Lo que verdaderamente pasó con la resurrección de Philae

Philae aterrizó en el cometa 67P el 12 de noviembre del año pasado y debido a que acabó en una zona menos iluminada de lo esperado entró en hibernación cuando las baterías principales (no recargables) se agotaron, las condiciones de iluminación eran insuficientes para mantener caliente la sonda y mucho menos para recargar las baterías. Debido a las incógnitas con respecto a la zona de aterrizaje y su orientación final, resultaba muy difícil predecir cuando la sonda podría despertar de la hibernación. Además la sonda iba a sufrir temperaturas muy por debajo de la temperatura mínima para la cual ha sido diseñada (-55C).

Para que la sonda pudiese despertar, la temperatura interna de Philae debía llegar al menos a -45C y recibir más de 5,5W de potencia de los paneles solares. Basándose en los datos obtenidos antes de entrar en hibernación, la ESA decidió comenzar a buscar señales de Philae en marzo del 2015, sobretodo durante los periodos en los que la geometría entre Rosetta y Philae se creía que podía ser la más apropiada.

Entendiendo la forma en que se comunican Philae y Rosetta

La sonda Rosetta tiene un transmisor y un receptor dedicado a las comunicaciones con Philae llamado ESS, el transmisor envía periódicamente señales para iniciar las comunicaciones con Philae.

Cuando Philae recibe una señal de Rosetta, comprueba que hay suficiente potencia para encender uno de sus dos transmisores, y en caso positivo prueba a responder a Rosetta. Inmediatamente después de establecer las comunicaciones Philae comienza a transmitir los datos almacenados dentro de la memoria relativos al estado general de Philae almacenados antes de la comunicación. Mientras Philae transmite estos datos, Rosetta puede enviar otros comandos a Philae para reconfigurarla o iniciar tareas científicas.

Primer contacto con Philae

El 13 de junio a las 20:28:11 UTC Philae y Rosetta consiguieron establecer contacto por primera vez en ocho meses por un total de 78 segundos. Se recibieron 343 paquetes de telemetría, incluyendo datos térmicos, de potencia etc, en total fueron algo menos de 100Kbytes.

Cuando Philae y Rosetta entran en contacto, Philae envía los datos de telemetría almacenados en la memoria principal en el orden de más antiguos a los más nuevos, en total se tardarían 40 minutos en descargar toda la telemetría almacenada en las memorias de Philae, después envía los datos en tiempo real de sus sistemas. Cuando Philae y Rosetta interrumpen la descarga de datos, Philae continúa a enviar los datos desde donde lo había dejado anteriormente.

Si el link entre Philae y Rosetta es inestable (se interrumpe en menos de 20 o 30 segundos) Philae deja de enviar los datos almacenados y pasa a enviar directamente datos en tiempo real de sus sistemas.

Pero si creías que esto era sencillo, espera,  Philae estaba totalmente apagada cuando estaba en hibernación, así que cuando se ha despertado no tenía la más mínima idea de cuándo era. Los ingenieros adelantándose a esta posibilidad decidieron que la sonda no solo contase el tiempo (desde el 28 de noviembre del 2014 como punto de partida), sino que también contase los días (cometarios) que pasaban para ella (un día dura 744 minutos). Obviamente hay un riesgo en contar los días porque para Philae es posible que una bajada de tensión sea detectada como el final de un día, pero permite de todas formas saber con relativa precisión cuando han acaecido los eventos almacenados en memoria o si el reloj interno de Philae está funcionando como es debido.

La información enviada por Philae en este primer contacto tenía datos de los días (cometarios) 2, 19 y 20, además de 6 paquetes en tiempo real del día 95. Por lo tanto Philae se había despertado ya 95 días cometarios antes de esta comunicación. Se estima que Philae se despertó de la hibernación el 26 de abril. La telemetría en tiempo real indicaba que Philae se acababa de despertar tan solo 4 minutos antes de establecer contacto y que se encontraba en el día 95 desde su salida de la hibernación.

