Cómo podrían ser las próximas sondas a Urano y Neptuno

Hace justo un año el Congreso de los Estados Unidos ordenó a la NASA la construcción de una sonda para explorar Urano y Neptuno, los planetas menos conocidos de nuestro sistema solar. Ordenar no es lo mismo que aprobar ni dar los fondos necesarios para que se haga realidad, pero por algo se empieza. A lo largo de este año la NASA ha realizado un estudio preliminar sobre esta misión, que, recordemos, no despegaría hasta alrededor de 2030 como muy pronto.

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Diseño preliminar de una sonda a Urano y Neptuno dotada de una sonda atmosférica y una etapa de propulsión SEP (NASA).

¿Conclusiones? Por un lado, la arquitectura de la misión sigue sin concretarse. Algo lógico por otra parte, ya que dependerá del presupuesto real del que se disponga. Por ahora la NASA estudia varias opciones, pero la favorita desde el punto de vista científico es mandar dos sondas independientes que orbiten cada gigante de hielo por separado y que además estén dotadas de una cápsula atmosférica para estudiar el interior del planeta. En el otro extremo tenemos la opción mínima que nadie quiere, consistente enviar dos sondas de sobrevuelo sin cápsulas.

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Posibles misiones para el estudio de Urano (NASA).
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Posibles misiones para el estudio de Neptuno y de Urano y Neptuno (NASA).
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Prioridad científica de las distintas arquitecturas de misión. La favorita es enviar dos orbitadores independientes a Urano y Neptuno (NASA).

Las sondas no serían excepcionalmente diferentes a otras misiones como Cassini o Galileo. Cada una contaría con unos 18 instrumentos científicos, incluyendo cámaras, magnetómetros, un experimento de radio para medidas gravimétricas y espectrómetros en infrarrojo y ultravioleta. La carga mínima de instrumentos científicos de cada orbitador sería de 50 kg, mientras que una carga de 90 kg se podrían explorar los objetivos científicos prioritarios y con 150 kg todos los objetivos científicos en general. Las sondas atmosféricas incluirían, además de instrumentos típicos (cámaras, estación meteorológica, espectrómetros de masas, etc.), un nefelómetro y un instrumento para medir la proporción de hidrógeno orto e hidrógeno para (el primero sirve para estudiar los aerosoles y partículas en suspensión, mientras que el segundo da información sobre la dinámica de la atmósfera). Por supuesto, ambas sondas estarían alimentadas por varios generadores de radioisótopos (tipo eMMRTG).

 Diseño preliminar de una sonda a Urano y Neptuno dotada de una sonda atmosférica y una etapa de propulsión SEP (NASA).
Diseño preliminar de una sonda a Urano y Neptuno dotada de una sonda atmosférica y una etapa de propulsión SEP (NASA).
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Sonda para el estudio de la atmósfera de Urano y Neptuno (NASA).

Los orbitadores de Urano y Neptuno despegarían en 2030 y tardarían 11 y 13 años respectivamente en llegar a su destino. No obstante, se barajan varias ventanas de lanzamiento entre 2024 y 2037. Usando cohetes convencionales como el Atlas V y el Delta IV —son los que cita el estudio, pero para entonces habrán sido sustituidos por el Vulcan— el tiempo de vuelo a Urano alcanza entre 10 y 11 años, y entre 12 y 13 años a Neptuno. ¿Y si usamos el futuro cohete gigante SLS de la NASA? En ese caso se podría acortar el tiempo de vuelo en dos años (depende mucho de la ventana de lanzamiento precisa que escojamos), quizás insuficiente para justificar el uso de este carísimo vector. A cambio, el SLS permitiría el lanzamiento de sondas mucho más pesadas y con instrumentos de mayor tamaño.

Para minimizar el tiempo de vuelo cada sonda llevaría una etapa de propulsión eléctrica solar (SEP) con motores iónicos. La etapa funcionaría durante los primeros años de misión hasta que la distancia al Sol fuese demasiado elevada. La vida útil del orbitador de Urano se estima en cuatro años, mientras que la del de Neptuno sería de dos años. La diferencia se debe principalmente a los más de cinco sobrevuelos de Tritón que realizaría esta última sonda. Estas maniobras gastarían bastante combustible y esto tendría un impacto negativo en la duración de la misión. En definitiva, las sondas se parecen bastante a la de otros estudios previos, aunque incorporan las últimas novedades tecnológicas y requisitos de la comunidad científica.

