Sonda MUSE, ¿la última oportunidad de visitar Urano para nuestra generación?

Por Daniel Marín, el 6 abril, 2015. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar ✎ 33

Urano y Neptuno son los únicos planetas gigantes del sistema solar que todavía no ha sido orbitado por una sonda espacial. Por eso una de las asignaturas pendientes de la NASA es enviar una nave espacial a uno de estos mundos. En el pasado se han propuesto todo tipo de misiones, pero ninguna ha logrado ser aprobada. No obstante, la comunidad científica no se rinde. El último concepto de sonda a Urano es MUSE (Mission to Uranus for Science and Exploration), que bien podría ser la última oportunidad de ver una sonda alrededor de este planeta para nuestra generación.

Sonda MUSE para estudiar Urano (NASA).
Sonda MUSE para estudiar Urano (NASA).

MUSE intentará desvelar los misterios de los gigantes de hielo, un tipo de planeta muy abundante en el Universo -según los datos del telescopio Kepler-, pero del que sabemos muy poco. Hasta hace poco Neptuno siempre había sido el gigante de hielo favorito para este tipo de misiones debido a la espectacular actividad atmosférica que descubrió la sonda Voyager 2 durante su visita en 1989. Sin embargo, recientemente Urano ha acaparado el interés de los científicos al desplegar una inusual actividad atmosférica que nada tiene que envidiar a la de Neptuno. Por este motivo Urano ha pasado a ser el planeta favorito de las últimas propuestas de misiones espaciales.

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Nubes y bandas en Urano vistas por el telescopio Hubble en 1998 en infrarrojo cercano (NASA/STScI).

Y es que Urano cuenta con varias ventajas frente a su hermano Neptuno. La más obvia es que se halla más cerca del Sol, lo que significa que el tiempo de viaje es mucho menor y los niveles de iluminación son más elevados (de hecho, suficiente para que no se pueda descartar una misión con paneles solares extremadamente eficientes). Otro punto a su favor es que cuenta con un sistema de satélites propio muy interesante. Neptuno, por contra, solamente tiene unas pocas lunas de pequeño tamaño además de Tritón, un mundo apasionante por derecho propio pero que es con toda probabilidad un objeto del cinturón de Kuiper capturado. Además, una misión a Urano podrá arrojar algo de luz sobre por qué el eje del planeta se encuentra tan inclinado y estudiaría la curiosa geometría de su magnetosfera (antes de que alguien piense que la excesiva inclinación del eje del planeta se puede explicar simplemente con un impacto gigante, conviene recordar que no es solo el eje lo que está inclinado, sino todo el plano que contiene al sistema de satélites).

Los objetivos principales de MUSE serán medir la distribución de vientos zonales, la composición atmosférica, la estructura de la magnetosfera, determinar la proporción isotópica de los elementos y estudiar los satélites. Para lograr estos objetivos MUSE estará formada por un orbitador y una sonda atmosférica (la única forma de medir la composición precisa de la atmósfera de un planeta es el análisis in situ). El orbitador sería una nave de 3 metros de largo y 1,6 metros de ancho (además de una antena de comunicaciones de alta ganancia de 3 metros de diámetro) que incorporaría cuatro instrumentos (una cámara, un magnetómetro, una cámara Doppler y un espectrómetro infrarrojo). El orbitador llevaría propergoles hipergólicos para garantizar la inserción en órbita de Urano y las maniobras orbitales subsiguientes. La sonda atmosférica tendría una masa de 150 kg y una forma similar a la sonda de la misión Galileo que operaría en un rango de presiones de 5 a 100 milibares con varios instrumentos (un espectrómetro de masas, un nefelómetro y un conjunto de sensores atmosféricos).

Detalles de MUSE (NASA).
Detalles de MUSE (NASA).

