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    Resuelto el misterio del giro del aterrizaje de Huygens

    La imagen, producido en el túnel de viento del Laboratorio PRISME de la Universidad de Orleans, Francia, muestra cómo fluye el aire a través de una réplica a escala 1:3 de Huygens, tal como se visualiza con humo blanco. Se tomó como parte de las pruebas subsónicas realizadas de 2017 a 2019 para determinar cómo giró la sonda Huygens de la ESA durante su descenso a Titán. Huygens fue liberado de Cassini girando en sentido antihorario pero, aproximadamente 10 minutos después de entrar en la atmósfera de Titán, El giro de la sonda se invirtió inesperadamente para girar en el sentido de las agujas del reloj. Siguió girando de esta manera durante el resto del descenso; Afortunadamente, la magnitud de este giro inverso fue similar a la esperada por los investigadores, lo que significa que el cambio inesperado afectó el tiempo de las observaciones planificadas, pero no afectó drásticamente su calidad. Las pruebas recientes ahora confirman la causa de este giro en la dirección de giro. Si bien la sonda estaba equipada con paletas para regular su giro, otros apéndices de la nave espacial produjeron un par en la dirección opuesta; esto solo se vio agravado por la forma en que estas paletas redirigieron el flujo de gas alrededor del cuerpo de la sonda, de modo que un 'negativo' general, o en el sentido de las agujas del reloj, Se creó el efecto de giro. También hay indicios de que las barreras del Instrumento de Estructura Atmosférica Huygens (HASI) podrían no haberse desplegado completa o simétricamente durante el descenso; este efecto está bajo investigación adicional. Crédito:CNRS / LPC2E / PRISME

    Hace quince años hoy, La sonda Huygens de la ESA hizo historia cuando descendió a la superficie de Titán, la luna de Saturno, y se convirtió en la primera sonda en aterrizar con éxito en otro mundo del sistema solar exterior. Sin embargo, durante su descenso, la sonda comenzó a girar en sentido contrario, y las pruebas recientes ahora revelan por qué.

    Lanzado en 1997, La misión Cassini-Huygens de NASA / ESA / ASI sigue siendo icónica y ha contribuido enormemente a nuestra comprensión de Saturno y su luna Titán desde su llegada al planeta anillado a finales de 2004.

    La misión comprendía un orbitador, Cassini, que pasó a orbitar Saturno durante más de 13 años después de convertirse en la primera nave espacial en hacerlo, y una pequeña sonda atmosférica, Módulo de aterrizaje Huygens de la ESA, que se dirigió a explorar las propiedades físicas y la atmósfera de Titán el 14 de enero de 2005.

    El arriesgado descenso de Huygens duró dos horas y 27 minutos, y los datos que recopiló la pequeña sonda facilitaron una gran cantidad de descubrimientos sobre esta fascinante luna.

    El módulo de aterrizaje devolvió las primeras mediciones in situ de la atmósfera de Titán, determinando su presión, densidad y temperatura desde una altitud de 1400 km hasta la superficie. El experimento de viento Doppler de la sonda (DWE) detectó fuertes vientos de este a oeste en la atmósfera de la luna, algunos de los cuales giraban más rápido que la propia luna. Explicó por qué la atmósfera de Titán contiene metano, nitrógeno, y diminutos aerosoles, y en que cantidades, y detectaron signos de procesos geológicos y características en el interior de la luna, como criovolcanismo y, potencialmente, un gran océano subterráneo.

    La experiencia de Huygens:una simulación de la parte final del descenso de Huygens a través de la atmósfera de Titán antes de aterrizar en la superficie. Crédito:Animación:ESA-C. Carreau / Schröder, Karkoschka y col. (2012). Imagen de la superficie de Titán:ESA / NASA / JPL / University of Arizona

    Atravesando y explorando la espesa bruma que envuelve la luna, la sonda también ayudó a los científicos a visualizar la superficie de Titán, Devolver evidencia de actividad acuosa pasada, como lechos de ríos secos y redes de drenaje y cuencas lacustres vacías durante mucho tiempo, y observaciones de las vastas dunas de arena y hielo.

    Sin embargo, una cosa seguía siendo un misterio:por qué Huygens giró en la dirección "incorrecta" durante su descenso. La sonda fue liberada por Cassini girando en sentido antihorario a una velocidad de 7,5 rotaciones por minuto. Debido al diseño de la sonda, su velocidad de giro ayudó a mantener estable a Huygens en primer lugar, ya que pasó tres semanas navegando hasta Titán, y luego, cuando finalmente entró en la atmósfera de la luna.

    Aunque Huygens inicialmente se comportó como se esperaba, durante el descenso, la velocidad de giro de la sonda disminuyó mucho más rápido de lo esperado, antes de dar marcha atrás después de aproximadamente 10 minutos para adoptar una dirección en el sentido de las agujas del reloj. Siguió girando de esta manera durante las dos horas y 15 minutos restantes de descenso; Afortunadamente, la magnitud de este giro inverso fue similar a la esperada por los investigadores, lo que significa que el cambio inesperado afectó el tiempo de las observaciones planificadas, pero no afectó drásticamente su calidad.

    Estudios anteriores han investigado este comportamiento (por ejemplo, un estudio realizado por Vorticity en 2014-2015) y pruebas subsónicas recientes en túnel de viento en el Laboratorio PRISME de la Universidad de Orleans, Francia, ahora confirma la causa principal. El estudio se llevó a cabo de 2017 a 2019 bajo un contrato de la ESA con LPC2E / CNRS-University of Orléans.

    Este gráfico muestra el 'perfil de giro' de la sonda Huygens de la ESA mientras descendía a la superficie de la luna de Saturno Titán el 14 de enero de 2005:la línea de puntos muestra el perfil predicho, mientras que la línea continua muestra el perfil real según lo rastrean los sensores de ingeniería a bordo de la sonda. El eje horizontal indica la hora UTC y el eje vertical la velocidad de giro (en revoluciones por minuto). Crédito:Reproducido de Lebreton et al. (2005)

    La Huygens estaba equipada con 36 paletas en ángulo que se utilizaron para controlar el giro del módulo de descenso. Sin embargo, dos de los principales apéndices de la sonda, el Subsistema de Separación (SEPS) y las antenas del Altímetro de Radar (RA), en realidad produjo un par inesperado opuesto al producido por las paletas. Este efecto se amplificó cuando las paletas alteraron el flujo de gas alrededor del módulo de descenso de una manera que aumentó la amplitud del "par negativo", el efecto que hizo que Huygens cambiara su dirección de giro, hasta que excedió la influencia de las paletas.

    La resolución de este misterio de ingeniería ayudará a informar el diseño de sondas de entrada en el futuro, fomentando nuestra exploración del sistema solar.

    También hubo indicios de que las barreras del Instrumento de Estructura Atmosférica Huygens (HASI) podrían no haberse desplegado por completo durante el descenso, por lo que se realizaron pruebas específicas en tres configuraciones diferentes:guardado, desplegada, y medio desplegado, y confirmó que puede surgir un par negativo en un despliegue no simétrico. Este efecto está bajo investigación adicional.


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