Hiten

Primera misión japonesa enviada a la Luna

Hiten fue la primera misión japonesa enviada a la Luna y la primera sonda lunar lanzada desde Luna 24, en 1976. Desarrollada por el Institute of Space and Astronautical Science con la denominación previa MUSES-A, fue lanzada el 24 de enero de 1990 mediante un cohete Mu-3S-II desde el Centro Espacial de Kagoshima. La misión estaba orientada principalmente a ensayar técnicas de navegación y control orbital necesarias para posteriores proyectos lunares y planetarios.

La nave fue situada en una órbita terrestre muy elíptica que atravesaba periódicamente las proximidades de la Luna. Durante algo más de tres años realizó diez sobrevuelos lunares, probó la navegación óptica y la transmisión de telemetría por paquetes, efectuó dos pasos de aerofrenado por las capas superiores de la atmósfera terrestre y recorrió regiones próximas a los puntos de Lagrange L4 y L5 del sistema Tierra-Luna. También transportaba un detector destinado a medir la masa y la velocidad de partículas de polvo en el espacio comprendido entre ambos cuerpos.

Hiten llevaba acoplado el subsatélite Hagoromo, liberado durante el primer encuentro lunar para intentar su inserción en órbita alrededor de la Luna. Tras completar el programa inicial, la nave principal fue dirigida mediante una transferencia de baja energía que aprovechó las perturbaciones gravitatorias del Sol, la Tierra y la Luna. Hiten quedó en órbita lunar en febrero de 1992 y permaneció allí hasta abril de 1993, cuando terminó la misión mediante un impacto controlado sobre la superficie.

Antecedentes y objetivos de la misión Hiten

A finales de la década de 1980, Japón había desarrollado experiencia en el lanzamiento y operación de sondas interplanetarias mediante las misiones Sakigake y Suisei, enviadas al encuentro del cometa Halley. El Institute of Space and Astronautical Science planteó entonces una misión destinada a probar técnicas de navegación necesarias para alcanzar otros cuerpos del Sistema Solar. El proyecto recibió la denominación MUSES-A, primera misión de la serie Mu Space Engineering Spacecraft, concebida para validar sistemas y procedimientos mediante vuelos experimentales.

La asistencia gravitatoria constituía uno de los objetivos principales. Esta técnica utiliza el movimiento y la gravedad de un cuerpo para modificar la velocidad y la dirección de una nave sin depender exclusivamente de su sistema de propulsión. MUSES-A debía efectuar aproximaciones repetidas a la Luna y demostrar que la trayectoria podía calcularse y corregirse con la precisión necesaria para realizar maniobras de aceleración, desaceleración y cambio de orientación orbital.

La misión también debía comprobar la determinación precisa de la posición y la velocidad de una nave situada en una órbita terrestre muy elíptica. Para ello se ensayarían nuevos procedimientos de control orbital, navegación basada en imágenes de la Tierra y la Luna, un ordenador de a bordo tolerante a fallos y la transmisión de telemetría mediante paquetes digitales. Estas tecnologías estaban destinadas a reducir la dependencia de operaciones continuas desde tierra y a preparar misiones con trayectorias más complejas.

Otro objetivo era estudiar el aerofrenado, una maniobra en la que una nave atraviesa las capas superiores de una atmósfera para reducir su velocidad y modificar su órbita. MUSES-A debía utilizar la atmósfera terrestre para disminuir el apogeo de su trayectoria, comprobando la precisión de navegación necesaria para controlar la altitud del paso y limitar el calentamiento y las fuerzas aerodinámicas. La misión incluía además la liberación de Hagoromo y el intento de situarlo en órbita lunar, con el fin de ensayar la separación y operación de un vehículo independiente en las proximidades de la Luna.