MUSE despegaría en marzo de 2019 mediante un cohete Atlas V 551 y para llegar a Urano realizaría tres maniobras de asistencia gravitatoria con Marte, la Tierra y Júpiter, en 2020, 2021 y 2022 respectivamente. A pesar de todo la nave no llegaría a Urano hasta 2033 (!), es decir, después de catorce años de viaje. Y es que Urano queda muy lejos, con maniobras de asistencia o no. Por eso las últimas propuestas de misiones a Urano han incorporado etapas adicionales con motores iónicos para reducir el tiempo de vuelo, pero MUSE ha sido concebida como una misión de tipo New Frontiers -de medio coste-, por lo que su precio no puede superar los 1500 millones de dólares, así que no se puede permitir lujos adicionales.

Trayectoria de MUSE (NASA).
Trayectoria de MUSE (NASA).

La inserción orbital pondría la sonda en una órbita inicial elíptica con un periodo de 90 días, que luego se transformaría en una órbita más pequeña con un periodo de 16 días.La sonda atmosférica se liberaría un mes antes de la inserción orbital y entraría en la atmósfera de Urano 90 minutos antes de que el motor principal realice el encendido de inserción. Las órbitas no coincidirán con el plano de los satélites por culpa de las condiciones de iluminación y para estudiar la peculiar magnetosfera del planeta. La misión primaria se extendería durante 17 órbitas.

Órbita inicial y órbitas científicas de MUSE (NASA).
Órbita inicial y órbitas de ciencia de MUSE (NASA).
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Órbitas de la misión primaria con respecto a las órbitas de los satélites principales (NASA).

¿Saldrá adelante MUSE? Primero debemos esperar a que la NASA apruebe una nueva misión de tipo New Frontiers, claro está, pero lo cierto es que MUSE lo tiene difícil. Principalmente porque esta misión debería usar cuatro generadores de radioisótopos de tipo Stirling (ASRG), un programa que la NASA congeló recientemente. Aunque parece que la agencia espacial tendrá plutonio suficiente para una misión de este tipo, no deja de ser un inconveniente a tener en cuenta.

Referencias:



33 Comentarios

  1. Crucemos los dedos, todavía tengo por casa la Muy Interesante del sobrevuelo de Neptuno por la Voyager 2. Queda ya tan lejos 🙁

    Una duda, como necesita MUSE 14 ańos para Urano cuando New Horizons ha tardado 9 para llegar a Plutón?

    1. Porque la NH no necesita frenar xD.

      Más en detalle, porque NH no va a entrar en órbita alrededor de Pluton, pasa de largo, y lo hará en muy pocas horas. Si la velocidad de MUSE fuese tan alta para tardar tan poco tiempo, es muy difícil encontrar un mecanismo viable para reducirla lo suficiente para entrar en órbita de Urano.

  2. Daniel, ¿sabes cuáles son las ventanas de lanzamiento para una misión a Urano? La verdad es que desde hace tiempo estoy cruzando los dedos para que se apruebe una misión como ésta, y ahora leo ésto y me resulta imposible (a mí y a muchos, seguramente) fabular con la idea de que a ésto se le sume el uso de un SLS/Falcon Heavy o que ésta sonda haga uso de un sistema de propulsión avanzado (motores iónicos, ¿vela solar eléctrica?)… pero lo dejaste bien clarito: El presupuesto es una penalización para la MUSE.

    Saludos desde Mendoza, Argentina.

    1. No hay cohete que acorte el viaje. Cuando se trata de viajes interplanetarios, el cohete solo determina la masa del vehículo, pero siempre se requieren de sobrevuelos con otros planetas para llegar a órbitas más lejanas.

      1. Creo que no es correcto, recuerdo haber leido por aquí que usando cohetes más potentes (p.e. el SLS) el viaje puede acortarse al no exigir tantas asistencias gravitatorias.

        14 años son demasiados… si se quiere avanzar con mejor ritmo en el conocimiento del sistema solar es necesario que encontremos formas más rápidas de viajar.

