El 9 de febrero 2017, Misión Magnetosférica Multiescala de la NASA, conocido como MMS, comenzó un viaje de tres meses hacia una nueva órbita. MMS vuela en una órbita altamente elíptica alrededor de la Tierra y la nueva órbita llevará a MMS dos veces más lejos de lo que había volado anteriormente. En la nueva órbita que inicia la segunda fase de su misión, MMS continuará mapeando las características fundamentales del espacio alrededor de la Tierra, ayudándonos a comprender esta región clave a través de la cual viajan nuestros satélites y astronautas. MMS volará directamente a través de regiones, donde ocurren explosiones gigantes llamadas reconexión magnética, nunca antes observadas en alta resolución.

Lanzado en marzo de 2015, MMS utiliza cuatro naves espaciales idénticas para mapear la reconexión magnética, un proceso que ocurre cuando los campos magnéticos chocan y se vuelven a alinear explosivamente en nuevas posiciones. Los científicos e ingenieros de la NASA vuelan MMS en una formación cercana sin precedentes que permite que la misión viaje a través de regiones donde los campos magnéticos del sol interactúan con los campos magnéticos de la Tierra, pero mantener cuatro naves espaciales en formación no es nada fácil.

"Esta es una de las misiones más complicadas que Goddard haya realizado en términos de dinámica de vuelo y maniobras, "dijo Mark Woodard, Director de la misión MMS en el Goddard Flight Space Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Nadie en ningún lugar ha realizado vuelos en formación como este antes".

Para formar una imagen tridimensional de reconexión, la misión vuela cuatro satélites individuales en una formación piramidal llamada tetraedro. Mientras que una misión conjunta de la ESA (Agencia Espacial Europea) / NASA anterior voló en una formación similar, MMS es el primero en volar en una formación tan estrecha, a solo cuatro millas de distancia en promedio. Mantener esta estrecha separación permite el mapeo de alta resolución, pero agrega una dimensión adicional de desafío a volar MMS, que ya es una empresa compleja.

Volando una nave espacial como uno sospecharía, no se parece en nada a conducir un coche. En lugar de centrarse en solo dos dimensiones:izquierda y derecha, hacia adelante y hacia atrás, también debe considerar hacia arriba y hacia abajo. Agregue a eso, mantener las cuatro naves espaciales MMS en la formación tetraédrica específica necesaria para el mapeo tridimensional, y tienes un gran desafío. Y no olvide evitar los desechos espaciales y otras naves espaciales que puedan cruzarse en su camino. Oh, y cada nave espacial gira como un trompo, añadiendo otra capa a la vertiginosa complejidad.

"Típicamente, se necesitan aproximadamente dos semanas para realizar todo el procedimiento de diseño de maniobras, "dijo Trevor Williams, Líder de dinámica de vuelo de MMS en NASA Goddard.

Williams lidera un equipo de aproximadamente una docena de ingenieros para asegurarse de que la órbita de MMS se mantenga en el camino correcto. Durante una semana normal de operaciones, las maniobras, que han sido cuidadosamente elaborados y calculados de antemano, se finalizan en una reunión a principios de semana.

Para calcular su ubicación, MMS usa GPS, como un teléfono inteligente. La única diferencia es que este receptor GPS está muy por encima de la Tierra, más alto que los satélites GPS que envían las señales.

"Estamos usando GPS para hacer algo para lo que no fue diseñado, pero funciona, "Dijo Woodard.

Dado que el GPS se diseñó pensando en los usuarios de la Tierra, las señales se transmiten hacia abajo, lo que dificulta su uso desde arriba. Afortunadamente, Las señales de los satélites GPS se envían ampliamente para cubrir todo el planeta y, en consecuencia, algunas del otro lado del planeta se escabullen alrededor de la Tierra y continúan hacia el espacio. donde MMS pueda observarlos. Usando un receptor especial que puede captar señales débiles, MMS puede permanecer en contacto GPS constante. La nave espacial utiliza las señales de GPS para calcular automáticamente su ubicación, que envían a la sede de control de vuelo en Goddard. Luego, los ingenieros usan ese posicionamiento para diseñar las maniobras para las órbitas de la nave espacial.

