¿Europa o Titán? II

En una anterior entrada comentábamos las características principales de las dos candidatas para la próxima misión flagship de la NASA:

  • Europa Jupiter System Mission (EJSM).
  • Titan Saturn System Mission (TSSM).

La decisión debía haberse hecho pública el pasado día doce de febrero, pero se ha pospuesto la presentación hasta finales de mes. Para un entusiasta de la exploración del Sistema Solar como yo, elegir entre una de las dos misiones es como preguntarle a un niño si quiere más a papá o a mamá. Ahora bien, si queremos comprender la crucial elección que la NASA y la ESA están a punto de tomar, podemos leer los Informes Finales de cada misión, disponibles en la página de Outer Planet Flagship Mission. Además podemos consultar los correspondientes informes de la ESA para EJSM y TSSM. Estos estudios se centran en la ciencia que cada misión puede realizar durante su vida útil. Resulta francamente complicado hacer un resumen de las más de mil páginas que suman ambos informes, pero podemos añadir algunos comentarios que considero importantes.

Europa Jupiter System Mission:

EJSM contaría con dos naves independientes: un orbitador de la NASA (JEO), con radar incluido, para el estudio de Europa y un orbitador de la ESA para Ganímedes (JGO).

Calendario de las misiones JEO y JGO.

Experimentos de JEO y JGO.

Experimentos de JEO.

Jupiter Europa Orbiter (JEO).

Jupiter Ganymede Orbiter (JGO).

Desde el 4 de febrero de 2026 al 4 de mayo de 2028, JGO estudiará en detalle las dos grandes lunas galileanas Calisto y Ganímedes mediante repetidos sobrevuelos. De febrero de 2028 a febrero de 2029 la sonda estará en una órbita resonante entre ambos satélites. En mayo de 2028 entrará en órbita de Ganímedes. Tras estudiar este mundo desde una órbita de 200 km, se estrellará contra él el 6 de febrero de 2029. No se acercará a Júpiter más allá de la órbita de Ganímedes, lo que permitirá mantener al mínimo las dosis de radiación y alargar la vida útil de los paneles solares (JEO usará RTGs). JGO también incorporará un radar para estudiar la estructura de Ganímedes y Calisto, pero carecerá de cámara de alta resolución.

Jupiter Ganymede Orbiter (JGO).

Órbita final de JGO.

Los objetivos del Jupiter Europa Orbiter (JEO) son:

  • Objetivo A: verificar la existencia de un océano en Europa. Los instrumentos claves serán el radar y el magnetómetro. El radar, a 50 MHz, estudiará las profundidades desde 100 m a 3 km, con 10 m de resolución vertical. El magnetómetro tiene una sensibilidad de 0,1 nT.
  • Objetivo B: espesor y estructura de la capa de hielo de Europa. Las teorías actuales no se ponen de acuerdo sobre si esta capa mide unos pocos kilómetros o varias decenas. Los instrumentos claves, además del radar, serán la cámara de alta resolución y un altímetro láser. El altímetro tendrá una resolución de 1 m. La cámara de alta resolución tendrá una resolución espacial inferior a 1 m.
  • Objetivo C: química de Europa.
  • Objetivo D: geología de Europa.
  • Objetivo E: estudiar el sistema de Júpiter. En concreto, la atmósfera de Júpiter y su magnetosfera, además de Ío, son objetivos prioritarios.

Jupiter Europa Orbiter (JEO).

Características de JEO.

Estructura de los mundos a estudiar por JEO y JGO. Titán, Encélado y la Tierra aparecen a escala.

Anteriores propuestas de misiones a Europa.

Titan Saturn System Mission:

TSSM utilizará propulsión iónica para acortar su larga travesía por el Sistema Solar y comenzará con una misión de dos años por el sistema de Saturno antes de entrar en órbita de Titán. Durante esta primera fase, la estrella será la pequeña luna Encélado y sus géiseres, que estudiará durante siete sobrevuelos. Además de imágenes en alta resolución, TSSM podrá investigar Encélado mediante radar hasta los 50 km de profundidad, midiendo el espesor de la capa de hielo y la morfología de los puntos calientes de la luna. Además, podrá investigar directamente la composición de los géiseres con un espectrómero de masas al pasar entre ellos. Los anillos recibirán también un estudio en detalle, pues TSSM se acercará a los anillos B y C a una distancia tres veces inferior a la alcanzada por Cassini, aunque más espectacular serán los encuentros con el anillo A, el cual se observará desde una distancia siete veces inferior. Otros sobrevuelos de lunas menores serían posibles. En este caso, el radar sería una vez más el instrumento más novedoso. La atmósfera de Saturno también sería estudiada con los instrumentos de TSSM, que tienen una resolución mayor que los de la Cassini.