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La sonda a Urano o Neptuno con los paneles solares de la etapa SEP desplegados (NASA).

Las sondas atmosféricas nos informarán sobre las condiciones de presión, temperatura, así como la composición (con especial énfasis en la abundancia de gases nobles) y la proporción de isótopos (principalmente hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno) de cada planeta. Estos datos son esenciales para saber cómo se formaron los gigantes de hielo. Según los modelos actuales, Urano y Neptuno se crearon mucho más cerca del Sol de lo que están en la actualidad y fueron expulsados al exterior por las carambolas gravitatorias entre Júpiter y Saturno. De hecho, es posible que Neptuno estuviese originalmente más cerca del Sol que Urano. Las sondas atmosféricas se separarán unos 60 días antes de la inserción orbital y entrarán en la atmósfera a unos 20 km/s.

Supuesta estructura interna de los planetas gigantes. Urano y Neptuno son mundos muy distintos (NASA).
Supuesta estructura interna de los planetas gigantes. Urano y Neptuno son mundos muy distintos (NASA).

Estas sondas deben aclarar también por qué Neptuno tiene un interior más caliente y activo que Urano y explicar la anómala inclinación del eje de rotación de este último planeta. El orbitador de Urano estudiaría además su sistema de lunas, actualmente el menos conocido de todo el sistema solar. Por su parte, la sonda de Neptuno se dedicaría a explorar en detalle Tritón, un objeto transneptuniano capturado por Neptuno cuyo estudio es, ahora que conocemos las características de Plutón, más prioritario que nunca. La NASA espera que la doble misión a Urano y Neptuno no supere los dos mil millones de dólares (hay que tener fe).

Urano, Neptuno y sus lunas son los mundos que peor comprendemos del sistema solar. Es imperativo volver al reino de los gigantes de hielo.

Referencias:

  • http://www.lpi.usra.edu/opag/meetings/aug2016/presentations/day-2/Hofstadter.pdf

56 Comentarios

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Jose PJose P

Daniel, mencionas que son los “mundos” que peor conocemos, eso significa q consideras q conocemos mejor a Pluton? Entiendo q las Voyager estaban muy bien equipadas y por el contrario la NH no tanto ya q el presupuesto era muy limitado…
Saludos!

Daniel Marín

A nivel global, sin duda ahora mismo conocemos mejor Plutón que Urano y Neptuno y sus lunas. Los instrumentos de la New Horizons eran incomparablemente mejores que los de las Voyager, y eso se nota. De hecho, si sabemos más sobre los gigantes de hielo es gracias a que disponemos de observaciones del Hubble y observatorios de tierra, porque si no…

Juan PuebloJuan Pueblo

Tienes razon, lo siento, no aparecia el comentatio, y se demoro su publicacion, pense que lo hanisn borrado, pido perdon por mi desesperacion. Ya lo vi, esta mas abajo…

Gadiel Jellinok Guzmán SandovalGadiel Jellinok Guzmán Sandoval

Siempre me he preguntado por que la URSS nunca se aventuró a misiones mas allá de Marte. Las demás agencias espaciales del planeta aún tienen mucho que aprender de la NASA

CristianCristian

Supongo que por temas de dinero. El presupuesto de la agencia espacial Soviética, a pesar de sus logros, fue siempre inferior al de la NASA. Las misiones al Sistema Solar exterior son bastante caras. Por otra parte, las primeras misiones de ese tipo empezaron en los 80 con la Pioneer 10. Por aquella época, a pesar de que desde fuera no se notaba, la URSS ya estaba empezando a tener graves problemas económicos y eso afectaba a su programa espacial, que no podría financiar este tipo de misiones.

RafaelRafael

Hola Daniel creo que hay un par de errores para que los corrijas por si no te has fijado…

“Las sondas en no serían”
“Incorporan últimas las novedades ”

Una pena que falte tanto para aprobar y enviar las sondas…
saludo

Haridas MederosHaridas Mederos

Sólo 2 mil millones para ambas? Eso es una locura! El rover 2020 a Marte ya paso esa cifra y eso que usa partes recicladas del curiosity…

CristianCristian

No puedes comparar una misión de superfície con un vehículo móvil como el Rover de Marte, con sondas que en su mayor parte están pensadas para ponerse en órbita. Hacer aterrizar un vehículo en Marte que se tiene que desplazar por ese planeta lo veo bastante más complicado que tan solo enviar un orbitador. Veo que hay un par de configuraciones que incluyen una sonda que podría aterrizar en Tritón, pero aún así no creo que sean vehículos móviles, sino algo tipo Cassini, sigue siendo más barato.