Si bien la órbita de cada nave espacial MMS es casi idéntica, es necesario hacer pequeños ajustes para mantener la nave espacial en una formación compacta. Los ingenieros también se basan en informes del Análisis de riesgos de evaluación de conjunciones de la NASA, que identifica las ubicaciones de los desechos espaciales y proporciona una notificación cuando los objetos, como un viejo satélite de comunicaciones, podría cruzar el camino de MMS. Si bien todavía no hay nada en riesgo de colisionar con MMS, la tripulación tiene un plan de respaldo preparado, una maniobra de esquiva, en caso de que surja la necesidad.

Los miércoles programados, uno o dos por mes, los comandos se envían a la nave espacial para ajustar la formación tetraédrica y realizar los ajustes necesarios en la órbita. Estos comandos le dicen a MMS que dispare sus propulsores en ráfagas cortas, propulsar la nave espacial a su ubicación prevista.

Mover MMS es un proceso lento. Cada nave espacial está equipada con propulsores que proporcionan cuatro libras de empuje, pero también pesan casi una tonelada cada uno. Todas las naves espaciales giran como peonzas por lo que la sincronización de cada ráfaga debe sincronizarse con precisión para empujar la nave espacial en la dirección correcta.

El día siguiente, una vez que la nave espacial esté en sus ubicaciones adecuadas, se da una segunda ronda de comandos para disparar los propulsores en la dirección opuesta, para arreglar la nave espacial en formación. Sin este comando, la nave espacial sobrepasaría sus posiciones previstas y se alejaría sin fuerzas de resistencia que las detuvieran.

A diferencia de los aviones, que constantemente encienden sus motores para mantenerse en movimiento, la nave espacial depende de su impulso para llevarlos alrededor de su órbita. Solo breves ráfagas de sus propulsores, que dura solo unos minutos, son necesarios para mantener su formación y realizar pequeños ajustes en la órbita.

"Pasamos el 99,9 por ciento del tiempo navegando por inercia porque tenemos que ahorrar combustible, "Dijo Williams.

Lanzado con 904 libras de combustible, la nave espacial solo ha usado alrededor de 140 libras en sus primeros dos años de operación. Sin embargo, enviar MMS a una órbita más amplia para su segunda fase consumirá aproximadamente la mitad del combustible restante, y no hay estaciones de servicio en el espacio para repostar. El equipo de operaciones planifica cuidadosamente cada maniobra para minimizar el consumo de combustible. Las maniobras típicas requieren menos de media libra de combustible y la tripulación espera que sus esfuerzos de conservación de combustible ahorren a MMS suficiente combustible para permitir estudios extendidos más allá del final de la misión principal.

La nueva órbita elíptica llevará a MMS a menos de 600 millas sobre la superficie de la Tierra en su aproximación más cercana, y hasta aproximadamente el 40 por ciento de la distancia a la luna. Previamente, la nave espacial salió solo una quinta parte (20 por ciento) de la distancia a la luna.

En la primera fase de la misión, MMS investigó el lado solar de la magnetosfera de la Tierra, donde las líneas del campo magnético del sol se conectan a las líneas del campo magnético de la Tierra, permitiendo que el material y la energía del sol se canalicen hacia el espacio cercano a la Tierra. En la segunda fase, MMS pasará por el lado nocturno, donde se cree que la reconexión desencadena auroras.

Además de ayudarnos a comprender nuestro propio entorno espacial, conocer las causas de la reconexión magnética arroja luz sobre cómo se produce este fenómeno en todo el universo, de las auroras de la Tierra, a llamaradas en la superficie del sol, e incluso a las áreas que rodean los agujeros negros.

Si bien MMS no mantendrá su formación tetraédrica mientras se mueve a su nueva órbita, continuará tomando datos sobre los entornos por los que vuela. El equipo de operaciones espera que MMS alcance su nueva órbita el 4 de mayo. 2017, momento en el que volverá a estar en formación y estará listo para recopilar nuevos datos científicos en 3-D, ya que su órbita elíptica lo lleva a través de áreas específicas que se cree que son sitios de reconexión magnética.