alrededor de 66 millones de dólares. Esta cantidad fue sólo una fracción de lo que otros países gastaron en misiones similares, lo que convirtió a Mangalyaan en la misión interplanetaria más barata jamás realizada. Teniendo en cuenta que la distancia más larga entre Marte y la Tierra es de 400 millones de kilómetros, el coste de esta expedición es de aproximadamente 11 INR por kilómetro. Esto es más barato que un paseo en rickshaw en Mumbai.
Hablando de la NASA y la Agencia Espacial Europea, incurrieron en un coste de 671 millones de dólares y 200 millones de dólares respectivamente. Es interesante notar que incluso la película de Hollywood Gravity se hizo con un presupuesto total de 100 millones de dólares.
Según K Radhakrishnan, ex presidente de ISRO, este bajo costo se atribuyó a varios factores, como un enfoque modular, pocas pruebas de suelo y largas duraciones de trabajo (18 a 20 horas) para los científicos.
La física detrás del lanzamiento de Mangalyaan
Figura 3: Lanzamiento de Mangalyaan por ISRO
• Mangalyaan pesa alrededor de 1.350 kg, lo que equivale aproximadamente al peso de un coche pequeño. Uno de los aspectos más importantes de la misión fue detectar la presencia de metano y medir el ritmo de pérdida de gases atmosféricos hacia el espacio exterior, lo que luego podría usarse para recopilar datos sobre la historia del planeta.
• La nave espacial fue lanzada por el cohete PSLV C25 de la India, utilizando propulsión alternativa sólida y líquida en cuatro etapas. Al encender combustible sólido, el empuje no se podía regular, pero con combustible líquido se podía apagar o encender el motor. El orbitador se separó del cohete PSLV C25 y entró en la órbita elíptica de la Tierra.
• Ahora, a medida que el orbitador se alejaba de la Tierra, la velocidad disminuía y a medida que se acercaba a la Tierra, la velocidad aumentaba debido a la atracción gravitacional de la Tierra. Esto significaba que el motor sólo necesitaba ser encendido durante un corto período de tiempo, es decir, cuando el orbitador estaba cerca o la velocidad era alta. Esto aumentó la órbita y la velocidad utilizando la menor cantidad de combustible. Después de que se quemaron los 6 motores principales, logró ganar velocidad de escape y abandonó la esfera de influencia de la Tierra.
Para comprender el significado de velocidad de escape y esfera de influencia , analicemos brevemente el fenómeno. Como sabemos, el Sol es mucho más grande que cualquiera de los planetas y por tanto su fuerza gravitacional domina el sistema solar. Por lo tanto, la gravedad de un planeta sólo es más fuerte cuando un objeto está más cerca de ese planeta. Esta región alrededor del planeta se llama esfera de influencia del planeta y la velocidad necesaria para salir de esta esfera se conoce como velocidad de escape.
• Cuando Marte está en la posición correcta, el orbitador ha abandonado la Tierra en una dirección tangencial a la órbita de la Tierra. Entonces, poner el orbitador en una trayectoria que lo lleve a Marte se llama convenientemente inyección transmarciana. Como sabemos, la primera ley del movimiento de Newton establece que un objeto continúa en movimiento a menos que actúe sobre él una fuerza externa. Aplicando la misma regla aquí, el combustible se vio obligado a quemarse solo para definir la trayectoria y este proceso se llama maniobra de corrección de trayectoria.
• Otro factor que determinó la entrada de MOM en la órbita marciana fue el ángulo entre la Tierra, Marte y el Sol, que debe ser de aproximadamente 44 grados. Esta condición se da en el intervalo de tiempo de 780 días, implicando que si la misión no hubiera podido enviar el satélite en esa fecha específica, se habría pospuesto a enero de 2016 y posteriormente a mayo de 2018 y así sucesivamente.
Figura 4: Trayectoria de transferencia a Marte
• La distancia más corta entre la Tierra y Marte es de 54,6 millones, lo que significa que se necesita una cantidad extremadamente grande de combustible para cubrir esta distancia. Los científicos tuvieron que optar por la ruta más corta y luego reducir su velocidad para igualar la velocidad del planeta. Esto sólo fue posible a través de una órbita elíptica de unos 680 millones de kilómetros, que forma una tangente entre Marte y la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Este tipo de transferencia de un satélite/nave espacial de una órbita a otra se llama transferencia Hohmann.
Figura 5: Diagrama que representa el camino proyectado de Mangalyaan
• La velocidad del orbitador se detectó de la misma manera que se detecta la velocidad de los conductores en las autopistas. Se enviaron ondas de radio al orbitador para establecer comunicación con la Tierra. Cada vez que el orbitador se alejaba, cada onda tenía que recorrer una distancia mayor y, por tanto, la distancia entre ellas, es decir, la longitud de onda, aumentaba. Este cambio en la longitud de onda ayudó a calcular la velocidad del orbitador, también conocida como efecto Doppler.
Mangalyaan-2
Poco después del éxito de MOM, ISRO hizo un anuncio el 28 de octubre de 2014 sobre Mangalyaan 2, que será una misión interplanetaria de seguimiento. Además del orbitador, es probable que incluya un módulo de aterrizaje y un rover. Además, esta vez será construido conjuntamente por India y Francia. Los dos países firmaron una carta de intención para que ISRO y CNES construyan la nave espacial juntos para 2020.
ISRO ha planeado utilizar GSLV III PARA Chandrayaan 2 (misión a la Luna) en 2018 y posteriormente para Mangalyaan (misión a Marte) en 2020. Según algunos informes, la segunda iteración de Mangalyaan será 7 veces más pesada que la primera y se centrará en más Exploración intensa de Marte con un conjunto mejorado de equipos.
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