ASTERiaS: navegando a vela en los mares de Titán

A estas alturas todos sabemos que Titán es el único mundo del sistema solar además de la Tierra con mares y lagos en su superficie. Por supuesto, la diferencia con la Tierra es que no están hechos de agua, sino de metano. Desde que la sonda Cassini descubrió y cartografió los lagos titánicos de hemisferio norte se han propuesto varias misiones para estudiarlos in situ, siendo la propuesta más famosa la sonda TiME. Esta nave no fue elegida por la NASA por ser demasiado cara para una misión de tipo Discovery y porque debía usar generadores de radioisótopos de tipo Stirling (ASRG), un tipo de RTGs cuyo desarrollo fue cancelado por la NASA hace unos años. TiME se presentaba como un barco para estudiar los lagos de Titán, aunque en realidad era más un flotador. Pero, ¿cómo sería navegar con un barco de vela en Titán?¿Es posible?

Propuesta de diseño de un barco a vela para Titán (William O’Hara).
Propuesta de diseño de un barco a vela para Titán (William O’Hara).

Un barco en Titán flotaría en metano casi puro, no en agua, lo cual supone un contratiempo. La densidad del metano líquido es el 42% de la del agua, lo que significa que el empuje generado por volumen de líquido desplazado será menor de la mitad. Dicho de otra forma, para flotar un barco en Titán deberá tener sumergido un porcentaje mayor de su volumen que en la Tierra. Además la menor densidad del metano provocará una menor estabilidad ante los vaivenes producidos por las posibles olas o el viento. Pero un mar de metano también tiene su lado positivo: además de su menor densidad este líquido presenta una menor viscosidad —el 8% de la del agua—, por lo que la resistencia al movimiento también será significativamente menor.

Pero una vez solventado el problema de la flotabilidad hay que hacer frente a otro obstáculo: la temperatura. La superficie diurna de Titán disfruta de unos 180º C bajo cero. Un barco en Titán experimentará fuertes pérdidas térmicas, así que será necesario aislar muy bien el vehículo y dotarlo de una fuente de calor relativamente potente (otras sondas experimentan temperaturas similares o inferiores, pero están situadas en el vacío del espacio, o casi, no inmersas dentro de un líquido). Este último punto se puede solucionar usando el calor generado por el plutonio de un RTG. Puesto que no es práctico que una sonda a Titán use paneles solares, tendría que llevar RTG para que su autonomía fuese superior a unos pocos días. En cualquier caso, si se opta por usar baterías químicas convencionales siempre se pueden usar calentadores a base de plutonio o RHU, usados por Opportunity, Spirit o Cassini, por ejemplo.

Propuesta de sonda TiME (NASA).
Propuesta de sonda TiME a los mares de Titán (NASA).

Pero si queremos navegar ‘de verdad’ por los mares de Titán tenemos que enfrentarnos al asunto de la vela. La presión atmosférica en la superficie de Titán es de 1,45 atmósferas, o sea, un 45% superior a la terrestre. Y puesto que la gravedad de Titán es de solamente el 14% de la terrestre esto quiere decir que la atmósfera en Titán es 4,5 veces más densa. ¿La ventaja? Pues que las velas de un barco de Titán pueden ser mucho más pequeñas que en la Tierra, una gran ventaja para una nave espacial.

Obviamente, una vela sin viento no sirve para mucho, así que lo siguiente es saber qué velocidades alcanzan los vientos en Titán. La respuesta es que no lo sabemos a ciencia cierta, pero los datos de la Cassini dejan entrever la presencia de pequeñas olas en los lagos y mares. Olas pequeñas implican vientos débiles —del orden de 10 km/h—, pero estos estudios se han llevado a cabo principalmente usando observaciones durante el invierno del hemisferio norte. Justo ahora el hemisferio norte de Titán está en pleno verano y, con él, algunos investigadores creen que los vientos pueden alcanzar casi los 75 km/h. Recordemos que las estaciones en Titán duran siete años, así que habrá que esperar hasta mediados de los años 40 para volver a disfrutar de estas condiciones veraniegas en el polo norte de Titán. Por supuesto, nada impide enviar una sonda a los lagos septentrionales durante el invierno —siempre y cuando usemos un orbitador como repetidor, motivo por el cual TiME, que no llevaba orbitador, solo podrá lanzarse otra vez dentro de unos treinta años—, pero únicamente podríamos disfrutar de imágenes nocturnas.

Una propuesta de barco a vela para Titán es ASTERiaS (Autonomous Sailboat for Titan Exploration and Reconnaissance of Ligeia Sea), de William J. O’Hara, del centro espacial Johnson de la NASA. Como su nombre indica la sonda navegaría por el mar Ligeia, el segundo más grande de la luna tras el Kraken Mare y probablemente el mejor estudiado, con una profundidad de unos 200 metros. Esta sonda-barco estaría equipada con cámaras y espectrómetros, así como equipos de radar y sonar con el fin de explorar el enigmático mar Ligeia. Gracias a su vela, ASTERiaS sería capaz de moverse por el mar prácticamente sin gastar energía en el proceso. El barco sería un catamarán para aumentar su estabilidad.