      2. Te has colado bastante Chato… De hecho uno de los argumentos de la NASA para desarrollar el SLS es que acortaría muchísimo los viajes fuera del sistema solar interno, de hecho, permitiría acortar el viaje a Jupiter (de inserción en órbita, que no es lo mismo que un sobrevuelo, ya lo sé) de 7 a 2 años por ejemplo. Dani habló de esto por aquí: https://danielmarin.naukas.com/2013/10/25/usando-el-cohete-gigante-sls-de-la-nasa-para-explorar-el-sistema-solar-y-mas-alla/

        Respondiendo a tu pregunta Carlos, como ya he dicho, sí, se podría acortar y bastante, aunque no se si para esta misión llegaría a ser tanto como 5 años, hay que tener en cuenta que el sobrevuelo previsto sobre Júpiter de esta misión está previsto para 3 años después de su lanzamiento, no los 7 de una inserción orbital. Las carambolas de asistencia planetarias siguen siendo necesarias, o al menos como decía chato (en eso no se ha equivocado) y ese es un mundo que no controlo mucho, hay por aquí masters del Kerbal y el Orbiter que podrían arrojar un poco de sabiduría en esto jejeje. Pero volviendo al tema que me lío, para esta misión, NO se utilizará el SLS símplemente por presupuesto, salvo que se pueda compaginar con otra misión, cosa como supondrás… harto difícil. Una lástima

        Si alguien puede decirme cuanto se podría acortar la misión con el SLS, se lo agradeceré.

        1. Como dice Stewie arriba, el problema es entrar en órbita, cuanto más rápido llegues más energía necesitarás para frenar.
          ¿Que estaría bien lanzarla con un SLS y motores iónicos que empezasen a frenarla un año antes de llegar? Pues sí, pero no creo que les llegue la pasta.
          Otra opción sería lanzarla con SLS y realizar maniobras de captura atmosférica, pero como no se ha hecho nunca no lo van a probar con Urano…
          El tema de las carambolas es algo peliagudo, Urano se mueve muy lento respecto a los planetas interiores, asique realmente la ventana de lanzamiento depende de que dónde se encuentre Júpiter.
          Las Voyager utilizaron tanto a Júpiter como a Saturno para ganar velocidad, pero depende de una alineación muy concreta de estos planetas, que sólo se puede aprovechar cada 20años más o menos.
          Para que te hagas una idea New Horizons salió de aquí a 58.000Km/h y Júpiter la regaló otros 14.000.
          Habría que conocer el peso total de la sonda, la relación de delta-V entre el Atlas y el SLS y la trayectoría de lanzamiento, pero más o menos se ahorraría 5 años de viaje con este último. (Veáse: https://danielmarin.naukas.com/2015/02/04/el-camino-hacia-europa-esta-abierto/)

          1. A Chato: Se usarían las asistencias gravitatorias que fueran posibles igualmente, ¡No vas a rechazar miles de Km/h gratis!

          2. Buá, no me hago a ver esto con el móvil xDDD. Eso último era a Jordi no a Chato.
            Tampoco vi lo de los 3 años que tiene previsto está misión en llegar a Júpiter Txemary, eso me descuadra completamente, NH tardó 1año… Supongo que llegaría a Júpiter en menos de… 10 meses? O_o ¿Y en total hasta Urano ahorraría los 5 años? No, sé, luego lo investigo 😀

          3. Los motores iónicos para frenar un año antes… como no mandes un reactor nuclear no se de donde sacas la energía. Y los yankis no están muy metidos en este tema.

  3. Serìa fantástico explorar un mundo tan desconocido como Urano, mas adelante debería hacerse la de Neptuno. En lugar de desperdiciar el plutonio para Curiosity 2, o rover 2020, que muy bien puede ir con paneles solares, se podría emplearlo para la misiòn a Urano, y eventualmente la de Neptuno.

