Un ambicioso instrumento para la misión ExoMars 2020 de la ESA ha superado sus pruebas en condiciones similares a las del Planeta Rojo. Ahora será transportado a Rusia para su revisión de aceptación. seguido de la integración en la plataforma de superficie Kazachok, programado para su lanzamiento en esta época el próximo año.

Aproximadamente 8 x 8 x 20 cm más un trío de antenas, Experimento Lander Radioscience de la ESA, o LaRa para abreviar, es un poco más grande que un cartón de leche de 1 litro. Pero funciona como un transpondedor de alto rendimiento, encargado de mantener un enlace de radiofrecuencia directo extremadamente estable entre la Tierra y Marte durante un año marciano completo, dos años terrestres, una vez que ExoMars haya aterrizado.

Propuesto por el Real Observatorio de Bélgica, LaRa se ha desarrollado a través del programa PRODEX de la ESA, centrado en el desarrollo de experimentos científicos para el espacio, y financiado por la Oficina de Política Espacial de Bélgica.

Las últimas pruebas de LaRa se llevaron a cabo en el Laboratorio de Sistemas Mecánicos (MSL) de la ESA en el centro técnico ESTEC de la Agencia en Noordwijk. Los países bajos. Esta es una versión a pequeña escala del Centro de Pruebas ESTEC adyacente, capaz de realizar una amplia gama de pruebas de simulación espacial, pero sirviendo instrumentos de naves espaciales, subsistemas o minisatélites en lugar de misiones de tamaño completo.

Después de la prueba de vibración en uno de los agitadores MSL para simular las duras condiciones de lanzamiento, reingreso a la atmósfera, descenso y aterrizaje en Marte, Luego, LaRa se colocó dentro de una cámara de vacío térmico durante casi dos semanas para realizar pruebas funcionales en condiciones de frío y calor.

Al principio se colocó en alto vacío para eliminar los vapores que de otro modo podrían plantear problemas en el espacio y para probar su comportamiento en condiciones similares a las del viaje a Marte. Luego, LaRa fue sometida a condiciones marcianas simuladas, con 6 milibares de dióxido de carbono añadido a la cámara, al mismo tiempo que la temperatura subía y bajaba.

La caja electrónica de LaRa se mantendrá caliente gracias al calentador del módulo de aterrizaje de ExoMars. Sin embargo, las antenas de LaRa están instaladas fuera de este entorno controlado térmicamente y tendrán que soportar ciclos de temperaturas extremas:noches tan frías como -90 ° C, con el día alcanzando una temperatura relativamente confortable de 10 ° C. El novedoso diseño de antena resultante se desarrolló en cooperación entre la ESA y la Université Catholique de Louvain.

Al final de la prueba, se abrió la cámara de vacío térmico. Los ingenieros se acercaron al instrumento con máscaras bucales, batas y guantes estériles, que se asemejan a un equipo quirúrgico de un hospital, luego procedió a quitar los sensores y el cableado instalado para la prueba antes de colocar el instrumento y sus antenas en bolsas estériles.

Como todo hardware diseñado para misiones interplanetarias, LaRa está sujeta a estrictos protocolos de protección planetaria para prevenir la contaminación microbiana.

"Las superficies del instrumento se limpian periódicamente para comprobar que los niveles de" biocarga "siguen siendo aceptables, "explica Lieven Thomassen, del contratista principal de LaRa, Antwerp Space." Su interior, compuesto por cuatro niveles de placas de circuito, ya se ha sometido a una limpieza completa. Está casi completamente sellado lejos del mundo exterior, con un orificio de ventilación de solo 2 mm de diámetro para evitar la sobrepresurización una vez que LaRa llega al espacio ".

LaRa es uno de los dos instrumentos de la ESA en la plataforma de superficie ExoMars construida en Rusia. Conocida como Kazachok, por "Little Cossack", la primera función de la plataforma es conseguir que él y el rover Rosalind Franklin ExoMars fabricado por la ESA lleguen a salvo a las tierras bajas de Oxia Planum en Marte. una vez que el rover salga de sus rampas, Kazachok se dedicará a ejecutar un total de 13 paquetes de experimentos a bordo. La plataforma Surface fue desarrollada por NPO

LaRa recibirá una señal de radio en banda X de la Tierra que luego volverá a transmitir. Al medir cuidadosamente los ligeros cambios Doppler en esta señal bidireccional a lo largo del tiempo, los investigadores podrán identificar pequeños cambios periódicos en la posición de la plataforma de superficie a lo largo del tiempo, abriendo una vista invaluable en el interior de Marte.