Estos datos dejaron varias incógnitas abiertas, por ejemplo, ¿Dónde estaban los datos de los días entre el 2 y el 19? Philae guarda los datos relativos a cada día en la memoria RAM y un minuto después del atardecer Philae graba los datos en la memoria principal, sin embargo si las baterías de Philae no consiguieron mantener la potencia de los sistemas durante este minuto es posible que se apagase sin grabar datos en la memoria. Lo que sí que parece claro es que el reloj interno de Philae ya no se interrumpe por lo tanto aunque la sonda duerme por las noches no está en modo hibernación si no que es “consciente” de las noches que pasa allí. Llegados a este punto los ingenieros pensaron que la sonda no había tenido la potencia necesaria para grabar los datos entre los días del 2 al 20.

Siguientes contactos con Philae

Inmediatamente después del primer contacto se realizaron numerosos cambios tanto en la trayectoria de Rosetta como en el uso y apuntamiento de los instrumentos, sobretodo en los momentos más óptimos para la geometría entre las antenas de Philae y Rosetta. Los científicos se vieron obligados a reprogramar todas las operaciones científicas de Rosetta para compatibilizarlas con las comunicaciones con Philae.

El segundo contacto se produjo dos días cometarios más tarde, el 14 de junio a las 21:22:47 UTC, esta vez el contacto duró 4:04 minutos pero con muchas interrupciones. Tan solo 26 paquetes fueron recibidos, todos del día 97 (telemetría de tiempo real).

El tercer contacto se produjo el 19 de Junio (5 días terrestres más tarde) sobre las 13:20:33 UTC y duró 18:53 minutos aunque con muchas interrupciones. Se recibieron 180 paquetes con datos de los días 107 y del día 96. La gran cantidad de datos del día 107 permitió conocer la configuración de comunicaciones de Philae por vez primera, estaba recibiendo con el receptor RX2 y transmitiendo con el transmisor TX1.

El cuarto contacto se produjo el 20 de junio a las 13:55:25 UTC y duró 31:01 minutos pero con muchas interrupciones. Se recibieron en total 744 paquetes de la memoria interna de los días del 21 al 25 y del día 97. También se recibieron paquetes en tiempo real del día 109. Este contacto permitió recibir datos de telemetría de varios días consecutivos y además también la configuración de las comunicaciones, con el RX2 recibiendo y el TX1 transmitiendo nuevamente.

El quinto contacto se produjo un día más tarde a las 02:32:50 UTC y duró 11:25 minutos pero con 10:37 minutos totales de interrupciones. Se recibieron 294 paquetes de los días 25 al 27 sin datos en tiempo real.

El sexto contacto se produjo el 24 de junio a las 17:23:48 y duró 17:11 minutos con muchas interrupciones. Se recibieron en total 83 paquetes de telemetría en tiempo real del día 118.

Estos seis contactos permitieron a los ingenieros ver cómo las condiciones de Philae habían mejorado considerablemente, durante el día 2 Philae tuvo una temperatura máxima de -45C mientras que durante el día 95 la temperatura mínima era de -10C y la máxima de 1C, los días habían también aumentado considerablemente de duración hasta llegar a las 3 horas.

Rosetta se acerca al cometa y Philae entra en silencio

Durante los anteriores días Rosetta se encontraba a una distancia de 200km del cometa para evitar que el polvo generado por el cometa interfiriese con los seguidores de estrellas, que ya habían generado problemas un par de meses antes debido al incremento de la actividad del cometa mientras se acerca al perihelio. Los ingenieros de todas formas decidieron acercar un poco Rosetta al cometa para intentar mejorar las comunicaciones. Estaba bastante claro que las antenas de Philae no están apuntando hacia el espacio si no hacia una pared del cometa. Las condiciones de radio mejoran al cuadrado de la distancia así que los ingenieros decidieron llevar a Rosetta hasta los 155km (el último contacto el 24 de junio se produjo a 180km). Además se modificó la trayectoria de Rosetta para probar a contactar a Philae en diferentes latitudes (entre los 0 y los 55º Norte).