La TSSM con su etapa iónica camino a Saturno.

Resumen de la misión TSSM.

TSSM también realizará 16 sobrevuelos de Titán antes de entrar en órbita alrededor de este satélite. En algunos de ellos, la sonda se aproximará hasta los 750 km de la superficie, frente a los 1500 km de su fase orbital. Este elevado número de sobrevuelos obedece a razones tanto científicas como de mecánica orbital, ya que, al igual que Cassini, TSSM usará el campo gravitatorio de esta luna para maniobrar por el sistema de Saturno.

Sobrevuelos del sistema de Saturno antes de entrar en órbita alrededor de Titán.

Durante estos sobrevuelos no se empleará el radar, ya que éste utiliza un ingenioso sistema de dos conjuntos de antenas: el primero será usado para estudiar Encélado y otras lunas. Puesto que se piensa que las antenas podrían no sobrevivir el aerofrenado de la sonda con la atmósfera de Titán, este primer conjunto de antenas se desprendería y un segundo grupo sería desplegado una vez la TSSM estuviese en órbita circular alrededor de Titán. Este es uno de los puntos de la misión que menos me gusta: si el segundo par de antenas no logra desplegarse, la sonda será incapaz de realizar un mapa de radar de Titán, uno de los objetivos claves de la misión. Resumiendo, los objetivos científicos prioritarios de TSSM son:

  • Objetivo A: estudiar Titán, su superficie y su atmósfera, así como el complejo ciclo del metano que encontramos en este mundo. El instrumento estrella será el radar TiPRA (Titan Penetrating Radar), que sondeará la superficie desde una órbita de 1500 km de altura (debido a la estructura vertical de la atmósfera titánica, son imposibles órbitas estables por debajo de los 1000 km). TiPRA realizará una cartografía de Titán con una resolución espacial de 1-2 km y 10 m de resolución vertical, imprescindible para levantar mapas 3D de la luna y comprender su ciclo del metano. Podrá alcanzar profundidades de hasta 5 km.

Ciclo del metano en Titán.

Radar TiPRA desplegado.

  • Objetivo B: estudiar la compleja química de Titán, el único mundo del Sistema Solar además de la Tierra donde en la actualidad tienen lugar procesos de química orgánica abiótica en la atmósfera y en la superficie al mismo tiempo. Para ello, TSSM empleará principalmente el instrumento HiRIS (High-Resolution Imager and Spectrometer) que permitirá obtener imágenes de la superficie con una resolución espacial de 50 m (250 m para el espectrómetro) y en el rango del infrarrojo cercano, de 1 a 6 micrómetros (en concreto, en dos rangos de 0,85 – 2,4 µm y 4,5 – 5,8 µm). La Cassini sólo puede observar hasta las 5 micras, lo que impide la discriminación clara de la firma espectral de muchos compuestos orgánicos. Otros instrumentos claves para la consecución de este objetivo serán el PMS (Polymer Mass Spectrometer), TIRS (Thermal Infrared Spectrometer) y el SMS (Sub-Milimeter Spectrometer).

Comparación de la resolución del espectrómetro de masas PMS (dcha.) con el instrumento INMS de la Cassini.

Comparación entre el HiRIS de TSSM y el VIMS de Cassini.

  • Objetivo C: Encélado y la magnetosfera de Saturno. Encélado es un objetivo prioritario en si mismo, muy similar a la luna de Júpiter Europa, aunque mucho más pequeño. Por otro lado, la magnetosfera de Saturno influye en la atmósfera y química de Titán. El radar TiPRA obtendrá datos del polo sur de Encélado hasta una profundidad de 50 km y una resolución superficial de 1 km (10 m en vertical). El experimento MAPP (Magnetometerand Plasma Package) será primordial para la consecución de la segunda parte de este objetivo.

Instrumentos de los vehículos de TSSM.

Ángulo de visión de cada instrumento.

Distintas fases de la misión TSSM.

Partes de la órbita de Saturno estudiada por las distintas naves que han visitado el planeta.

