VMS: el laboratorio de química del tamaño de un maletín, que se dirigirá a Venus

VMS (abreviatura de Venus Mass Spectrometer) es uno de los cinco instrumentos a bordo de la sonda de descenso DAVINCI. DAVINCI será la primera misión de sonda estadounidense en entrar en la atmósfera de Venus en más de 40 años, está planificada para su lanzamiento en 2029. El objetivo de la misión es explorar Venus para determinar si fue habitable y comprender cómo terminó siendo tan inhóspito como lo es en la actualidad.

La sonda descenderá durante aproximadamente una hora a través de la atmósfera de Venus, realizando mediciones de química, temperatura, presión y viento, así como tomando imágenes infrarrojas antes de aterrizar en la superficie del planeta. El trabajo de VMS es capturar gas durante el descenso de la sonda, analizarlo y proporcionarnos información sobre la composición química de la atmósfera de Venus y las posibles conexiones con las mineralogías de la superficie.

Los subsistemas dentro de VMS nos permiten realizar experimentos químicos complejos en un paquete muy pequeño, que es “esencialmente como enviar un laboratorio de química complejo reducido hasta el tamaño de un maletín”, dice Charles A. Malespin, Jefe del Planetary Environments Lab en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y jefe de Payload Element para VMS.

“VMS proporcionará mediciones sin precedentes de la composición atmosférica de Venus”, dice Malespin. “No solo podremos determinar las principales cantidades de gas, sino que realizaremos un escaneo en un ‘modo de descubrimiento’ en el que podremos medir otros gases que puedan estar presentes en concentraciones muy bajas”. VMS medirá gases nobles como helio, neón, argón, criptón y xenón. Los gases nobles son gases inertes, inodoros e incoloros que son inusuales porque no reaccionan con muchos otros elementos, y dado que estos son estables a largo plazo, pueden ser indicativos de procesos que ocurrieron hace mucho tiempo. La comparación de las mediciones de gases nobles de Venus con las proporciones de gases nobles en otros planetas del sistema solar, puede ayudar a encontrar piezas clave de información para responder preguntas sobre cómo se formó Venus y cómo evolucionó de manera tan diferente a la Tierra: ¿Se formó Venus de la misma manera que la Tierra? ¿Venus tuvo océanos alguna vez? Si es así, ¿cuándo se evaporaron? ¿Por qué aumentó tanto la temperatura en Venus? ¿Cuándo ocurrió?

Este dibujo muestra los componentes del instrumento Venus Mass Spectrometer (VMS) que se instalará en la sonda atmosférica de la misión DAVINCI a Venus. El trabajo de VMS es tomar muestras de gas durante el descenso de la sonda, analizarlo y proporcionarnos información sobre la composición química de la atmósfera de Venus y las posibles conexiones con las mineralogías de la superficie.
Créditos: NASA.

Las entradas de gas en el sistema VMS recogerán gases de la atmósfera. Algunos gases se analizarán directamente con un componente de VMS llamado ” Quadrupole Mass Spectrometer” (QMS), que es la “punta” del instrumento. Estudia una pequeña porción del gas ingerido y lo separa en sus componentes individuales. El QMS actúa como un filtro de masa, permitiendo clasificar cada molécula y proporcionando datos de cantidad e información isotópica (los isótopos son formas del mismo elemento con diferentes masas). Para los gases que se encuentren en concentraciones inferiores a los límites de detección del SGC, como los gases nobles más pesados ​​kriptón y xenón, otro componente del VMS llamado Gas Processing System (GPS), utilizanrá una serie de depuradores y absorbentes químicos, que eliminará las partículas más abundantes y dejará las de menor presencia para su recolección en una “trampa fría”. Esta trampa fría congela el gas que no se depura, aumentando la cantidad de gas que se puede analizar. Luego, VMS enviará todo el gas enriquecido recolectado de la trampa fría al QMS para su análisis.