Durante las conexiones anteriores, las comunicaciones habían sido siempre intermitentes, pero durante esas comunicaciones Philae se había recibido con bastante claridad, por tanto los ingenieros estaban bastante confundidos para explicar qué era lo que exactamente estaba pasando, cada vez era más difícil predecir cuándo se conseguiría contactar otra vez con Philae.

Problemas de Hardware y el encendido del instrumento CONSERT

Durante el sexto contacto del día 24 de junio, los datos en tiempo real mostraban que una de las dos memorias principales de Philae no tenía datos y que además estaba consumiendo más energía de lo normal. Ésto y debido a que Philae se había saltado varios días de datos, hacen ahora sospechar que la memoria de Philae ha comenzado a fallar.

Durante la telemetría del 19 y 20 de junio (tercer y cuarto contactos) mostraban que sólo uno de los dos receptores (RX2) estaba encendido, sin embargo la electrónica estaba configurada para usar los dos, además de que en los días cometarios del 19 al 26 mostraban que por aquél entonces el RX1 sí que estaba en funcionamiento. El contacto durante el día 97 mostraba que RX1 no consumía energía y por tanto probablemente había ocurrido un cortocircuito y había saltado la protección de sobrecorriente. ¿Podría haber fallado el RX2 también y por eso no se tenían más contactos con Philae dos semanas después del último contacto? ¿O tal vez los dos transmisores TX1 y TX2 habían fallado?

Se decidió por tanto establecer una nueva estrategia. Primero se intentaría encender el instrumento CONSERT (que usa un tercer transmisor de ondas de radio para medir el interior del cometa) pero usando una modalidad de comunicaciones diferente en la cual Philae no necesita establecer contacto con Rosetta para ejecutar comandos, se podría decir que se iban a enviar comandos a Philae a ciegas, esta modalidad se le llama TCBM (Tele-Comandos Modo Backup) y si los dos transmisores de Philae estaban estropeados pero el RX2 todavía funcionaba, Rosetta sería capaz de detectar CONSERT y encima hacer algo de ciencia.

Sin embargo no podía ser todo tan sencillo, si Philae recibía dos veces el mismo comando podría generar una condición no esperada en CONSERT y este no se encendería, por tanto antes de encender CONSERT se idearon unos comandos que permitirían que Philae no ejecutase dos veces el mismo comando.

El día 5 de julio se usó esta modalidad para contactar con Philae pero no hubo suerte, y ya eran más de 2 semanas sin noticias de Philae. Sin embargo el 9 de Julio y sorprendentemente Philae estableció comunicaciones bi-direccionales con Rosetta por un total de 22 minutos, 12 de los cuales fueron ininterrumpidos. Un total de 246 paquetes fueron recibidos tanto de telemetría almacenada en la memoria como datos en tiempo real, para Philae era el día cometario 150.

Curiosamente CONSERT no fue detectado por Rosetta, la telemetría descargada indicaba que los comandos enviados a ciegas usando TCBM habían sido recibidos y que CONSERT se había encendido, pero su secuencia de encendido se había interrumpido inesperadamente después de 6 minutos, antes de que CONSERT empezase a transmitir su señal. Hasta ese momento permaneció encendido pero sin transmitir.

Pero todavía había incógnitas más importantes, resulta que Philae recibió los comandos vía TCBM (usando siempre RX2) correctamente poco tiempo después de despertarse en su día cometario, sin embargo se tardaron 35 minutos en establecer las comunicaciones bidireccionales.

Normalmente Philae debería encender uno de los dos transmisores nada más recibir la señal de Rosetta, sin embargo si el link no se establece durante los primeros 3 minutos, Philae apaga el transmisor y lo intenta con el segundo, y así sucesivamente. La telemetría mostraba que primero lo intentó con TX1 por tres minutos pero que no lo consiguió así que encendió TX2 durante 10 minutos. Durante este tiempo la telemetría indica que TX2 no consumía energía por lo tanto estaba cortocircuitado y sin funcionar al igual que había ocurrido con RX1. Tras estos 10 minutos Philae volvió a cambiar al transmisor TX1 sin embargo ¡el transmisor tardó 17 minutos en encenderse!. Todavía no se sabe por qué tardó tanto tiempo pero sí se sabe por qué tardó 10 minutos (en vez de 3 en pasar de TX2 a TX1) y más de 17 minutos sin volver a pasar a TX2, resulta que cada vez que Philae recibe un comando TCBM el contador de 3 minutos se resetea y permite alargar el tiempo que Philae permanece en el último transmisor a pesar de que no haya conseguido establecer contacto.