Aunque Hiten fue concebida principalmente como una misión de ingeniería, incorporó un objetivo científico limitado: medir partículas de polvo en el espacio comprendido entre la Tierra y la Luna. El experimento, desarrollado junto con la Universidad Técnica de Múnich, debía registrar el número de impactos y estimar la masa y la velocidad de las partículas. Estas observaciones complementaban las demostraciones tecnológicas sin convertir a Hiten en una misión dedicada al estudio geológico o geofísico de la Luna.

Características de la misión Hiten

Hiten fue concebida para operar inicialmente en una órbita terrestre muy elíptica que permitiera realizar aproximaciones repetidas a la Luna. La trayectoria prevista tenía un perigeo de unos 262 km, un apogeo de aproximadamente 286.000 km, una inclinación de 30,6° y un periodo de 6,7 días. En lugar de permanecer alrededor de la Luna desde el comienzo, la nave utilizaría los encuentros lunares para modificar sucesivamente su órbita y ensayar distintas técnicas de navegación.

La nave tenía forma cilíndrica, con 1,4 m de diámetro y 0,79 m de altura. Su masa de lanzamiento era de 197 kg, incluidos unos 42 kg de hidrazina y el subsatélite Hagoromo. Las células solares estaban instaladas sobre la superficie lateral del cilindro y proporcionaban alrededor de 110 W para alimentar los sistemas de a bordo. Hagoromo permanecía acoplado en la parte superior durante el lanzamiento y las primeras semanas de vuelo.

Hiten estaba estabilizada por rotación, con una velocidad próxima a 20 revoluciones por minuto durante las operaciones. El eje de giro se mantenía aproximadamente perpendicular al plano de la eclíptica, definido por la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Esta configuración simplificaba el control de actitud, aunque exigía coordinar las comunicaciones, la captación de energía y las observaciones ópticas con la rotación de la nave.

La plataforma incorporaba un ordenador tolerante a fallos y un sistema de telemetría organizado en paquetes digitales. El ordenador estaba diseñado para mantener las funciones esenciales ante determinadas anomalías internas, mientras que la transmisión por paquetes permitía agrupar y enviar de manera más eficiente los datos de ingeniería y observación. Ambos sistemas formaban parte de las tecnologías que la misión debía comprobar antes de su aplicación en proyectos posteriores.

Hagoromo

Hagoromo era un pequeño vehículo destinado a ensayar la inserción de un satélite independiente en órbita lunar. Tenía forma de poliedro de 26 caras, medía unos 0,40 m entre caras opuestas y su masa, incluido el motor de inserción, era de aproximadamente 11 kg. Sus células solares producían alrededor de 10 W.

El subsatélite estaba unido a la parte superior de Hiten mediante una estructura que incorporaba el motor sólido KM-L. Tras la separación, un temporizador debía activar este motor para reducir la velocidad de Hagoromo y permitir su captura por la gravedad lunar. El vehículo contaba con sus propios sistemas de energía y comunicaciones, pero dependía de una secuencia programada para ejecutar la maniobra de inserción.

Sistemas experimentales

La navegación óptica utilizaba una cámara y un sistema de procesamiento de imágenes para localizar la Tierra y la Luna respecto al fondo del espacio. A partir de la posición y el tamaño aparente de ambos cuerpos podían obtenerse datos complementarios para determinar la orientación y ajustar la trayectoria. Fue el primer sistema de este tipo instalado en una nave estabilizada por rotación.

El Munich Dust Counter, desarrollado junto con la Universidad Técnica de Múnich, era el único instrumento dedicado a una investigación científica. Detectaba las señales eléctricas generadas cuando una partícula impactaba contra el sensor y utilizaba sus características para estimar la masa y la velocidad del objeto. El experimento estaba destinado a estudiar el polvo interplanetario y las partículas presentes en el espacio comprendido entre la Tierra y la Luna.

