Cuando fallaron las comunicaciones por satélite en el Telescopio de Imágenes a bordo de un Globo de Súper Presión de la NASA, SuperBIT, el equipo supo que estaban en peligro de perder sus datos de imágenes astronómicas, que el telescopio había recopilado minuciosamente de más del 99,5 por ciento de la atmósfera. Pero los planificadores de la misión tenían un plan de respaldo.
Su idea era dejar caer todo el telescopio, con todos sus datos, al suelo en paracaídas para poder volver a utilizarlo. Después de haber circunnavegado el hemisferio sur cinco veces, principalmente sobre el océano, el equipo entendió que sus oportunidades eran limitadas. Su mejor oportunidad de recuperación era tocar tierra en Argentina el 25 de mayo de 2023. Al simular la velocidad del viento y los patrones climáticos, pudieron predecir, más o menos, dónde aterrizaría el instrumento.
Al final, una parte crucial de este plan salió mal. Después de que el telescopio aterrizó en una zona remota de la provincia argentina de Santa Cruz, el paracaídas no se soltó como estaba previsto. Luego, en las horas que le llevó al equipo de búsqueda y rescate encontrar el instrumento, el viento lo arrastró durante 3 kilómetros a través de las colinas de la naturaleza argentina, destruyendo el telescopio dejando un rastro de escombros.
Pero el equipo tenía un respaldo al plan de respaldo; uno que nunca se había intentado. Ahora Ellen Sirks y Richard Massey de la Universidad de Durham en el Reino Unido, junto con el resto del equipo SuperBIT, cuentan la historia de esta misión y sugieren que otras misiones a bordo de globos podrían mitigar el riesgo de fracaso con un enfoque similar.
Buceo de datos
La misión SuperBIT comenzó el 16 de abril con un lanzamiento desde Wanaka, Nueva Zelanda. El telescopio se elevó a una altitud de 40 kilómetros y durante los siguientes 40 días observó cúmulos de galaxias distantes con la esperanza de registrar eventos de lentes gravitacionales que podrían indicar la existencia de materia oscura en estas partes del universo.
Una característica de la misión fue la tasa relativamente alta de datos producidos por el sistema de imágenes. Por lo tanto, el telescopio estaba equipado con dos enlaces descendentes, uno a través del sistema de comunicación por satélite comercial Starlink y el otro a través del Sistema de Seguimiento y Retransmisión de Datos por Satélite de la NASA (TDRSS). También mantuvo copias a bordo de todos los datos como copia de seguridad.
Luego, el 1 de mayo, la conexión Starlink se perdió por motivos que aún se desconocen. Y luego, el 24 de mayo, el sistema TDRSS comenzó a fallar, lo que generó la posibilidad de que se perdiera toda la misión.
El equipo tomó inmediatamente la decisión de devolver el instrumento a la Tierra en la maniobra que culminó con su pérdida total.
Pero el equipo había planeado tal fracaso. Parte del diseño incluía cuatro cápsulas equipadas con pequeños paracaídas. Cada cápsula contenía una placa de circuito Raspberry Pi conectada a cinco tarjetas microSD de 1 TB de memoria de estado sólido que pueden contener una copia de seguridad completa de los datos de la misión. La cápsula también contenía un receptor del Sistema Global de Navegación por Satélite, una batería y un transmisor del sistema de comunicación por satélite Iridium para transmitir su paradero. También tenía un mecanismo de pinza servoaccionado que lo liberaría del telescopio.
Durante la misión, una cápsula falló, posiblemente porque su cable de datos se desconectó del telescopio durante el lanzamiento. Eso dejó tres cápsulas en funcionamiento como respaldo.
Entonces, con el telescopio colgando de un globo lleno de helio a una altitud de 33 kilómetros, dejaron caer dos de las cápsulas restantes en algún lugar sobre Argentina.
El equipo sabía que la velocidad terminal de las cápsulas que se lanzaban en paracaídas era de 4 m/s. También conocían los patrones de viento locales. Esto les permitió calcular dónde aterrizarían los paracaídas y cronometrar la caída para que estos lugares estuvieran aislados para evitar lesiones en el suelo, pero no tan remotos como para que la recuperación fuera poco práctica.
“Por lo tanto, apuntamos a una gran región de tierra abierta y deshabitada al oeste de la carretera principal 12”, dicen Sirks, Massey y compañía. Luego cruzaron los dedos y esperaron.
Zona de descenso
Las cosas rápidamente empezaron a ir mal. Durante el descenso, las cápsulas debían transmitir su posición para poder controlar su trayectoria y revisar la posición de la zona de aterrizaje.
Pero durante la misión, las baterías de la cápsula se congelaron y el frío no suministraba suficiente energía al receptor GNSS ni al transmisor. “Desafortunadamente, tampoco [capsule] informaron o registraron su ubicación durante el descenso, como se supone que deben hacerlo”, dicen Sirks, Massey y compañía.
Pero las baterías se calentaron después del aterrizaje y las cápsulas comenzaron a transmitir su posición, una aterrizó 2 kilómetros más lejos de lo previsto y la otra 2 kilómetros antes. Con los paracaídas de color rojo brillante fácilmente visibles, el equipo de búsqueda y rescate encontró una cápsula a unos 24 kilómetros de la carretera principal 12.
Encontraron la otra cápsula en un trozo de nieve rodeada de huellas de pumas. “Suponemos que la espuma y el nailon tipo paracaídas son intrigantes pero no sabrosos”, reflexionan Sirks, Massey y compañía.
Resultó que ambas cápsulas contenían copias completas de todo el conjunto de datos de la misión. El equipo pudo verificar que estos datos eran una copia exacta de los datos a bordo porque finalmente encontraron la unidad de estado sólido intacta del telescopio en el campo de escombros que quedó después de su destrucción.
“No lo necesitábamos porque ya se habían recuperado los datos de las cápsulas liberadas, pero tener la copia original nos permitió verificar que ningún dato de las tarjetas SD estuviera dañado”, dicen Sirks, Massey y compañía. “El primer uso de las cápsulas del sistema de recuperación de datos durante una misión científica en vivo fue un gran éxito”.
Esta es una historia notable con un importante mensaje para llevar. “Por un coste relativamente pequeño, aseguramos los rendimientos científicos de SUPERBIT contra un evento de pérdida. eso se hizo realidad: Los enlaces de comunicación de alto ancho de banda fallaron y el telescopio quedó destruido al aterrizar”, dice el equipo. “Recomendamos que futuras misiones con globos consideren el uso de este o sistemas similares”.
Nota final: Puede que SuperBIT haya sido el primer telescopio a bordo de un globo que utilizó paracaídas para la recopilación de datos, pero este enfoque tiene una larga historia. A principios de la década de 1960, los primeros satélites espías estadounidenses utilizaron películas fotográficas para registrar imágenes de las instalaciones militares soviéticas. Luego, la película fue lanzada en paracaídas a la Tierra sobre el Océano Pacífico y atrapada en el aire por un avión especialmente equipado.
Estas misiones fueron las primeras de la serie Keyhole de satélites espías que Estados Unidos continúa operando en la actualidad. Se cree que la encarnación actual es del tamaño del Telescopio Espacial Hubble pero apunta hacia la Tierra. Ya no lanzan en paracaídas sus imágenes al suelo.
Ref: Datos descargados en paracaídas desde un globo de superpresión de la NASA: arxiv.org/abs/2311.08602