Sonda de entrada atmosférica de Saturno - Saturn Atmospheric Entry Probe

A modo de comparación, la obra de arte de la sonda Galileo que penetró en la atmósfera de Júpiter en los años 90

La sonda de entrada atmosférica de Saturno es un estudio de concepto de misión para una nave espacial robótica para enviar una sola sonda a Saturno para estudiar su atmósfera. El estudio de concepto se realizó para respaldar la Encuesta Decadal de Ciencias Planetarias 2010 de la NASA.

Debido a las órbitas y posiciones relativas de Saturno y la Tierra, se propuso el lanzamiento para el 30 de agosto de 2027 para una llegada el 22 de junio de 2034. La misión fue estudiada para el Estudio Decadal de Ciencias Planetarias de la NASA como una posible misión de la clase Nuevas Fronteras de la NASA.

Descripción general

Imagen compuesta que compara aproximadamente los tamaños de Saturno y la Tierra

Para develar los procesos de formación de planetas exteriores y la evolución del Sistema Solar , serían necesarios estudios detallados de la composición, estructura y dinámica de los interiores y atmósferas de planetas gigantes. Para restringir la estructura interna de los gigantes gaseosos , se necesitaría una combinación de misiones de sonda de entrada in situ y estudios de teledetección de los planetas gigantes. La misión Saturn Atmospheric Entry Probe consistiría en una nave espacial portadora-retransmisora ​​y una sonda. La nave espacial de retransmisión de portadores liberaría la sonda en Saturno, un gigante gaseoso, y proporcionaría retransmisión de datos desde la sonda a la Tierra. La sonda determinaría la estructura de la atmósfera, así como la abundancia de gases nobles y las proporciones isotópicas de hidrógeno , carbono , nitrógeno y oxígeno .

Objetivos

• determinar la abundancia de gases nobles y las proporciones isotópicas de hidrógeno , carbono , nitrógeno , oxígeno y argón en la atmósfera de Saturno.
• determinar la estructura atmosférica en el lugar de descenso de la sonda.

Los objetivos del Nivel 2 incluyen:

• determinar el perfil vertical de los vientos zonales en función de la profundidad en el lugar de entrada de la sonda;
• determinar la ubicación, densidad y composición de las nubes en función de la profundidad de la atmósfera;
• determinar la variabilidad de la estructura atmosférica y la presencia de nubes en el lugar;
• determinar el perfil de abundancia de agua vertical en el lugar de descenso de la sonda;
• realizar mediciones isotópicas de precisión para elementos ligeros (por ejemplo, S, N, O) en los componentes atmosféricos.

Carga útil científica

Para cumplir sus objetivos, la sonda debe llevar al menos estos dos instrumentos:

• un espectrómetro de masas (MS); determinaría la abundancia de gases nobles y las proporciones isotópicas de H, C, N, O y Ar en la atmósfera de Saturno.
• un instrumento de estructura atmosférica (ASI); Basado en el diseño de la sonda Galileo , constaría de tres sensores para medir la temperatura, la presión y la densidad.

Cronología

Lanzamiento y trayectoria

El lanzamiento está propuesto para el 30 de agosto de 2027. Después del lanzamiento, la nave entraría en órbita heliocéntrica y se colocaría en una trayectoria para volar por la Tierra, que se propone que tenga lugar el 16 de julio de 2030 a una distancia de 300 km. Después de eso, la nave espacial pasaría 4 años viajando a Saturno.

Fase de enfoque y focalización

Esta fase comenzaría 8 meses antes de la llegada. La sonda se separaría de la nave espacial portadora-retransmisora ​​y caería libremente en la atmósfera de Saturno.

Fase de ciencia

Horas antes de la entrada de la sonda, comenzaría la fase científica. Un temporizador de eventos en la sonda iniciaría las actividades, mientras que la nave espacial portadora-retransmisora ​​encendería su receptor de radio y giraría para apuntar su antena de retransmisión de la sonda al sitio de entrada. La sonda entraría en la atmósfera de Saturno a una velocidad de aproximadamente 27 km / s, que es menor que la velocidad de la sonda Galileo de 47,4 km / s. Después de la fase de calentamiento y desaceleración de entrada, la sonda desplegaría un paracaídas abatible y luego el paracaídas principal cuando alcanzara una presión atmosférica de 0,1 bar. A 1 bar de presión, el paracaídas se soltaría y el módulo de descenso continuaría en caída libre a través de la atmósfera (posiblemente con estabilización de otro paracaídas de caída) hasta el final nominal de la misión, 55 minutos después de la entrada y 250 km de profundidad. La sonda estaría diseñada para soportar al menos 10 bares de presión.

Enlace descendente de datos, sobrevuelo de Saturno y fin de la misión

Poco después de que finalice la retransmisión de datos, comenzará el enlace descendente de datos. El conjunto de datos medidos por la sonda sería de aproximadamente 2 Mb , por lo que se necesitarían 20 minutos para completar el enlace descendente de datos. La nave espacial portadora-retransmisora ​​volaría por Saturno a una distancia de aproximadamente 100 Mm y continuaría en una trayectoria de escape solar.

Propuesta de misión

Tras el estudio de concepto realizado para respaldar el Estudio Decadal de la NASA, el concepto de la sonda de entrada atmosférica de Saturno se desarrolló aún más en un concepto de misión, que se propuso con el nombre SPRITE ("Saturno PRobe Interior y Explorador atmosférico") a la solicitud del programa Nuevas Fronteras de la NASA. en 2016.

Referencias