Ligeia Mare (NASA).
Ligeia Mare (NASA).

Ni que decir tiene, el concepto de un barco sonda es muy romántico, pero también se enfrenta a varios problemas. Primero, todavía no conocemos bien el régimen de vientos de Titán, así que enviar un barco a vela parece un poco prematuro. Segundo, lidiar con vientos fuertes, si es que existen, no es una tarea sencilla para un barco autónomo. Es fácil diseñar una sonda que se limite a flotar en los mares de esta asombrosa luna, pero mucho más complicado que pueda superar una galerna titánica, nunca mejor dicho.

Referencias:

41 Comentarios

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Juan Carlos FJuan Carlos F

Después de Europa Clipper, qué llegaría antes o qué creeis sería prioritario o más interesante, una misión a Encélado, a Titán, o bién poner rumbo a Urano o Neptuno?…

CarlosCarlos

Yo creo que sería prioritario ir a Urano o Neptuno pero más interesante sería volver a Encélado y Titán.

JuliánJulián

Hola Dani, un par de preguntas. ¿Hasta cuándo durará el verano en el norte de Titán? ¿Habría aún tiempo de diseñar y lanzar un barco sonda a los lagos septentrionales de Titán antes de que dicho verano acabe?

MaiklMaikl

Y como aterrizaria en el lago?
Tendria que ser con skycrane o valdria solo con paracaidas?
Aguantaria bien el amartitanizaje?
Quizas deberiamos apuntar a un tipo submarino, con luces y camaras esperando ver al craken en las profundidades. :)

RuneRune

Teniendo en cuenta la menor gravedad de la luna, y la mayor presión atmosférica, usar cualquier otra cosa q paracaidas no tiene sentido. ¡Titan es el mejor sitio del sistema solar para cacharros que usen principios aerodinámicos! Para acordarte, baste decir que pegarte un par de alas estilo Ícaro, te valdría para volar sin más ayuda. Casi nada.

Claro, que por otra parte, los requisitos térmicos deben de ser tan brutales, que por qué no usar la fuente de energía que necesitas para mantenerte caliente, para tareas de propulsión. El sistema solar exterior lo que necesita son reactores nucleares, no velas. Que admito que tienen su romanticismo, oye.

fisivi

Llevar un reactor nuclear a un mundo que tiene posibilidades de tener vida no creo que sea aceptable.
Si hay viento, usar su energía es una actividad poco agresiva con el entorno. Aunque en vez de velas, un aerogenerador y un motor a hélice me parece más seguro. Además sería independiente de la dirección del viento.

RuneRune

Ese comentario dice mucho sobre falta de conocimiento sobre radiación y sus riesgos. Que hey, lo nucelar es malo, ¿no?

Pero en el sistema solar exterior, la principal fuente de radiación son los campos magnéticos de los gigantes gaseosos y los rayos cósmicos. Eso es lo que esteriliza lunas. Las RHU’s, RTG’s, y pequeños reactores de ~100kW, por contra, son algo así como mear en el mar y preocuparte de matar peces.

Eso si, al contrario que mear en el mar, usar energía nuclear posibilitaría misiones ambiciosas e interesantes, con fuentes de energía a la altura de los retos que presenta el ambiente. Submarinos capaces de horadar kilómetros de hielo en busca de agua, sistemas de comunicación capaces de transmitir vídeo de alta definición en tiempo real, róvers capaces de circumnavegar una luna, sistemas de propulsión avanzados… qué se yo, cosas realmente interesantes, vamos.

fisivi

Dejando aparte tu autoridad para evaluar conocimientos:
Que un RTG viaje por el espacio no hace ningún daño significativio, pero yo no lo admitiría navegando por un río de la Tierra.

RuneRune

Tendrán que ver churras con merinas… Estamos hablando de fuentes de energía para misiones a Titán, ¿no? Pues eso.

Que aparte, ningún problema con usar RTGs en la tierra, aparte de su precio desorbitado que las elimina de entrada. Mientras luego no las dejes olvidadas instaladas en un faro como los rusos, y las trates con el respeto que merecen, es una de las tecnologías de producción de energía más seguras que se me ocurren. Un RTG debidamente encapsulado emite radiación sólo en la banda infrarroja, sin emisiones ni producción de elementos radioactivos (para profanos, da calorcito y punto).

fisivi

Gracias Rune por mezclar la velocidad con el tocino. Tu mismo me das la razón con el ejemplo del faro. :)
Saludos

RuneRune

No, enfáticamente no. Pero si es lo que entiendes de lo que escribo, mejor lo dejo aquí, y que las terceras partes saquen sus propias conclusiones sobre “llevar un reactor nuclear a un mundo que tiene posibilidades de tener vida” y lo aceptable o inaceptable que es. Valiente chorrada…

U-95U-95

Algo también fascinante es como sería una cascada, el fluir de un río, o cosas por el estilo en Titán. Entre la escasa gravedad de esa luna (=pareciendo caer a cámara lenta) y esa escasa viscosidad (más “suelto”) sería, como ver llover allí, algo alienígena.