  4. Cierto es que la congelación del desarrollo de ASRGs ha sido un duro golpe pero no está tan claro que sirvan para misiones de tan larga duración: si los volantes de inercia de Hubble o Dawn fallan o dan problemas al cabo de un lustro ¿qué garantía tenemos de que un motor striling (que tiene un pistón móvil) no vaya a dar problemas en una misión que entre viaje y órbita debe durar 20 años?

    P.D. Cada vez que me imagino el tamaño de los paneles solares que necesitaría un orbitador de Urano (la superficie aproximada de una cancha de baloncesto) me entra la risa floja 😛

  5. hola primera ves que comento mi pregunta es cuanto cuesta cada cohete sls no su desarrollo sino una ves terminado y se decida lanzar una misión con el

  6. Me alegraria ver una sonda para unos de los gigantes de hielo, pero New Frontiers, tengamos en cuenta que estas misiones suelen dispararse, en cualquier caso seria la oportunidad de nuestra generacion.

  7. quizás sea un comentario muy superficial, pero cada vez veo mas interesante la creación de un “bus voyager” en serie, con instrumentación y sistemas de serie, y luego “extras” añadidos por mision, seguro que si no lo hacen hoy en día, sera por una buena razón muy bien argumentada y muy razonable.

    1. Creo que en algun lado escuche que siempre los buses modulares para satelites o sondas fallan porque no son tan modulares como se necesitarian, como cuando se trato de hacer las series Planetary Observer (Mars Observer, basada en comsat) para el sistema solar exterior y las Mariner Mk II para sist. solar exterior. Lo que se hace es reutilizar los instrumentos que han volado en misiones anteriores, lo mas caro de la sonda, creo

  8. Veamos, la idea de poner un motor iónico (de Xenon Gas) es posible, claro que si. El consumo de estos motores es realmente mínimo… pero aunque pudieras montar un motor más potente… todo se desbarajusta según tu idea jejeje. Veamos un poco de orbita báscia:

    Como muchos ya saben, para modificar una órbita (agrandarla o reducirla) las maniobras DEBEN hacerse en 2 puntos muy concretos… Apoapsis (punto más alejado de la órbita) y Periapsis (más cercano), según la primera ley de Kepler “Todos los cuerpos describen órbitas elípticas”. Pues bien, para aumentar tu Periápsis, necesitas encender los motores en sentido de la órbita en el punto contrario, la Apoapsis en este caso y viceversa. Pues bien, si lo hicieras en un “lateral”… no subes ni bajas nada, simplemente cambias de posición ambos puntos. Por supuesto, que si te quedas con los motores encendidos… claro que cambia, pero el gasto de energía es abrumador… Es por esto, que TODAS las maniobras espaciales DEBEN realizarse en momentos concretos.

    Ahora, trasportemos ésto a la situación. Si dices de encender los motores un año antes… frenarías, claro que si, pero ya olvídate de la trayectoria que llevabas para la asistencia orbital. Por supuesto, que puedes calcular otra trayectoria incluyendo ese año de frenado… pero… tardarías incluso más tiempo en llegar… ya que la nueva trayectoria resultante estaría muy muy alejada.

    Realmente, en lo que los viajes espaciales se refiere, absolutamente todo es posible!, si dispones del tiempo necesario jejeje. Por ejemplo… sería posible realizar esta misión de manera que no gaste NADA de combustible para frenar, entrar en órbita y todo, siempre y cuando, la alineación planetaria sea perfecta y realizando miles de carambolas de manera que te dejen suficientemente lento como para ser simplemente capturado como Tritón.

    En Resumen: Todo ha de hacerse en el momento oportuno con la cantidad de energía suficiente.