El globo de la ESA tiene una vida útil de seis meses y queda abierta la posibilidad de que pueda comunicarse directamente con la Tierra, aunque obviamente el orbitador de TSSM es el principal medio de comunicación a priori. En este caso, el globo podrá detectar la señal del orbitador y orientar su antena hacia él de forma automática. Contará con tres cámaras, dos de las cuales apuntarán hacia abajo para obtener imágenes con una resolución menor a 10 m. Una tercera cámara estará instalada de forma lateral para observaciones metereológicas. Es posible que al final se incluya una cuarta cámara de alta resolución para conseguir resoluciones de menos de un metro. También tendrá un radar que permitirá estudiar la corteza de hielo hasta una profundidad de 1 km. El aterrizador llevará un sonar abordo para estudiar la profundidad del Kraken Mare, actualmente objeto de mucha controversia.

Subsondas de la ESA.

Globo del CNES.

Dimensiones de las sondas: globo (izquierda) y aterrizador.

Experimentos y características de las subsondas.

Lugar de aterrizaje de la sonda lacustre en el Kraken Mare del polo norte de Titán.

Distintas vistas del orbitador TSSM.

Configuración de la nave durante el aerofrenado. Nótese la cubierta del motor.

Alternativas de TSSM con distintos cohetes. Si se usase el Ares V, el tiempo de misión se reduciría a 3 años.

Conclusión:

Ambas misiones son apasionantes. Como ya he comentado, personalmente me decanto por TSSM debido al tremendo interés que Titán tiene para mí, en muchos aspectos el mundo más interesante del Sistema Solar tras la Tierra. Ahora bien, creo que la misión elegida finalmente será la Europa Jupiter System Mission por varias razones:

  1. EJSM cuenta con una participación europea independiente. Si la ESA reduce o cancela su colaboración, la NASA podrá lanzar sin ningún problema su sonda JEO hacia Europa. Sin embargo, si la ESA elimina su participación en TSSM nos quedaríamos sin el aterrizador y el globo para explorar Titán, precisamente dos de los elementos más novedosos y espectaculares de la misión. Sin la contribución de la ESA, TSSM sería poco menos que una Cassini 2.
  2. La Cassini todavía está en órbita de Saturno mandando datos de su sistema y de Titán. Con suerte, todavía nos quedan varios años de funcionamiento de esta sonda. Todavía no entendemos bien los complejos procesos que tienen lugar en Titán, algo que requerirá muchos años de análisis de los datos de la Cassini. Se hace difícil justificar una misión tan cara y compleja cuando ya tenemos una nave de tipo flagship operativa en Saturno. Por contra, el sistema de Júpiter no recibe la visita de un orbitador dedicado desde la misión Galileo, hace ya una década.
  3. Europa es un objetivo prioritario desde hace diez años. La NASA debía haber lanzado un orbitador a esta luna durante esta década, pero por diversos motivos políticos -especialmente debido a la malograda aventura JIMO-, esta misión no se llevó a cabo. Sin duda, ya es hora de estudiar Europa.

Una petición final a la administración Obama: como parte del estímulo financiero, ¿no sería posible lanzar las dos sondas y así nos quedamos todos contentos?


9 Comentarios

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FoxMulder

No es por nada pero veo mil veces mejor a la sonda a Titán que la de las lunas jovianas. Gastarse 3000mill$ para mandar dos orbitadores que llegarán dentro de 15 años más o menos, sin aterrizador a Europa (aunque Rusia dijo que quiere incluir un aterrizador, ya veremos) me parece derrochar el tiempo.
Partamos de la base que se mandan y en el 2025 confirman el océano. El paso obvio posterior sería mandar un aterrizador para analizar muestras de la corteza y subterráneas in situ, que hay que esperar ¿al 2050? Ya no lo veremos!
Para estudiar un océano bajo la corteza, bien podría hacerse en Encelado, en vez de Europa con 3 ventajas:
-No existe la radiación dañina para la sonda que hay en Júpiter
-Es más pequeño.
-Expulsa agua al espacio, con lo que los geísers pueden ser motivo de abundante estudio, al contrario que Europa que no hay.
Por tanto creo que podría centrarse en Encelado hasta que se desarrolle la tecnología necesaria para que las sondas aguanten más tiempo en Júpiter

Creo que la siguiente misión, sea a donde sea debe incluir aterrizadores para realizar estudio de alto nivel desde la superficie, por eso me decanto sin lugar a dudas por la sonda a Titán.
Y ojalá si se elige, pudieran incluir un aterrizador en Encelado, o ya que estamos un rover… que investigara la procedencia de los géiseres.

En fin que no quiero ver con mis ojos los grandes descubrimientos que nos esperan en estas lunas.

Por último una pregunta, el coste real para cohete es el que está en esa foto? ¿Ares V = 150mill$? no me lo creo. Ojalá! Debí haber visto mal.

