La sonda japonesa SLIM y por qué es tan difícil sobrevivir a la noche lunar

Recientemente, la agencia espacial japonesa JAXA anunció que la sonda espacial SLIM había sobrevivido a su segunda noche lunar. El 19 de enero de 2024 a las 15:20 UTC SLIM hizo historia al convertirse en la primera sonda japonesa en aterrizar en la superficie lunar, aunque de forma un tanto accidentada: uno de los dos motores falló durante el descenso y la boquilla se desprendió. a unos 50 metros de altitud, provocando una inesperada velocidad lateral y de giro que acabó con el morro de la sonda atrapado en el suelo. Sin embargo, la misión cumplió la mayoría de sus objetivos – el principal era demostrar un aterrizaje de precisión en una zona predeterminada de antemano – y el 31 de enero se transmitió a la nave la orden de hibernación para la noche lunar. Previamente se transmitió la última imagen del primer día lunar, en la que ya se veían largas sombras proyectadas por las rocas con el Sol bajo en el horizonte.

SLIM no fue diseñado para sobrevivir a la gélida noche de nuestro satélite y todos esperaban que sucumbiera a las bajas temperaturas, del mismo modo que la sonda india Chandrayaan 3 no pudo despertar el año pasado después de completar su misión de selenita de un día. Más recientemente, el módulo lunar estadounidense Nova-C Odysseus de la misión IM-1 tampoco pudo sobrevivir la noche después de finalizar una peligrosa misión en la que cayó de costado durante el aterrizaje. En cualquier caso, el 15 de febrero volvió a salir el Sol en la zona de aterrizaje de SLIM, al este del cráter Shioli (13.31549º sur, 25.24889º este), y una semana después, con la región suficientemente iluminada, JAXA comenzó a intentar comunicarse con el Investigacion. El 25 de febrero aproximadamente a las 10:00 UTC, contra todo pronóstico, la sonda respondió. Al fin y al cabo había podido soportar el frío de la noche, aunque no envió datos debido a las altas temperaturas del mediodía. El 21 de febrero, JAXA publicó una imagen de una cámara de navegación tomada por SLIM en su segundo día lunar. Posteriormente se hizo pública otra foto con el Sol mucho más bajo.

Aunque se intentó utilizar la cámara MBC (Cámara espectroscópica multibanda), esto no funcionó bien y probablemente se vio dañado por las bajas temperaturas nocturnas. El 28 de febrero a las 18:00 UTC, el Sol se puso nuevamente sobre el área del cráter Shioli. El 25 de marzo, con el Sol nuevamente lo suficientemente alto, JAXA se comunicó nuevamente con SLIM. La sonda respondió demostrando que había sobrevivido a su segunda noche lunar, y el 28 de marzo, coincidiendo con la puesta del sol, se publicó una nueva imagen de la cámara de navegación. Lamentablemente, JAXA ha informado de nuevos fallos en la sonda y es muy posible que, esta vez, no dure una noche más, pero nadie se atreve a apostar en contra de la pequeña sonda japonesa.

¿Por qué es tan difícil sobrevivir a la noche en la Luna? Las sondas espaciales tienen que soportar temperaturas extremas en la superficie lunar que pueden oscilar entre 114-124 ºC durante el día y -180 ºC por la noche (las temperaturas nocturnas son constantes, pero las diurnas varían mucho dependiendo de la orografía y la latitud; en la mayoría de los casos En latitudes extremas la diferencia de temperatura entre el día y la noche es mucho menor). Aunque ciertamente es un rango llamativo, son temperaturas que cualquier satélite puede encontrar en el vacío del espacio. El problema es la duración de la noche lunar: 14 días (una rotación lunar son 28 días), lo que obliga a diseñar un barco capaz de aguantar dos semanas a temperaturas muy bajas. Para conseguirlo hay que tomar múltiples medidas, como hibernar el barco o añadir varias capas de aislamiento y colocar calefactores en los sistemas más sensibles, especialmente las baterías, que actualmente son el eslabón más débil a la hora de diseñar sistemas para soportar la noche. lunar (no hay baterías en el mercado que puedan funcionar por debajo de -60 ºC y la mayoría no soporta temperaturas inferiores a -20 ºC).

