¿Qué tan grande es el problema del eclipse lunar en abril de 2014 para LADEE?

De acuerdo, aclaremos algunos números aquí, y luego explicaré por qué es un problema y por qué probablemente podamos recuperarnos bien, con suerte. Comencemos por averiguar cuál es el tiempo de eclipse nominal para el satélite LADEE. Citas de la NASA :

La órbita científica nominal será una órbita ecuatorial retrógrada casi circular (en el sentido de las agujas del reloj) con un período de 113 minutos a unos 50 km sobre la superficie.

Bien, entonces, ¿cuánto tiempo pasará en eclipse en ese rango? No tengo las herramientas para hacer ese cálculo con la Luna, pero encontré un artículo sobre las órbitas de la Tierra, con números que se pueden cambiar convenientemente a parámetros lunares.

$$\left \{ cos^{-1} \left ( \frac{\sqrt{1-R^2}}{cos (\beta)} \right )\right \}\frac{\tau}{\pi}$$

Dónde

• $R$= relación de radio =$\frac{r_{eq}}{r_{sat}}$
• $r_{eq}$= radio ecuatorial de la Tierra
• $r_{sat}$= radio geocéntrico del satélite =$r_{eq} + h_{sat}$
• $h_{sat}$= altitud del satélite
• $\beta$= ángulo Sol-órbita-plano
• $\tau$= período orbital del satélite

Usando los números lunares en lugar de la tierra, asumiendo el peor de los casos$\beta=0$, da un tiempo de eclipse de:

$$\left \{ cos^{-1} \left ( \frac{\sqrt{1-( 1,738/ 1,788)^2}}{1} \right )\right \}\frac{113}{\pi} = 50.46\ \text{minutes}$$

Por lo tanto, uno puede esperar que las baterías duren al menos ese tiempo.

Entonces, ¿por qué el satélite no puede sobrevivir a un eclipse lunar? En el peor de los casos, el eclipse lunar comienza justo antes de que uno deje el eclipse. Eso dará 1 eclipse normal, más 2 horas de tiempo de eclipse, más posiblemente hasta 1 eclipse más después. Lo simplificaré y diré 1 órbita más 1 tiempo de eclipse, o 113+51=164 minutos. Eso es 3 veces lo que es el período de eclipse nominal. Por lo tanto, si ibas a sobrevivir a eso, tienes dos opciones. En primer lugar, reduzca la potencia a 1/3 de la potencia nominal del eclipse. El segundo es poner 3 veces más capacidad de batería. De estos, sospecho que se intentará el primero, mientras se usa algo de energía excedente de la batería para ayudar a mantener las cosas estables. De lo contrario, la masa de la batería se ha multiplicado por 2. Dado que las baterías suelen ser uno de los componentes más pesados ​​de una nave espacial, ¡eso es significativo!

Entonces, ¿por qué esto probablemente no es un pequeño problema? Las naves espaciales generalmente se fabrican con la idea de que ocasionalmente sucederá algo y, como resultado, tienen un modo seguro. Este modo seguro evitará que el satélite dañe sus baterías, por ejemplo, pero podría causar algún daño ya que los límites térmicos a menudo se violan en dicho modo. Sin embargo, hay naves espaciales que sobreviven regularmente sin depender de baterías para sobrevivir al eclipse. El mejor ejemplo que conozco es el AO-7, sin batería durante 30 años en LEO, pero sigue funcionando. Lo más probable es que los satélites lunares empleen una técnica de este tipo que, si bien puede tardar unos días en recuperarse, eventualmente podrán apuntar hacia la Tierra y recuperar las comunicaciones. LADEE está equipado con antenas omnidireccionales, por lo que mientras pueda apuntar sus paneles solares hacia el sol, puede recuperarse. Dudo seriamente que la NASA estrelle el satélite antes del eclipse, a menos que haya algún otro problema.

Vale la pena mencionar que este es un escenario muy común para los satélites en órbita terrestre. Muchos de ellos están diseñados para girar ligeramente en caso de una pérdida de energía, lo que asegurará que eventualmente apunten al sol, cargando las baterías, y desde allí puedan recuperar la comunicación con el suelo. En realidad, se necesita un trabajo muy cuidadoso para hacer un satélite que no se caiga en caso de baja potencia, y esto garantizará la eventual recuperación del satélite con el tiempo suficiente, aunque tal vez con la pérdida leve de la vida útil u otros problemas similares como resultado. del período de tiempo no controlado.

¿Qué tan grande es el problema del eclipse lunar en abril de 2014 para LADEE?

8,5 años después, sabemos la respuesta. De LADEE de Wikipedia ; Fin de la misión :

Luego, la sonda se ocupó del eclipse lunar de abril de 2014 el 15 de abril, durante el cual no pudo generar energía porque estuvo a la sombra de la Tierra durante cuatro horas. Los instrumentos científicos se apagaron y los calentadores se ciclaron durante el evento para conservar energía pero mantener caliente la nave espacial. Los ingenieros no esperaban que LADEE sobreviviera, ya que no fue diseñado para manejar ese entorno, pero salió del eclipse con solo unas pocas fallas en el sensor de presión.

Según AP News, el robot en órbita lunar de la NASA se estrella como estaba planeado :

Lo último que quería el equipo de LADEE era “explotar cualquiera de los sitios históricos”, dijo el gerente del proyecto, Butler Hine.

LADEE completó su misión científica principal de 100 días el mes pasado y estaba en tiempo extra. La extensión tenía LADEE volando durante el eclipse lunar del martes por la mañana; sus instrumentos no estaban diseñados para soportar una oscuridad y un frío tan prolongados.

Pero la pequeña nave espacial sobrevivió, es del tamaño de una máquina expendedora, con solo un par de sensores de presión funcionando.

El estado de ánimo en el centro de control del Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California, era optimista el jueves por la tarde, según Hine.

“ Habiendo sobrevolado el eclipse y sobrevivido, el equipo se siente muy bien ”, dijo Hine a The Associated Press en una entrevista telefónica.

Pero la incertidumbre sobre el momento de la desaparición de LADEE tenía a los controladores de vuelo "inquietos", dijo.

Resulta que LADEE sucumbió a las pocas horas de los comentarios de Hine. La NASA anunció su fin la madrugada del viernes.

Ver también El robot en órbita lunar de la NASA del The Seattle Times se estrella como estaba planeado