Por tanto parece que TX2 está inhabilitado por cortocircuito, RX1 igualmente, la memoria principal parece estar consumiendo más de lo debido y sufriendo amnesias temporales, además CONSERT no logra acabar la secuencia de encendido y TX1 tarda casi 20 minutos en encenderse. ¿Y ahora cómo lo hacemos?

Los ingenieros por tanto idearon una nueva secuencia para agilizar las comunicaciones con Philae. Rosetta continúa usando la modalidad TCBM enviando una actualización de software a Philae (a ciegas) que se guardará solo en memoria RAM y que Philae al leerla intentará usar solo TX1 para transmitir y RX2 para recibir, además se usarán siempre TCBM para permitir que Philae no resetee el uso de TX1 y le dé tiempo a encenderlo. Debido a que la actualización de software se instalará en la memoria RAM, se perderá cada noche cometaria, lo cual no es del todo malo porque significará que al día siguiente Philae volverá a funcionar con el software y configuraciones por defecto. La intención es que Rosetta envíe la actualización de software usando TCBM cada mañana cometaria a Philae y después se restablezcan las comunicaciones más fácilmente.

Por desgracia debido al aumento de la actividad del cometa, los ingenieros se vieron obligados a alejar a Rosetta del cometa y no se han logrado más conexiones con Philae hasta ahora y por tanto no hay certeza de que el software haya conseguido funcionar.

A partir del 25 de julio Rosetta además se trasladó al hemisferio sur para continuar sus labores científicas puesto que este hemisferio estaba mayormente inexplorado debido a que estaba permanentemente a la sombra antes del perihelio. El equipo de Rosetta decidió por tanto de momento seguir usando las oportunidades de contacto con Philae para seguir enviando comandos TCBM a ciegas para re-configurar los instrumentos y realizar algunas medidas científicas así como alguna imagen nueva, no se esperaba que ocurriesen nuevos contactos con Philae en este periodo.

En septiembre Rosetta ha vuelto al hemisferio norte, pero está tan lejos que tampoco se espera que establezca ningún contacto, de todas formas Rosetta continúa llamando a Philae por si acaso durante este periodo.

El 23 de septiembre Rosetta se alejará hasta los 1500km para realizar medidas del medio interplanetario y encontrar el “arco de choque” entre el viento solar y la magnetósfera del cometa, durante este periodo las comunicaciones con Philae serán totalmente incompatibles.

Se cree que Philae recibirá suficiente energía solar para seguir funcionando al menos hasta final de año, obviamente no se sabe cuánto ha podido sufrir Philae durante el Perihelio a la actividad del cometa, pero se espera que las condiciones de temperatura se vuelvan más estables en unos meses y cuando la actividad del cometa se reduzca considerablemente Rosetta se acercará de nuevo al cometa para intentar restablecer el contacto con Philae.

Los ingenieros de la misión mientras tanto están intentando reproducir en Tierra el comportamiento observado en Philae durante el último mes para establecer la mejor estrategia para restablecer el contacto en los próximos meses.

Podría parecer que toda la misión y funcionamiento de Philae hayan estado siempre pendientes de un hilo, sin embargo Philae, que ha sido la primera sonda en sobrevivir a una hibernación prolongada en el espacio sin uso de energía nuclear, a temperaturas increíblemente bajas y fuera de especificación, ha sido diseñada de forma tan ingeniosa y flexible que parece que los operadores, o la propia Philae tienen siempre un As en la manga para continuar con la misión. ¿Volveremos a escucharla? Encendida seguro que ahora mismo está, pero ¿con capacidad para transmitir o se nos ha quedado ya sorda o muda?

¡La esperanza todavía no está perdida!

• Fuente: Understanding Philae wake up behind the scenes with the Philae team.