Desarrollo de la misión Hiten

Lanzamiento y primer encuentro con la Luna

Hiten fue lanzada el 24 de enero de 1990 a las 20:46, hora oficial de Japón, mediante el quinto cohete M-3SII desde el Centro Espacial de Kagoshima, actual Centro Espacial de Uchinoura. Tras separarse del lanzador, la velocidad de rotación se redujo hasta unas 25 revoluciones por minuto y el eje de giro quedó orientado casi perpendicularmente al plano de la eclíptica. La nave quedó situada en una órbita terrestre muy elíptica cuyo recorrido alcanzaba las proximidades de la órbita lunar.

A diferencia de una misión enviada directamente a una órbita alrededor de la Luna, Hiten debía regresar periódicamente a sus proximidades. Cada encuentro modificaba la trayectoria de la nave mediante la atracción gravitatoria lunar y permitía preparar el siguiente sobrevuelo. Este perfil convertía la misión en una sucesión de aproximaciones, correcciones orbitales y pasos por regiones alejadas de la Tierra.

El primer encuentro tuvo lugar el 19 de marzo de 1990 según la hora de Japón, cuando Hiten pasó a unos 16.500 km de la Luna. Poco antes de la máxima aproximación fue liberado Hagoromo, que debía encender su motor sólido y quedar capturado en una órbita lunar elíptica. La secuencia de separación y encendido se ejecutó, pero una anomalía en el transmisor impidió recibir telemetría del subsatélite y comprobar directamente su trayectoria posterior. Por este motivo, no puede afirmarse que Hagoromo desarrollara operaciones regulares alrededor de la Luna.

Hiten continuó en su órbita terrestre y utilizó los siguientes encuentros con la Luna para ensayar diferentes geometrías de asistencia gravitatoria. Las correcciones se realizaban con el sistema de propulsión de hidrazina y se apoyaban en el seguimiento desde tierra y en las observaciones del sistema de navegación óptica. La misión completó diez sobrevuelos lunares durante su programa principal.

Sobrevuelos lunares y aerofrenado terrestre

Los sucesivos sobrevuelos no tenían como finalidad mantener una distancia constante respecto a la Luna. Cada aproximación se diseñaba para modificar la energía, la inclinación o la orientación de la órbita terrestre de Hiten. La nave llegó a alcanzar un apogeo de aproximadamente 1.350.000 km, más de tres veces la distancia media entre la Tierra y la Luna. Esta amplitud permitió ensayar la navegación en una región donde las perturbaciones solares y lunares tenían un efecto apreciable sobre la trayectoria.

La fase principal incluyó también dos experimentos de aerofrenado en marzo de 1991. En estas maniobras, Hiten atravesó las capas superiores de la atmósfera terrestre a una altitud cercana a 120 km. La resistencia atmosférica redujo ligeramente su velocidad y modificó el apogeo sin consumir la cantidad de propelente que habría requerido una maniobra equivalente realizada únicamente con los propulsores.

El aerofrenado exigía controlar con precisión la altura del perigeo. Un paso demasiado elevado habría producido un efecto insuficiente, mientras que una trayectoria excesivamente baja habría aumentado el calentamiento, las fuerzas aerodinámicas y el riesgo de pérdida de la nave. Durante el primero de estos pasos, efectuado el 19 de marzo de 1991, la atmósfera redujo la velocidad de Hiten en unos 1,7 m/s.

La combinación de asistencias gravitatorias, correcciones propulsivas y aerofrenado permitió completar los objetivos principales antes de finalizar marzo de 1991. Hiten seguía operativa y conservaba suficiente capacidad de maniobra, por lo que ISAS amplió la misión con nuevas trayectorias alejadas de la Tierra y una posterior inserción del vehículo principal en órbita lunar.

Transferencia de baja energía y regiones L4 y L5

La extensión de la misión aprovechó una trayectoria de baja energía basada en la interacción gravitatoria del Sol, la Tierra y la Luna. Hiten entró en esta trayectoria el 25 de abril de 1991 y necesitó varios meses para regresar al entorno lunar. En lugar de seguir una transferencia corta y efectuar una maniobra de frenado de gran magnitud, la nave recorrió una trayectoria más amplia en la que las perturbaciones solares modificaron gradualmente su energía orbital.

