Dawn Journal: Qué esperar después del lanzamiento…

Toda la secuencia de lanzamiento está programada para que Dawn abandone la Tierra en un punto cuidadosamente elegido en el sistema solar. Para cada posible día de lanzamiento, un extenso análisis ha establecido el plan matemáticamente óptimo para alcanzar Vesta y Ceres, mundos lejanos que llaman y que Dawn busca desvelar. Los análisis explican los efectos gravitatorios del Sol y todos los planetas, y las estrategias resultantes (modificadas un poco de las soluciones matemáticamente perfectas) incluyen momentos en los que Dawn empujará con su sistema de propulsión de iones y momentos en los que se desplazará por inercia. Como se informó en otro registro, muchos años de empuje exquisitamente suave permiten que la sonda incansablemente paciente remodele su órbita alrededor del Sol para encontrarse con sus destinos. Como veremos en los registros posteriores al lanzamiento, los primeros 80 días de la misión se dedicarán a verificar los sistemas de la nave espacial y prepararse para el largo viaje que se avecina. En L + 80 días, comienza el impulso necesario para seguir el plan de vuelo, y el tiempo de la secuencia de lanzamiento se organiza para que Dawn esté en la ubicación correcta del sistema solar, a unos 27 millones de kilómetros (17 millones de millas) de la Tierra. , En ese tiempo.

La segunda y la tercera etapa permanecen en la órbita de la Tierra, de modo que luego del ascenso desde Cabo Cañaveral, se posicionan correctamente para impulsar a Dawn a alcanzar su ubicación requerida casi 3 meses después. Si el lanzamiento se produce antes del 10 de octubre, la pausa en el disparo de la segunda etapa durará unos 42 minutos 37 segundos. (Debido a que el sistema solar se reorganiza constantemente, los lanzamientos cerca del final del período de lanzamiento requerirán intervalos ligeramente más largos. Mantener un intervalo constante durante la mayor parte del período de lanzamiento es un grado de flexibilidad habilitado por el sistema de propulsión iónica y se eligió para reducir el gran volumen de trabajo requerido para diseñar las trayectorias de lanzamiento de otoño en el poco tiempo disponible).

Si el lanzamiento se hubiera producido en junio o julio, Dawn habría partido en una dirección muy diferente, a la que se habría llegado con una pausa mucho más corta en la órbita terrestre. Para llevar su preciada carga útil al nuevo punto de partida del viaje interplanetario, el cohete Delta ahora necesita 33 minutos y 30 segundos más para viajar desde la plataforma de lanzamiento hasta su objetivo que el 8 de julio. tiempo, el cohete realiza un «rollo de barbacoa», lo que permite que todas las partes reciban la misma exposición al Sol caliente, la Tierra cálida y el espacio frío. Después de cambiar a la orientación programada, la segunda etapa comienza a rodar a la velocidad perezosa de 1 revolución cada 6 minutos. Durante los 29 minutos y 50 segundos de barbacoa, Dawn disfruta del hermoso resplandor de su planeta natal por última vez. Estos son algunos de los últimos momentos de tranquilidad antes de que entre en funcionamiento en un viaje de casi 8 años y 5100 millones de kilómetros (3200 millones de millas).

El motor de la segunda etapa se vuelve a encender a L + 51 minutos 35 segundos mientras se encuentra a una altitud de 179 kilómetros (111 millas) y funciona durante 2 minutos 39 segundos. Cincuenta segundos después, para terminar su contribución a la misión de Dawn, la segunda etapa dispara 4 pequeños cohetes apuntando alrededor de su circunferencia para hacer girar la tercera etapa y la nave espacial a 48 rpm. (A diferencia de la primera y la segunda etapa, la tercera etapa se estabiliza mediante rotación giroscópica, como una bala giratoria o una pelota de fútbol). Aquí es cuando el equilibrio de la nave espacial se vuelve más importante. La segunda etapa se separa en L + 55 minutos 8 segundos.

Durante los siguientes 37 segundos, el ensamblaje giratorio continúa siguiendo la órbita en la que lo dejó la segunda etapa, y luego comienza la combustión final del Delta. La tercera etapa dispara durante 86 segundos, y durante ese tiempo excede la «velocidad de escape» para que tenga suficiente energía para liberarse del control gravitatorio de la Tierra. Cuando el motor sólido se quema, está solo a una altitud de 275 kilómetros (171 millas), pero la Tierra es demasiado débil para frenar la nave que retrocede rápidamente lo suficiente como para traerla de vuelta. (Haga una pausa aquí para un momento de asombro: 80 días después, la nave espacial estará unas 100 mil veces más lejos de la Tierra). nunca se caerá. Estará en su propia órbita alrededor del Sol, viajando a 11,46 kilómetros por segundo (7,12 millas por segundo o 25.600 millas por hora) en relación con la Tierra. Con la tercera etapa pasada, para el resto de la misión, la propulsión a bordo se logrará solo con iones.