"LaRa revelará detalles de la estructura interna del planeta, y permitir mediciones precisas de su rotación y orientación, "comenta Véronique Dehant del Real Observatorio de Bélgica, investigador principal del instrumento.

"También detectará variaciones en el momento angular debido a la redistribución de masas, como la transferencia de masa estacional en dióxido de carbono cuando parte de la atmósfera se congela en hielo. Por último, pero no menos importante, LaRa también permitirá la determinación precisa de la posición de aterrizaje precisa ".

Como análogo terrestre, imagina un huevo girando; con solo mirar su movimiento oscilante, puedes saber si su interior es líquido o hervido.

Pero el desafío es mantener el enlace de radio directo ultraestable durante el programa operativo planificado de LaRa de dos sesiones de 1 hora por semana, especialmente cuando Marte orbita a su máximo a 401 millones de kilómetros de la Tierra.

"En el lado terrenal, utilizaremos antenas gigantes de clase 70 m de la Red de Espacio Profundo de la NASA o el equivalente ruso en Kalyazin o Bear Lakes, para transmitir la señal de radio de banda X hacia Marte y para recoger su réplica retrasada retransmitida por LaRa y "firmada por Doppler" por Marte, todo esto con tan solo 5 W de potencia de radio generada por LaRa, "explica el ingeniero de microondas de la ESA, Václav Valenta, gestionando el proyecto LaRa.

"Pero LaRa en Marte necesitará suficiente sensibilidad para detectar señales de radio de tan solo unos pocos attowatts (billonésimas de vatio). Cuando Marte y la Tierra se acerquen (a 54,6 millones de km más cercanos), las estaciones terrestres de Estrack en Europa podrán cerrar el enlace con LaRa también.

"Estos escenarios se probaron con éxito durante dos campañas de prueba de compatibilidad de radiofrecuencia en el centro de control de misión ESOC de la ESA en Darmstadt, Alemania."

La escasa atmósfera marciana es un factor de complicación. En el lado positivo, su presencia permite que la convección elimine el calor residual. Pero aunque es más de cien veces más delgado que el aire de la Tierra, El funcionamiento de radiofrecuencia dentro de él todavía deja un riesgo de efectos corona:ionización de gases locales que pueden provocar interferencias y descargas similares a rayos potencialmente dañinas.

"Para eliminar cualquier riesgo de corona, LaRa fue sometida previamente a rigurosos análisis y pruebas en el Laboratorio de Radiofrecuencia de Alta Potencia de la ESA en Valencia. España, ", añade Václav.

"También se ha sometido a pruebas dentro de la cámara Maxwell de ESTEC para comprobar la compatibilidad electromagnética, para comprobar que todos sus elementos funcionan correctamente juntos. Es más, un modelo de choque dedicado de LaRa fue desarrollado y probado en el Centro de Pruebas de ESTEC para verificar la robustez de LaRa contra choques mecánicos inducidos por la separación del módulo portador y la expulsión del escudo térmico ".

Una vez que se completaron las pruebas de LaRa en el MSL, el instrumento se trasladó al Laboratorio de Metrología de la ESA. para mediciones precisas de la planitud de su superficie. Debe ser preciso hasta una escala de unas pocas docenas de micrómetros (milésimas de milímetro) para un ajuste óptimo y un contacto térmico con su interfaz de aterrizaje. ayudando a mantener una buena temperatura operativa en Marte.

Desde ESTEC LaRa será transportada al Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia, IKI, para la prueba de aceptación final. Luego se trasladará a Cannes en Francia, donde se integrará en la plataforma Surface con el resto del módulo de aterrizaje y se probará en el nivel de ensamblaje completo.

"La oportunidad de volar se abrió a fines de 2015 y los desarrollos reales hacia el modelo de vuelo comenzaron solo un año después, así que el equipo de LaRa ha tenido que trabajar muy duro para llegar a este punto, ", añade Václav. El lanzador ruso de protones de Baikonur en Kazajstán lanzará ExoMars 2020 en julio de 2020.