Este tipo de transferencia se relaciona con el límite de estabilidad débil, una región en la que pequeñas variaciones de velocidad pueden cambiar el movimiento de una nave entre trayectorias dominadas por la gravedad terrestre y lunar. El procedimiento reduce el impulso necesario para aproximarse a una captura lunar, pero prolonga el tiempo de vuelo y exige una determinación precisa de la trayectoria durante varios meses.

Hiten regresó a las proximidades de la Luna el 2 de octubre de 1991 y experimentó una captura temporal antes de continuar por una trayectoria de grandes bucles. El recorrido atravesó regiones relacionadas con los puntos de Lagrange L4 y L5 del sistema Tierra-Luna. En estos puntos, la combinación de la gravedad de ambos cuerpos y el movimiento orbital permite que un objeto mantenga una posición relativa aproximadamente estable, aunque la trayectoria real de Hiten estuvo sometida también a la perturbación del Sol.

El paso por estas regiones formaba parte de los objetivos añadidos tras la fase principal. La nave continuó utilizando el detector de polvo y mantuvo las operaciones de navegación, seguimiento y control mientras se preparaba el encuentro que permitiría su inserción definitiva alrededor de la Luna.

Inserción orbital y final de la misión

El 15 de febrero de 1992, durante un nuevo encuentro con la Luna, Hiten efectuó la maniobra que la situó en órbita lunar. La nave principal alcanzaba así el objetivo que Hagoromo había intentado completar casi dos años antes. La inserción se realizó después de la transferencia de baja energía y de una prolongada campaña de seguimiento destinada a determinar la posición y la velocidad de la nave antes de la maniobra.

Hiten permaneció alrededor de la Luna durante cerca de catorce meses. Su órbita era elíptica y fue modificada mediante maniobras y perturbaciones naturales, lo que permitió continuar las pruebas de control orbital y las medidas del detector de polvo. La misión no incorporaba cámaras ni espectrómetros destinados a estudiar la superficie, por lo que esta fase estuvo centrada en la operación de la nave, el seguimiento de su trayectoria y la continuidad del experimento de partículas.

Cuando el programa de operaciones quedó completado, ISAS dirigió la trayectoria hacia la superficie lunar. La última telemetría se recibió el 10 de abril de 1993 a las 18:08:45 UTC, ya 11 de abril en Japón. El impacto se estimó en las coordenadas 55,6° E y 34,3° S. La finalización mediante una colisión dirigida evitó dejar la nave en una órbita lunar cuya evolución posterior no pudiera controlarse.

Resultados tecnológicos y científicos

Navegación y control de trayectorias lunares

Hiten demostró que una nave estabilizada por rotación podía realizar aproximaciones repetidas a la Luna y utilizar cada encuentro para modificar su trayectoria. Los diez sobrevuelos exigieron determinar con precisión la posición y la velocidad del vehículo, efectuar pequeñas correcciones y calcular cómo la gravedad lunar alteraría la órbita terrestre posterior. La misión alcanzó un apogeo máximo de unos 1.350.000 km, donde las perturbaciones del Sol y la Luna tenían un efecto mayor sobre el movimiento de la nave.

El sistema de navegación óptica fotografiaba la Tierra y la Luna para obtener información sobre la orientación y la trayectoria. Era la primera vez que se instalaba un sistema de este tipo en una nave estabilizada por rotación. Sus observaciones complementaron el seguimiento por radio desde tierra y permitieron comprobar procedimientos destinados a reducir la dependencia de la navegación basada exclusivamente en estaciones terrestres.

La liberación de Hagoromo permitió ejecutar la separación y el encendido programado de un motor de inserción lunar. El transmisor del subsatélite había presentado una anomalía antes del encuentro y no fue posible recibir telemetría después de su separación. La combustión del motor fue observada desde el Observatorio de Kiso, pero la ausencia de comunicaciones impidió confirmar directamente la órbita alcanzada y el funcionamiento posterior de la nave. El experimento verificó la secuencia mecánica y propulsiva, pero no permitió desarrollar operaciones regulares con Hagoromo alrededor de la Luna.