Hilario GómezHilario Gómez

Dudo mucho que esas sondas salgan adelante. Desde luego, con 2.000 millones de dólares es imposible.

Peor en el remoto caso de que lleguen a buen puerto, podré ver las primeras imágenes en el televisor holográfico de la residencia de ancianos… Si el alzheimer me deja entender lo que estaré viendo, claro.

pochimaxpochimax

No he entendido bien las opciones híbridas, con sobrevuelo a uno y orbitador al otro planeta. ¿Hay alguna ventana concreta de lanzamiento que permita sobrevolar Urano y luego ponerse en órbita de Neptuno para finalizar la misión allí?

pochimaxpochimax

Entendido. Es que no veo a NASA haciendo dos sondas ni en broma, pensé una alternativa era una sonda que visitara ambos planetas.

U-95U-95

Ni hablar de dos sondas que se limiten a sobrevolar los planetas. Dos orbitadores de pleno derecho, con sondas atmosféricas al estilo Galileo; seguramente los ingenieros se las apañen para que todo quepa dentro de ese presupuesto.

La lástima es estar hablando de 20 años o más y mejor no pensar en eso.

gabrielkfr

Pero lo harán, o al menos lo intentarán, y si lo logran la comunidad científica se lo agradecerá, así como nosotros también.

AgüimenseAgüimense

Mardita sea…. Estas dos misiones no las disfruto yo, (por lo menos desde la Tierra)…. Saludos.

RobertSmithRobertSmith

Y digo yo, si la USAF va a adquirir unas 2500 unidades del F-35, con un coste aproximado de 300.000 $ millones, dolar arriba, dolar abajo, por renovar parte de su flota de pajaritos…Qué son 2000 milloncitos para un par de sondas? Ahh ya, es que las sondas no bombardean al enemigo

Rengel

Para muchos civiles y ciudadanos de a pie las sondas a los planetas son un gasto absurdo. La prueba es que la mitad del mundo cree que Juno era falsa…

Pedro

Unas misiones largamente esperadas. Yo era niño cuando la Voyager II sobrevoló Urano y Neptuno y no sé si seguiré aquí cuando lleguen esas sondas.

Espero que no se limiten a meros sobrevuelos y que sean unos orbitadores en condiciones (si llevan algo más pues mejor que mejor). Yo, puestos a pedir, pediría una sonda atmosférica para Urano y un aterrizador para Tritón pero entiendo que es más barato poner dos sondas atmosféricas.

Me ha llamado la atención que en el enlace que facilita Daniel se incluye a la ESA como posible colaboradora.

JuanPuebloJuanPueblo

Seamos sinceros, 2 mil millones de dolares no valdrá ni una sola de esas dos sondas,
(así como que no es realista decir que “el hombre pisara el planeta marte antes del 2040).
Por supuesto son dos misiones necesarias que se deben hacer a los dos planetas menos explorados del sistema solar: los enigmáticos planetas ‘helados’, Urano y Neptuno (y Triton); cuya composición y comportamiento difiere de los planetas gigantes gaseosos.
Y es un nivel de complejidad distinto a colocar un ROVER en un planeta (no menos complejo),
pues hay que tener en cuenta que se trata de la INSERCIÓN EN ÓRBITA mas lejana de una sonda alguna (el orbitador mas lejano es la sonda CASSINI, y eso fue una proeza).
Un sobrevuelo seria poco, hay que hacer el esfuerzo (no solo económico) por insertar en órbita las dos sondas a los planetas en la decada de los 30 de este siglo.
Ojala y aprovechen las capacidades en espacio y potencia del nuevo cohete SLS, que acortaría en dos años el tiempo de viaje que con los cohetes existentes mas potentes actualmente serian de 11 y 13 años.

Daniel FernandesDaniel Fernandes

Probablemente por los RTG, que cuestan una pasta, los RHU, antenas de alta ganancia, redundancias para un viaje de doce años, instrumental cientifico, no sé hasta que punto tambien protección de radiación… Mas software, instrumental de tierra, empleados, estaciones de recepción de señales, que ya están construidas, pero siguen gastando…

AstrofanAstrofan

No creo que sólo sea sólo por los RTG. El problema me parece a mí de que las sondas cuesten tanto es que cada una es practicamente un prototipo, se diseña todo desde el principio, todo se construye casi artesanalmente, para un único vehiculo, se quiere siempre incorporar la última tecnología disponible, los miles de tests que se deben hacer. Si se contruyeran en serie, cambiando sólo los instrumentos científicos para cada misión, la cosa se abarataría mucho.