Por otro lado, no hay que olvidar que el día lunar también presenta sus complicaciones a la hora de diseñar el sistema de control térmico de la nave, porque la temperatura varía a medida que el Sol sale y luego cae en el cielo. El movimiento del Sol también provoca que las sombras cambien de longitud y posición, complicando la modelización del régimen térmico de un barco fijo (por ejemplo, hay que evitar que los radiadores queden expuestos a la luz solar) y, además, hay que tenerlo en cuenta. . Cuenta el calor emitido por la propia superficie. Problemas aparte, con SLIM Japón se suma al selecto club de países con sondas que han sobrevivido a la noche lunar, integrado hasta la fecha por Estados Unidos, la Unión Soviética y China. La mayoría de las sondas que han soportado las temperaturas de la noche lunar utilizan generadores de radioisótopos (RTG) o calentadores de radioisótopos (RHU). Los RTG/RHU de Estados Unidos son plutonio-238, mientras que la URSS utilizó polonio-210 para el Lunokhod y China ha utilizado RTG y RHU suministrados con plutonio suministrados por Rusia en las misiones Chang’e 3 y 4. Antes de SLIM, sólo algunas sondas Surveyor de la NASA habían podido sobrevivir varias noches lunares utilizando baterías. Sin embargo, los recientes avances en baterías deberían facilitar que más sondas aguanten la noche sin necesidad de utilizar radioisótopos, aunque para estancias largas (muchos meses o años), esta sigue siendo la opción más segura (además de los reactores nucleares, por supuesto).

El récord de permanencia en la superficie lunar lo ostenta la sonda china Chang’e 3, que permanece activa después de diez años y tres meses, aunque ya no envía datos científicos importantes. Le siguen los ALSEP de las misiones Apolo 12, 14, 15 y 16, luego la sonda Chang’e 4 y el rover Yutu 2, el ALSEP del Apolo 17, cada uno con 60 o más noches lunares. Los ALSEP (Paquete de experimentos de superficie lunar Apollo) eran los equipos experimentales que portaban las tripulaciones de las misiones Apolo 12 a 17 y estaban propulsados ​​por un RTG tipo SNAP-27 con plutonio-238. Los ALSEP activos se apagaron el 30 de septiembre de 1977 para ahorrar dinero, por lo que, en teoría, podrían haber durado varios años más (el Apolo 11 no llevaba un ALSEP, pero sí el EASEP -sin RTG, pero con RHU- y el ALSEP del módulo lunar Aquarius del Apolo 13 terminó en el fondo del Océano Pacífico). La lista de barcos que han sobrevivido a la noche lunar es la siguiente:

1. Chang’e 3 (2013): 127 noches lunares (Aún en activo). RTG/RHU con plutonio-238 de Rusia.
2. ALSEP Apolo 12 (1969): 98 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
3. ALSEP Apolo 14 (1971): 83 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
4. ALSEP Apolo 15 (1971): 77 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
5. ALSEP Apolo 16 (1972): 68 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238.
6. Chang’e 4 y Yutu 2 (2019): 63 noches lunares (siguen activos en el lado oculto). RTG/RHU con plutonio-238 de Rusia.
7. ALSEP Apolo 17 (1972): 60 noches lunares. RTG SNAP-27 con 3,8 kg de óxido de plutonio-238 de 70 vatios.
8. Yutu 1 (Chang’e 3, 2013): 31 noches lunares. RHU con plutonio-238 de Rusia.
9. Lunokhod 1 (Luna 17, 1970): 11 noches lunares. Polonio-210 RHU.
10. Agrimensor 1 (1966): 6 noches lunares. Pilas de plata-zinc.
11. Lunokhod 2 (Luna 21, 1973): 4 noches lunares. Polonio-210 RHU.
12. Agrimensor 5 (1967): 3 noches lunares. Pilas de plata-zinc.
13. DELGADO (2023): 2 noches lunares (Aún en activo). Baterías de iones de litio.
14. Lander Chang’e 5 (2019): 1 noche lunar? Baterías.
15. Agrimensor 6 (1967): 1 noche lunar (duró un poco después de revivir). Pilas de plata-zinc.
16. Agrimensor 7 (1968): 1 noche lunar. Pilas de plata-zinc.
17. EASEP Apolo 11 (1969): 1 noche lunar. Dos calentadores RHU de 15 vatios.

En los próximos años se multiplicará el número de sondas a la superficie lunar. Algunos, como Chang’e 7 u 8, probablemente llevarán RTG/RHU para sobrevivir la noche, y otros serán diseñados con este objetivo en mente (como el rover VIPER de la NASA). Muchas de estas sondas estarán destinadas al polo sur, donde la duración de la noche lunar puede ser mucho más corta y donde los extremos térmicos son menos intensos. Esperemos que romper la barrera de la noche lunar se convierta en la norma y no en la excepción.

Referencias:

• https://www.lpi.usra.edu/leag/reports/Lunar-Night-Workshop-Report-071619-update.pdf
• https://mediatum.ub.tum.de/doc/1687567/mhrhcbkk3lddt5530dakus7gi.Janos%20Daniel%20Biswas.pdf