¿POR QUÉ Rosetta tuvo que entrar en hibernación durante 2,5 años?

De la página de preguntas frecuentes de la ESA :

¿Por qué fue necesario mantener a Rosetta en hibernación durante 31 meses?

Limitar su consumo de energía y combustible, y minimizar los costos de operación. Durante la hibernación, giraba una vez por minuto y miraba hacia el Sol, de modo que sus paneles solares pudieran recibir la mayor cantidad de luz solar posible. Casi todos los sistemas eléctricos estaban apagados, a excepción de los receptores de radio, los decodificadores de comando y la fuente de alimentación.

La estabilización del giro aseguró que Rosetta continuara apuntando al Sol, recibiendo la mayor cantidad de energía solar posible sin necesitar combustible para los propulsores de control de actitud.

Los paneles solares de Rosetta ya se encuentran entre los más grandes jamás instalados en un satélite. Hacerlos mucho más grandes habría consumido el presupuesto masivo de la sonda.

Esta presentación de la ESA sobre las operaciones de vuelo de Rosetta contiene un diagrama orbital que muestra dónde Rosetta entró y salió de la hibernación.

A simple vista, diría que Rosetta entró en hibernación a una distancia del Sol de 4,5 UA, tuvo afelio a 5,5 UA y salió de la hibernación a 4,5 UA.

Este largo período de hibernación no tiene precedentes. Pero los diseñadores sintieron que no tenían otra opción, a pesar del riesgo :

Una de esas personas es Andrea Accomazzo. Se unió a la misión Rosetta en 1996 y ahora es el gerente de operaciones de la nave espacial. Sabía desde el principio que la hibernación sería un desafío. "En la fase de desarrollo de la misión, traté de convencer a mi gerente muchas, muchas veces de que no diseñara un modo de hibernación. No teníamos otra opción que crear esto", dice.

Rosetta estaba cerca/en la capacidad máxima de elevación del cohete Ariane 5 (presupuesto: 3004 kg , el peso de lanzamiento se da en " aprox. 3000 kg "). Agregar paneles solares más grandes habría puesto a la nave espacial por encima del presupuesto.

Encontré el presupuesto de energía en esta presentación :

Durante la hibernación, la nave espacial consumió 339 W, la mayor parte para calefacción. Durante las operaciones activas, eso aumentó a 425 o 478 W según la actividad. En el afelio, la matriz solar produjo 405 W.

De la presentación de la ESA:

Algunos sistemas tenían que mantenerse encendidos. Por ejemplo, calentadores de tanques para evitar la congelación del propulsor.

La hibernación también preservó la vida útil de la nave espacial :

la vida útil nominal de la nave espacial es de 11 años en trayectoria heliocéntrica

el logro de esta vida se ve favorecido por los largos períodos de hibernación durante el crucero, donde la mayoría de los sistemas eléctricos no están operativos. Esta hibernación aumenta su vida útil por un factor de 10, pero requiere autonomía a bordo para garantizar el funcionamiento continuo en todas las circunstancias.

Sospecho que la principal limitación de por vida está en las ruedas de reacción (que se apagaron durante la hibernación), no en la electrónica en sí.

Los paneles solares son prácticamente inútiles más allá de las 4 UA del Sol (dependiendo del tamaño de los paneles, por supuesto). La nave espacial Juno será la primera misión a Júpiter (a unas 5 UA del Sol) que utilice paneles solares. En el caso de Rosetta, fue más fácil diseñar la nave espacial para que se durmiera por un tiempo que equiparla con paneles solares lo suficientemente grandes para esa parte de su viaje.

Rosetta entró en modo de hibernación el 11 de junio de 2011 cuando estaba a 4,47 AU del Sol y se despertó el 20 de enero de 2014 cuando estaba a 4,49 AU del Sol. Su distancia de afelio ocurrió el 2012-10-02, cuando era 5.29 AU. Dado que la energía solar es una ley del cuadrado inverso, hacer que los paneles solares sean lo suficientemente grandes como para mantener a Rosetta completamente alimentada habría significado hacer que sus paneles solares fueran un 40 % más grandes.

Eso, a su vez, habría significado que se habría necesitado más combustible para impulsar esa masa adicional. Se habría necesitado aún más combustible para mantener a Rosetta bajo el control de tres ejes durante ese período de hibernación. Todavía se necesitaría más combustible para acomodar la masa adicional de ese combustible adicional. Cualquier persona interesada en la exploración espacial a través de cohetes debe comprender completamente la tiranía de la ecuación de los cohetes.

La tiranía de esa ecuación significa que reducir la masa es una preocupación extremadamente importante para los diseñadores de naves espaciales. En el caso de Rosetta, poner la nave espacial a dormir durante los 31 meses alrededor del afelio fue una buena forma de reducir mucha masa.

Poner a Rosetta a dormir implicó quitar el giro de las ruedas de impulso de Rosetta (lo que implicó el uso de combustible) y luego hacer que toda la nave espacial girara lentamente (lo que implicó aún más el uso de combustible). El proceso inverso (que también implica el uso de combustible) se aplicó durante la secuencia de activación. Este gasto de combustible no habría sido necesario si las matrices de Rosetta fueran un 40% más grandes. Aparentemente, ese gasto de combustible fue pequeño en comparación con las multas de masa y combustible mucho mayores que habrían resultado si Rosetta se hubiera mantenido en pleno funcionamiento durante ese período de hibernación de 31 meses.

Lo anterior es de público conocimiento. Preguntar por qué Rosetta fue diseñada para funcionar de esta manera no lo es, al menos que yo sepa. En parte es porque todos los que saben saben que los paneles solares no son una buena solución en la órbita de Júpiter y más allá. Hacer que Rosetta entrara en un modo de bajo consumo simplemente tenía sentido. Los detalles de cuándo y cómo son difíciles de descubrir.

En parte es cómo se alcanza el consenso. Muchas de estas decisiones se toman en reuniones. Estuve en varias reuniones en las que alguien le pidió a la persona que tomaba las actas que dejara de hacerlo y luego habló con franqueza, o en las que las personas se acercaron a la pizarra o pizarra y escribieron sus ideas. Estas cosas no se registran. El consenso posterior al hecho es lo que se registra.