¿Por qué Cassini requirió mucha más energía que otras sondas?

Inspirándose en el comentario de Nick S sobre esta respuesta de Organic Marble , ¿qué hizo que Cassini necesitara tanta potencia?

Un extracto de la respuesta antes mencionada:

Las unidades de vuelo utilizadas por misión, con niveles de potencia en el lanzamiento, fueron:

  • Galileo: Unidades de vuelo 1 (289 W e ) y 4 (288 W e )

  • Ulises: Unidad de vuelo 3 (289 W e )

  • Cassini: Unidades de vuelo 2 (296 W e ), 6 (294 W e ) y 7 (298 W e )

  • New Horizons: Unidad de vuelo 8 (245,7 W en bus en lugar de pines de conector)

Los niveles de potencia enumerados son niveles de potencia eléctrica en vatios (W e ),

Fuentes

Entonces, Cassini (1997) tenía 1,5 veces el presupuesto de energía de Galileo (1989), 3 veces el de Ulysses (1990) y un poco más de 3 veces el de New Horizons (2006).

¿Qué hizo que tuviera un presupuesto de energía tan alto? ¿O tenía un presupuesto de energía similar al de otras sondas y simplemente no podía usar paneles solares? Veo aquí que la NASA decidió que no podían usar paneles solares, pero tampoco parece que las otras misiones usen paneles solares. Y tampoco parece que sea una cuestión de edad, ya que hubo presupuestos de energía mucho más pequeños para las sondas que vinieron antes y después.

Respuestas (2)

Cassini tenía un subsistema RADAR

  • Determinar si existen océanos en Titán y, de ser así, determinar su distribución.
  • Investigar las características geológicas y la topografía de la superficie sólida de Titán.

El objetivo principal del RADAR era perforar el espeso velo de smog y aerosoles de Titán para trazar un mapa de su superficie.

El documento encontrado por PearsonArtPhoto tiene una lista de los instrumentos:

Cassini Radar (RADAR)                          108.4 W
Radio-Science (RSS)                             82.3
Imaging Science (Subsystem (ISS))               59.3
Composite Infrared Spectrometer (CIRS)          43.3
Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS)        26.6
Visible and Infrared Mapper Spectrometer (VIMS) 24.6
Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI)        23.4
Cosmic Dust Analyser (CDA)                      19.3
Cassini Plasma Spectrometer (CAPS)              19.2
Radio and Plasma Wave Science (RPWS)            17.5
Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS)         14.6
Dual Technique Magnetometer (MAG)               12.4
Sum                                            450.9 W

Había otros sistemas de la nave espacial que necesitaban energía, incluidos el transmisor y el receptor para la comunicación, y la computadora de control.

Había 885 vatios (633 vatios al final de la misión) de los RTG, pero no fue posible el funcionamiento simultáneo de los 12 instrumentos. Por lo tanto, se necesitaba uno de los tres RTG debido al tiempo de misión muy largo de casi 20 años.

Ver:
https://pds-imaging.jpl.nasa.gov/documentation/RADARUsersGuide2ndEdV2.pdf
y
https://pds-imaging.jpl.nasa.gov/data/cassini/cassini_orbiter/CORADR_0284/DOCUMENT/BODPSIS.PDF

Para aclarar: cuando dice "Entonces, se necesitaba uno de los tres RTG debido al tiempo de misión muy largo de casi 20 años". ¿Está diciendo que se necesitaban 2 RTG para el consumo de energía habitual y que se requirió el tercero debido a la generación reducida hacia el final de la misión?
También: “pero no fue posible la operación simultánea de los 12 instrumentos”. ¿No fue esto algo limitado por el presupuesto de energía, sino alguna otra restricción?
@fyrepenguin La operación simultánea de todas las capacidades generalmente no es posible porque sería demasiado costoso alimentarla. Eso no es solo en el espacio (donde la energía siempre es escasa), sino que aún se aplica en tierra. No intente encender su lavadora, secadora, lavavajillas, horno, calentador, televisor, equipo Hi-Fi, PC y soplador de hojas eléctrico al mismo tiempo. Ni una sola casa o fábrica se calcula al 100% de carga. En su lugar, se utiliza un factor de simultaneidad (concurrencia). Así es como puedes tener una carga total de 450W en un generador que proporcione menos de 300W. Hace que el generador, etc. sea mucho más barato.
@fyrepenguin dado que había una restricción de energía en la operación simultánea como dice Mast, tener la capacidad informática para operar todos los instrumentos a la vez también parecería excesivo, a menos que fuera necesario para otra cosa. También existe un problema potencial de ancho de banda para llevar los datos a casa, por lo que no necesariamente un límite único, sino todo considerado en conjunto.
@Mast, pero tenían tres generadores, cada uno de los cuales proporcionaba ~ 300 W, que es donde estaba confundido acerca de por qué no podían reducirlos. Entendería si Cassini solo tuviera un RTG, o si hubiera otros consumidores de energía no listados que superen los 150W. Era sobre todo curioso porque decir un presupuesto de 600 W-900 W, pero no poder ejecutar todo a pesar de que suman solo 450 W no era suficiente.
@fyrepenguin El 450W es solo el instrumento científico. Los servicios de autobús (comunicación, control de actitud, acondicionamiento de energía, almacenamiento de datos, etc.) no están incluidos. Juntos, estos servicios suelen requerir una potencia comparable a la de los instrumentos a los que dan soporte.

El presupuesto de energía, al menos lo que es público, se puede ver en https://sci.esa.int/documents/33648/36003/1567254416901-cassini-huygens.pdf . Los instrumentos científicos incluidos son de hasta 450,9 W, como se muestra en la página 31. Eso no incluye el equipo de apoyo. El más alto de estos fue utilizado por el sistema de radar, a más de 100 W. Estoy bastante seguro de que la potencia del bus fue mayor que eso. Como resultado, para ejecutar todos los instrumentos se necesitarían 3 RTG. Uwe señala que al cabo de 20 años la potencia eléctrica suministrada por los RTG era de 633 W, por lo que parece un margen razonable.

Además de la instrumentación, Cassini necesitaba una buena cantidad de energía para mantener suficientemente caliente ese gran vehículo. Cassini también necesitaba una buena cantidad de energía para transferir datos desde el vehículo a la Tierra. Ulysses y Galileo eran vehículos mucho más pequeños y tenían tasas de transferencia de datos mucho más bajas.
Por lo general, con un RTG el calor no es un problema. La transferencia de datos es, por supuesto, pero puede no ocurrir durante los tiempos de recopilación de datos.
Quizás no fui claro. Además de proporcionar energía eléctrica, otro propósito de un RTG es proporcionar calefacción. Cassini no solo tenía tres RTG, tenía un montón de gotas de plutonio del tamaño de un borrador de lápiz estratégicamente ubicadas cuyo único propósito era proporcionar calor. Cassini era grande.
¿Por qué Cassini requirió mucha más energía que otras sondas?
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