Cuando la segunda etapa hace girar la nave espacial, el propulsor de xenón almacenado en el interior no gira inmediatamente hasta 48 rpm, al igual que cuando gira un vaso lleno de líquido, el líquido tarda un tiempo en alcanzar su recipiente. (Reconocemos que algunos lectores viven en planetas sin líquidos, pero la analogía se aplica también a los gases. De hecho, el xenón de Dawn se mantiene a una temperatura y presión que crean un estado especial llamado «supercrítico», en el que soporta algunos similitud con un gas y algo con un líquido. Por sorprendentes que sean sus propiedades, el xenón supercrítico no debe confundirse con los superhéroes que pueden tener nombres similares.) La fricción entre la nave espacial que gira rápidamente y el xenón en su interior hace que el giro de la nave espacial se ralentice. y la tasa de giro del xenón para crecer. El proyecto Dawn ha invertido un gran esfuerzo durante los últimos 2 años para comprender el comportamiento detallado del xenón mientras la nave espacial está girando. Esto ha implicado tanto técnicas de análisis sofisticadas como pruebas de giro con un tanque de exactamente la misma forma y tamaño que el de Dawn lleno de un fluido con propiedades similares a las del xenón. Con base en este trabajo, los ingenieros pueden predecir qué tan rápido la nave espacial y el xenón cambiarán las velocidades de giro del otro.

Una vez que la tercera etapa ha terminado de dispararse, permanece unida de forma segura a Dawn durante otros 4 minutos y 50 segundos. Aunque el escenario se estabiliza girando, la nave espacial no funciona de esa manera; sin embargo, en ese momento, estarían girando juntos a 46 rpm, demasiado rápido para el sistema de control de este último. Por lo tanto, comenzando 5 segundos antes de la separación, la tercera etapa activa un sistema sorprendentemente simple para reducir su velocidad de rotación. Envueltos alrededor del Delta hay dos cables, cada uno de 12,15 metros (39 pies y 10 pulgadas) de largo. Al final de cada uno hay una pesa de 1,44 kilogramos (3 libras y 3 onzas) hecha de aluminio y tungsteno. Cuando se sueltan los cables, el giro hace que se desenrollen. A medida que llevan las pesas más y más lejos, el giro se ralentiza debido al mismo principio que hace que un patinador sobre hielo gire más rápido al meter los brazos o más lento al extenderlos a los costados. Después de 4 segundos, cuando están completamente desenrollados, los cables se desenganchan de la nave espacial. Con sus pesos aún unidos, entran en órbitas independientes alrededor del Sol; quizás uno de ellos sea estudiado por un futuro arqueólogo del sistema solar.

Los valores de estos pesos «yo-yo» se eligen cuidadosamente y tienen una precisión de aproximadamente 1 gramo (0,04 onzas) para lograr el cambio requerido en la velocidad de giro. La ligera reducción de masa de la tercera etapa debido a la eliminación del lastre requirió un pequeño cambio en los pesos yo. Evitando tanto la dieta como el ejercicio, los técnicos optaron por la extracción quirúrgica de 7 gramos (0,2 onzas) de cada uno.

Incluso con una tercera etapa de 204 kilogramos (450 libras) (que pesaba 2224 kilogramos, o 4903 libras, antes de que comenzara a gastar su propulsor) y una nave espacial de 1218 kilogramos (2685 libras), el pequeño sistema yo-yo detiene el gira e incluso lo invierte, dejando a Dawn girando a 3 rpm en la dirección opuesta a su giro original. Aproximadamente 1 segundo después de que los cables se hayan separado, la conexión entre Dawn y su cohete se corta y los resortes los separan.

Solo 62 minutos y 1 segundo después del despegue, mientras se encuentra a 1.021 kilómetros (635 millas) sobre su mundo natal, el Delta se despide de la nave espacial. La tercera etapa, su razón de ser cumplida y sin más propósito, continúa por sí misma a través del vasto vacío del sistema solar. Pero su desconexión de Dawn activa sensores en la nave espacial que alertan a la computadora central sobre la separación.

Girando lentamente a 3 rpm en una dirección, con el interior de xenón girando a 39 rpm en la dirección opuesta: el original — dirección (porque el propulsor todavía va a la zaga de su contenedor), Dawn espera 8 minutos y 20 segundos. Eso es suficiente tiempo para que la nave espacial y el xenón disminuyan la velocidad del otro, y después de eso, los sistemas de Dawn están listos para funcionar.

En el siguiente registro, poco antes del lanzamiento, veremos qué planea hacer la nave espacial mientras el control de la misión espera saber de ella. Esa actualización del registro del 5 de julio también tendrá una sugerencia especial para nuestros lectores en Hawái, Alaska y cerca de las Pléyades sobre cómo captar la luz temprana de Dawn menos de 2 horas después del despegue.

Dr. Marc D. Rayman
12 de septiembre de 2007

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