PelauPelau

Sí y no, hay matices. Es cierto que “todo se construye casi artesanalmente”. Pero no necesariamente “se diseña todo desde el principio”, eso depende, y aquí Daniel dice “Las sondas no serían excepcionalmente diferentes a otras misiones como Cassini o Galileo”.

Anon1Anon1

¿No se podrían hacer sondas estandarizadas/modulares para abaratar costes?

Daniel Marín

El problema es que es muy difícil unificar criterios. Cada misión es única y hacer sondas en serie no resulta fácil. La NASA lo intentó en los 80 y 90 y le salió el tiro por la culata. Primera regla de la industria aeroespacial: adaptar un diseño para hacer algo que no es su objetivo inicial normalmente sale más caro que crear un diseño nuevo desde cero.

JoseJose

Ese es un tema que siempre me ha intrigado, y que (en mi opinión) podría ser un buen tema para un artículo en manos de un experto (sin señalar :) ): ¿tantos millones para una misión de exploración espacial?. ¿Porqué?. ¿Como se estructuran los gastos en una misión tipo?. ¿Cuanto es por el lanzador, la sonda, el personal dedicado al mantenimiento de la misión u otros?

GonzaloGonzalo

Siempre el P….O dinero….. Esto me hace reflexionar sobre una cuestión. Pensando en los siempre limitados presupuestos para exploración espacial de la Nasa (y no hablemos ya de Esa o Roscosmos) y lo que ello supone a la hora de aprobar misiones, quiero preguntaros y que hagáis una posible predicción, de hasta donde hubiera llegado nuestra tecnología, si nos ponemos en la imaginaria situación que no hubiera habido límite alguno presupuestario para desarrollar misiones desde la década de los 60. Dinero y recursos ilimitados ¿Seria ya una realidad por ejemplo tecnología de propulsión espacial que ahora nos parecería ciencia ficción? ¿Tendríamos colonias en la Luna o Marte o incluso en algún satélite de Jupiter? ¿Que tamaño tendría el espejo de nuestro mejor telescopio espacial?
Seria interesante saber que pensáis. Un saludo!!

Gadiel Jellinok Guzmán SandovalGadiel Jellinok Guzmán Sandoval

Por lo menos tendríamos bases temporales en la Luna, como las tenemos en la Antártida hoy día y los vuelos espaciales serían mas frecuentes y rutinarios…

RedRed

Yo creo que sería tal como es 2001 una odisea en el espacio. En este momento estaríamos ya estableciendo una base en Marte, y no una pequeña, una de 20 personas.
En cuanto a propulsión me parece muy difícil saberlo, porque por ejemplo propulsión de fusión nuclear, o de vela requiere de tecnología muy avanzada y sobre todo un software avanzado. Imagina, sólo compara las estaciones Salyut con la Tiangong China y verás la diferencia de tecnología, se nota en el menor cableado, más espacio útil, etc.
Por ejemplo por más que hubieran querido desarrollar el código procedual (o el que usa No Mans Sky) en los 80’s no hubieran podido porque simplemente no tenían la tecnología, o la impresión 3D o impresión de tejidos. A lo que voy es que , independientemente de lo que hubiéramos logrado en una realidad alternativa, siempre nos hubiera limitado la tecnología. Otro ejemplo es, ve las portadas de “Man will conquer space soon!” De los 50’s, esas míticas revistas que retrataban como sería el futuro. Colonias espaciales, bases en la luna, naves interplanetarias marcianas, todo esto es genial pero al menos a mi me causan mucha risa los diseños, muy ineficientes y anticuados. ¿Entiendes mi punto? Supón que si hubieran construido la ruida de Von Braun en los 70’s. Así tal como la planeaban, ¿Cómo te parecería esa estación hoy en día? Ya tendría al menos 30 años y le rechinaria todo, como a la Mir. La Mir es un ejemplo de eso, de como el tiempo vuelve anticuadas las cosas, hasta el mismo concepto del Shuttle se volvió anticuado.
El tiempo destruye todo amigo.