Aerofrenado y transferencia de baja energía

Los dos pasos por la atmósfera terrestre realizados en marzo de 1991 comprobaron que la resistencia aerodinámica podía utilizarse para modificar la órbita de una nave procedente del espacio cislunar. Hiten atravesó la atmósfera a alturas de perigeo de aproximadamente 125 y 120 km, donde una desviación pequeña podía producir una frenada insuficiente o aumentar el calentamiento y las cargas sobre la estructura. El seguimiento combinado de ISAS y de la Red del Espacio Profundo de la NASA permitió estimar la altitud de los pasos con diferencias inferiores a 50 m respecto a las reconstrucciones posteriores.

El primer paso redujo la velocidad de la nave en unos 1,7 m/s. El cambio era pequeño frente a una maniobra propulsiva convencional, pero demostró que la atmósfera podía emplearse para alterar una trayectoria próxima a la velocidad de escape terrestre sin consumir propelente. Hiten realizó la primera demostración de aerofrenado utilizada para reducir la velocidad de una nave espacial.

La extensión de la misión añadió otra forma de reducir el consumo de propelente. La transferencia hacia la órbita lunar aprovechó las perturbaciones gravitatorias combinadas del Sol, la Tierra y la Luna para modificar gradualmente la energía de la nave. El recorrido requirió varios meses y una navegación continuada, pero disminuyó la maniobra necesaria para aproximarse a la captura lunar. Hiten fue insertada en órbita alrededor de la Luna el 15 de febrero de 1992 tras completar esta trayectoria.

Esta fase mostró que una misión podía intercambiar tiempo de vuelo por ahorro de propelente. La técnica no sustituye a las transferencias directas cuando se necesita llegar con rapidez, pero ofrece una alternativa para naves con una capacidad propulsiva limitada y márgenes de tiempo mayores.

Medición del polvo entre la Tierra y la Luna

El Munich Dust Counter registró partículas microscópicas durante las distintas fases de la misión. El instrumento detectaba la carga eléctrica producida por cada impacto y utilizaba la señal para estimar la masa y la velocidad de la partícula. Las observaciones se extendieron por la órbita terrestre elíptica, los sobrevuelos lunares, las regiones alejadas del sistema Tierra-Luna y la fase orbital alrededor de la Luna.

Durante el paso por las proximidades de los puntos de Lagrange L4 y L5, Hiten buscó posibles concentraciones de polvo retenidas por la dinámica del sistema Tierra-Luna. Las medidas no mostraron un aumento claro de partículas en estas regiones. El resultado no permite descartar concentraciones de baja densidad, pero no confirmó la existencia de acumulaciones detectables por el instrumento durante la trayectoria seguida por la nave.

El detector obtuvo datos sobre la masa y la velocidad de micrometeoritos, aunque Hiten no estaba preparada para determinar su composición ni obtener imágenes de las partículas. La misión aportó medidas del entorno de polvo durante un recorrido poco habitual, pero su contribución científica fue secundaria respecto a los experimentos de navegación, aerofrenado y control orbital.

Cronología de la misión Hiten

Lanzamiento	24 de enero de 1990
Primer sobrevuelo lunar y separación de Hagoromo	19 de marzo de 1990
Inserción de Hiten en órbita lunar durante su undécimo encuentro con la Luna	15 de febrero de 1992
Impacto y final de la misión	10 de abril de 1993

Referencias y más información:

• Hiten, la primera sonda japonesa a la Luna. Daniel Marín, blog Eureka. 2025.
• Hiten, ISAS JAXA
• Hiten, NASA Science
• Beyond Earth. A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958-2016. Asif A. Siddiqi (PDF)