¡Un saludo Daniel!

angoango

Hola Daniel, ¿dónde radica la diferencia en el cohete Ares V respecto los demás lanzadores para reducir el tiempo de vuelo a 3 años? ¿Quizá en su etapa superior que le produciría un empuje inicial descomunal para luego usar propulsión iónica?

Porque después de ver el cuadro resumen de posibles lanzadores lo que me ha quedado muy claro es que el debate desde un punto de vista temporal no debe enfocarse sobre si visitar un planeta u otro, sino en usar el Ares V como sea.

Saludos.

Daniel Marín

Foxmulder: yo tampoco me creo el precio del Ares V que sale en la tabla. Ahora mismo no sé en qué criterios está basado, porque no me cuadra.

Argo: exactamente. La mayor cantidad de combustible puede poner la nave en una trayectoria directa con una velocidad hiperbólica mayor. Coincido contigo: ojalá se pudiese usar este cohete, no sólo para esta misión, sino para muchas más, ya que nos abriría las puertas del sistema solar.

Saludos.

FoxMulder

Qué tal, estuve viendo el archivo del enlace que pones a la información que dan sobre cada proyecto, solo por curiosidad, y entre sus 500pag encontré eso.
Por cierto si este documento es la información pública, como será el documento sólo del anteproyecto…
No es el precio del Ares, sino el precio del sistema de propulsión de la sonda para cada tipo de cohete. El coste del Ares lo ponen en otra tabla y está en los 700mill, que a mi modo de ver está muy bien, en relación masa/precio. (El AtlasV está en 200mill, ya me dirás uno lleva 20T y otro casi 200 a LEO!)
Saludos!

FoxMulder

Una observación más, ojalá se pudiera usar el Ares V ya pero a ver quien se gasta los 700m solo en el lanzador… además sería para lanzar una supersonda o creo yo varias a la vez.
Por otra parte no sé cuanta carga podría poner el AresV en trayectoria directa a Saturno, no sabría hacer los cálculos. Tú eres el que sabes de estas cosas 😉

exequiel

holaa Daniel!
muy buena entrada, la verdad que cuesta bastante decidirse por una u otra mision, aunque a mi parecer y por lo que tu comentas es mas que seguro que la proxima flagship tomara rumbo a jupiter! en fin a ver si Obama se apiada de la ciencia tal como lo hace de los bancos y nos permite disfurtar de un duo dinamico de la ciencia!! jaj
sigo tu blog diariamente es muy interesante la verdad! suerte Daniel
saludos desde argentina!!

Daniel Marín

Gracias por tu aportación, Fox. Es complicado leer en detalle las más de mil páginas de todos los informes. Ya sabía yo que el precio ése no cuadraba.

En cuanto a la masa que el Ares V podría poner rumbo a Saturno, depende de la velocidad hiperbólica que quieras alcanzar (es decir, si quieres llegar antes o no) y del diseño final del lanzador (aún en el aire), pero rondaría las 40-50 t.

Exequiel: un saludo y gracias por visitarme.

Saludos.

monsieur le six

Lo triste es que haya que plantearse disyuntivas como estas cuando a fin de cuentas ninguna de las dos misiones es especialmente ambiciosa. Como ya habéis comentado, la de Júpiter es especialmente pobre: ni siquiera una pequeña sonda va a aterrizar en alguno de los satélites; simplemente vamos a seguir mirándolos desde lejos.

Estoy de acuerdo en que muy probablemente se apruebe la de Júpiter, pero la otra tiene una ventaja muy importante desde el punto de vista político (que supongo que es el que cuenta) y es que resulta más mediática. Es como si ahora tuviéramos que escoger entre un orbitador marciano y otro rover como el Spirit. De calle escogeríamos el rover, por mucho que el orbitador llevase muchos aparatos útiles para la observación del planeta.

Y es que a simple vista es más interesante la misión Saturno; en parte por las ventajas de Encédalo, que ya comenta FoxMulder, en parte porque Titán es un sitio indudablemente interesante, con nubes, lagos, ríos, etc., mientras que Europa sólo es un sitio en el que “se sospecha” que hay un océano sumergido, pero poco más. Ganimedes y Calisto tienen interés, pero más limitado.

Lo único que me gusta de la opción joviana es que llegaría antes, pero me pasa como a FoxMulder: que para que se descubra que hay un océano de agua y tener que quedarme con las ganas de ver una sonda investigándolo… casi que prefiero el globo y el barquito.

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