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Red: De acuerdo contigo, pero la investigación tecnológica también va de la mano con los presupuestos, por ejemplo: si realmente hubiese una necesidad de encontrar la manera de viajar más rápido que la luz, ya hubiésemos encontrado la tecnología adecuada para hacerlo. Hoy por hoy, solo pensamos que sería lindo una nave que pudiera viajar a velocidades relativistas, pero no tenemos la necesidad real para hacerlo, entonces, solo tenemos un presupuesto ínfimo para investigar éste tema (si es que lo hay). En cambio si en Próxima Centauri encontramos a Pandora y los N´avis haciéndonos señas con las manos (vengan !!! vengan!!!) te aseguro que cada científico en la materia se pondría manos a la obra y en 20 o 30 años estaríamos viajando hacia allá a la velocidad de la luz

RedRed

Exacto, no tan exagerado pero concuerdo contigo.
*Cruzando los dedos porque si exista Pandora*

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Jajajaja si es cierto, se me fue de las manos mis ganas de viajar a velocidad luz. jajaja

Gadiel Jellinok Guzmán SandovalGadiel Jellinok Guzmán Sandoval

Ahora que me lo planteo, si Daniel o cualquier compañero espaciotrastornado puede responder mi inquietud… ¿Como planean poner esos bichos en orbita?… Me imagino que la velocidad de esas naves estará como minimo sobre los 13km/s al llegar, ¿no? ¿Como cuanto combustible (ugh…) se va a desperdiciar en las maniobras de inserción orbital de ambas naves? ¿Se utilizará aerocaptura para frenar a las naves con las atmosferas de esos gigantes helados? Gracias de antemano :) .

PelauPelau

La aerocaptura me parece muy arriesgada, sobre todo teniendo en cuenta que (justamente) son los dos planetas menos conocidos (sus atmósferas pueden depararnos algunas sorpresas).

Supongo que el procedimiento de inserción orbital será análogo al de Juno. No podemos especular gran cosa mientras el proyecto no sea más concreto, tan sólo rezar que siga adelante :)

Saludos.

pochimaxpochimax

Para los que os parece mucho dinero aquí los costes de la Cassini

Cost of mission: $1.422 billion pre-launch development; $710 million mission operations; $54 million tracking; $422 million launch vehicle; $500 million ESA; $160 million ASI; total about $3.27 billion, of which U.S. contribution is $2.6 billion and European partners’ contribution $660 million

vipondiuvipondiu

Siempre he pensado que mandar sondas gemelas a hacer tareas similares (como en los 60 y 70) es una buena forma de disminuir costes, aunque en este caso van a necesitar más que 2.000 millones seguro. Lo que no quiero calcular es la edad que tendré para cuando llegue la primera foto de mi planeta favorito (Neptuno).

Curioseando en los eMMRTG me ha surgido una duda. Muchos de los RTG lanzados al espacio tienen 6 u 8 hojas en la carcasa disipadora, pero en el espacio todo cuerpo que tenga más de 2 hojas irradiando calor absorbe parte del calor irradiado por las demás hojas (dictado por el factor F = 1 – sin(α/2) ) . 2 hojas tienen una eficiencia de disipación del 100%, 6 hojas del 50% y 8 del 38%.
La pregunta es si alguien sabe porqué llevan tantas hojas en vez de menos hojas un poco más largas (pasar de 6 hojas a 2 requeriría que fueran un 50% más largas para compensar, pasar de 8 a 2 un 52%).

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Ojalá salga adelante esta misión de la NASA, y que pueda vivirla aunque sea en diferido!!

FERNANDO GENERALEFERNANDO GENERALE

Me sor prende que el congreso “obligue ” ala nasa a invertir en este tipo de misiones viendo el nivel de analfabetismo científico que hay en los yanquis

Yuriy IstochnikovYuriy Istochnikov

Lo que no me quedó claro es: si se usara el SLS, las dos sondas se podrían lanzar juntas? O habría que lanzarlas en ventanas de lanzamientos diferentes?

JulianJulian

Disculpa Daniel pero ¿que significa eso de sobrevuelo tipo sub S/C? ¿Y que cómo sería un “penetrator” en Tritón? ¿Sería como una sonda que impacte? La verdad llevo rato buscando que quiere eso decir pero no lo he encontrado. Disculpa si te pregunto esto después de tantos meses que has escrito esta entrada., pero en verdad quiero saber.

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