VMS basa su tecnología en instrumentos que la NASA ha utilizado en misiones anteriores. “Aprovechar la tecnología, las técnicas y la experiencia de misiones anteriores es invaluable cuando se va a una nueva ubicación”, dice Malespin, quien también se desempeña como investigador principal adjunto en el instrumento Sample Analysis at Mars (SAM) a bordo del rover Curiosity en Marte. “Son muchas las lecciones aprendidas en el desarrollo y operación de una misión planetaria, y tener la experiencia para no repetir errores y mejorar lecciones anteriores, es algo que hace que tu misión sea mejor”. VMS utilizará exactamente el mismo QMS que utiliza SAM, y un GPS muy similar. “Si bien Venus y Marte son bastante diferentes, esperamos que nuestra experiencia con SAM nos permita trabajar de manera más eficaz y que aprovechemos las lecciones aprendidas mientras construimos y preparamos VMS para la misión DAVINCI”, dice Malespin.

Los subsistemas de muestreo dentro de VMS deberán ajustarse para funcionar en la atmósfera altamente inhóspita de Venus, con nubes de ácido sulfúrico y temperaturas superficiales lo suficientemente altas como para derretir el plomo. “Hay cambios que deben realizarse para garantizar que los aspectos clave del instrumento puedan operar con éxito y completar los objetivos científicos en el nuevo entorno”, explica Malespin. Estos cambios incluyen la adición de entradas calentadas con filtros, que protegerán la entrada de obstrucciones y corrosión a medida que ingiere los gases destructivos y las partículas de nubes en la atmósfera de Venus. “Hay puntos (en la atmósfera) donde los gases más corrosivos formarían gotas y se acumularían en la entrada, posiblemente obstruyéndola. La entrada calentada vaporizará esas gotas y permitirá que la entrada permanezca libre de obstrucciones”, dice Malespin.

Junto con VMS, la sonda DAVINCI albergará el Venus Tunable Laser Spectrometer (VTLS), el Venus Atmospheric Structure Investigation (VASI), y el Venus Descent Imager (VenDI). Todos estos instrumentos estarán dentro de la esfera de descenso con clima controlado, que los protegerá de las temperaturas extremas y la presión atmosférica (más de 90 veces la de la atmósfera terrestre en la superficie) durante el descenso a la atmósfera más profunda. Además, se volará un experimento de colaboración de estudiantes (VfOx) para medir la presión parcial de oxígeno en la atmósfera profunda directamente.

Más sobre la misión y los colaboradores

VMS se está construyendo en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. Sin embargo, hay varios colaboradores técnicos que están contribuyendo con componentes clave del instrumento. La caja electrónica principal será proporcionada por el Space Physics Research Lab (SPRL) de la Universidad de Michigan. La Wide Range Pump (WRP), que se utilizará para mantener el espectrómetro de masas en alto vacío, será proporcionada por Creare en Hanover, New Hampshire. El Centro Goddard de la NASA colabora con ambas compañías en misiones anteriores, que involucran espectrómetros de masas, incluido SAM a bordo del rover Curiosity en Marte.

El Centro Goddard de la NASA es la institución investigadora principal de DAVINCI, y llevará a cabo la gestión del proyecto para la misión, así como la ingeniería de sistemas del proyecto para desarrollar el sistema de vuelo de la sonda. Goddard también lidera el equipo de apoyo científico del proyecto. Misiones del tipo de las del Discovery Program como DAVINCI, complementan las exploraciones científicas planetarias más grandes de la NASA, con el objetivo de lograr resultados sobresalientes al lanzar misiones más pequeñas utilizando menos recursos y tiempos de desarrollo más cortos. Son administrados para la Planetary Science Division de la NASA por la Planetary Missions Program Office en el Marshall Space Flight Center en Huntsville, Alabama. Las misiones están diseñadas y dirigidas por un investigador principal (para DAVINCI: J. B. Garvin de NASA Goddard), que reúne a un equipo de científicos e ingenieros para abordar cuestiones científicas clave sobre el sistema solar.

Los principales colaboradores de DAVINCI son Lockheed Martin, Denver, Colorado, el Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory en Laurel, Maryland, el Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Pasadena, California; el Malin Space Science Systems en San Diego, California, el  Langley Research Center de la NASA en Hampton, Virginia, el Ames Research Center de la NASA del Moffett Federal Airfield en Silicon Valley, y el KinetX, Inc., Tempe, en Arizona.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.