    Otra cosa, a cerca de las ventanas de lanzamiento, aquí os dejo algo genial!: http://clowder.net/hop/railroad/sched.html

    Por cierto, soy un auténtico entusiasta de Kerbal y Orbiter jejeje, aunque prefiero mucho más el Orbiter, que es más realista. Si os apetece, es gratis: http://orbit.medphys.ucl.ac.uk/

    1. Perdona mi ignorancia Alberto, pero me ha parecido entenderte que un frenado para cojer la órbita producirá desviaciones que, incluso, podrían alargar el viaje ¿no?. Entonces me pregunto como hizo la Dawn, porque me parece haber leido que fue frenando con el motor iónico. Si puedes me lo aclaras. Gracias y un saludo.

    2. Pruébalo en los sims 😀 Dije un año como podía haber dicho 3meses, yo que sé, habría que calcularlo (cuando lo simule lo sabré :D), pero desde luego que no sería empezar a frenar en los laterales(nodos ascendente y descendente), es una órbita enorme, en <1año estarías lo suficientemente cerca de la mínima velocidad orbital(AP). Si para la maniobra normalmente necesitarías 1Km/s de delta-V, empezando antes con los iónicos puede aumentarlo a 1.25? ¿Que más da? tienes motores iónicos 😀 compensan el extra de delta-V necesaria con la capacidad de aportar mucha más total frente a los convencionales.
      Estaba intentando simular en Kerbal las 2 opciones (Atlas vs SLS) y la captura atmosférica, para ver qué tardaría realmente menos… Pero entre que no tengo tiempo y que las asistencias de Marte-Tierra-Jupiter me están volviendo loco…

  9. Asumámoslo. Esto no va a salir. La mayoria abandonaremos este mundo sin ver misiones llegar a estos dos planetas y mucho menos a los planetas menores. Tiempo de recortes

    1. Andrónico, posiblemente podrían añadir muchos más experimentos, pero piensa que cada instrumento tiene su propio peso. Al añadir peso, incrementa la masa total del “vehiculo”, por lo que necesitaría más energía para las maniobras. A más masa, necesita más potencia para moverse, por lo que necesita más combustible, que a su vez, aumenta más la masa… etc… etc…

      Lo ideal… inventar un motor de Hidrógeno que pueda ser “quemado” con energía solar. Así no habría problemas de combustible, pero… claro está que si te alejas demasiado del Sol… se acabó el invento jejejejeje. Es lo que pasa con la idea actual de “Velas solares”, capaces de impulsar una nave a velocidades INCREIBLES! pero… al ir tan rápido, pierdes energía solar (por la distancia) así que me temo que no podrás frenar hasta encontrar otra estrella jajajajajaja. “¡ ALIEN, apartate que no tengo frenos!”

  10. Temperatura
    Mínima 59 K (-214,2 °C)

    Que frío.

    ¿Daniel no ha puesto nada de las Arañas-robot de la nasa, no? No he encontrado en el buscador.

    Según los investigadores, que confían en realizar los primeros experimentos en el espacio en menos de dos años, SpiderFab permitirá “fabricar en órbita grandes elementos espaciales tales como antenas, paneles solares, armaduras y otras estructuras multifuncionales”.

    http://actualidad.rt.com/ciencias/171321-nasa-aranas-robot-fabricar-orbita

    1. JOOOOO que guapo!! la verdad… eso si que es un progreso!!! Ya que si construye en el espacio estructuras… será menos peso en el lanzamiento y en consecuencia muuuuuuuuuuuucho más baratas las misiones!

      Por si alguien no lo sabía… actualmente, ponerte a tí en órbita, te costaría LITERALMENTE tu peso en oro!!!, pero si esto sale adelante… la primera fase que es cruzar las capas más densas de la atmósfera (por eso es tan cargo, por el gasto brutal de combustible para tener la potencia necesaria y levantar todo ese peso) saldría a mitad de precio por lo menos!

  11. Una sonda de mediano coste dentro de 17 años es mejor que nada. Según explicas, MUSE se concentraría en Urano. ¿Y qué tipo de estudios, estimado Daniel, se han contemplado hacer a sus satélites dentro de la misión primaria?

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Por Daniel Marín, publicado el 6 abril, 2015
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