ErickErick

Sin duda esta sería una de mis misiones preferidas, me parece que debería ser considerada prioritaria…sería una belleza poder analizar esos misteriosos mares…estas misiones si despiertan la imaginación…

s2

Santiago BaleaSantiago Balea

Ola, si no fuera por cómo debe oler en Titán con tanto metano, me ofrecía a patronear ese catamarán jejé…

Con respecto a lo de los vientos: El barco tendría que incorporar algún sistema para poder “rizar” las velas, esto es: poder bajar una parte de ellas y ofrecer menos superficie vélica, es la única forma de contrarrestar las rachas fuertes. Además, me preocupa el material de que esten hechas las velas y su gramaje que debe ir en función de la intensidad del viento (más gramaje cuanto más duros sean los vientos). Tendría que haber una “tripu” para los cambios de vela. No sé cómo pueden arreglar esto porque de la misma forma que una vela ligera se rompe fácil con una racha fuerte, una vela gruesa no amolla y el barco no navega.

Entiendo que, siendo catamarán, será un barco rápido y además necesitará menos calado que un monocasco, por no hablar de que será mucho más amplio para instrumental científico.

Y otro problema al que se enfrenta “nuestro” velero es la cartografía. No disponemos de cartas marinas que nos señalen los peligros del fondo, algo fundamental para navegar. Si, podemos contar con una sonda (profundímetro) que nos señale la altura (que es como se conoce en el argot la profundidad), pero sólo la que hay bajo el barco, no la que está por delante que es la que interesa.

En fin, pulgar para arriba ante una misión como ésta, pero, siendo realistas, le veo algunos problemas para su puesta en práctica que quiero ver cómo van a solucionar y así aprendemos algo aplicable a nuestros océanos que son los mejores del Sistema Solar para la navegación, mientras no nos demuestren lo contrario…

PD. Artículo genial, Daniel!

Sergio CostasSergio Costas

¿Y utilizar un sonar con varios ángulos, de manera que la sonda pueda “mirar” lo que hay por delante?

Santiago BaleaSantiago Balea

Sergio, es una posibilidad, quizá la mejor. Pero piensa que un barco no se detiene en seco (menos aún un velero, los de motor tienen la posibilidad de dar atrás a toda) y los cambios de rumbo no son inmediatos como puede pasar con un vehículo terrestre, no te digo nada si encima tenemos corriente (deriva) o mucho viento (abatimiento), en estos casos, los cambios de rumbo son imprecisos, seguramente insuficientes para sortear un objeto sumergido que haya sido detectado antes. Piensa que los catamaranes (del estilo que nos muestra el artículo) son barcos rápidos (si hay viento y se va a toda vela). Se requiere precisión y buen gobierno para evitar colisiones.

Normalmente nuestros barcos tienen (como comenté) una sonda que mide la profundidad en perpendicular al fondo por medio de un pasacascos en el que va alojado un trasductor que transmite la información a la pantalla (display le llaman algunos). En el caso de “nuestro velero titánico” no habría más remedio que optar por la solución que propones, máxime cuando no conocemos nada sobre cómo es el fondo ni sabemos cómo funcionarán las mareas que seguro habrá. Que pueda funcionar se me escapa…

Un saludo.

fisivi

Estupendo artículo.
Las posibilidades de moverse por Titán, con una atmósfera tan densa, parecen grandes.
Se me ocurre que el catamarán podría tener, en lugar de la vela, un pequeño globo dirigible lleno de hidrógeno, cuya superficie funcionara como panel solar. Así podría ascender por encima de las nubes para cargar las baterías durante la mayor parte del tiempo, y podría explorar la superficie de Titán por aire y por mar en periodos breves, lo que permitan las baterías.

FalconFalcon

Pregunta de un ignorante en química.
¿El metano es transparente como el agua?
¿Absorbe el calor influyendo así al clima ?
Gracias anticipadas

Pedro

¿El metano es transparente como el agua?
Mira un mechero: lo que tienes allí es básicamente metano. Y se ve a través de él. No sé si dará para ver metros y metros pero muy opaco no parece.
¿Absorbe el calor influyendo así al clima ?
El metano, como todas las moléculas de 3 o más átomos, es un gas de efecto invernadero. Pero yo no iría allí en bañador ^_^

JxJx

El gas Metano es incoloro, inodoro e insoluble en agua.
A diferencia del aparente color azul que le da principalmente el oxigeno a la Tierra, el metano como gas en cantidades abundantes le daría a la atmósfera de un planeta o satélite un color mas naranja.
En su estado liquido debe tener una pariencia parecida al agua.

JoseJose

Alucinante, Daniel. A mi una misión de estas me parece vital, en el sentido de los instrumentos que lleve, claro. Molaría mas un submarino, pero ya vimos que no es asunto baladí llevar hasta allí un bicho de media tonelada. Cámaras y radar en un barco estaría muy bien: imágenes que quitan el hipo y mapeo del fondo; pero, ya que estamos, lo suyo es buscar vida en ese fondo marino donde, quizás, las condiciones de presión y temperatura sean más favorables a esa vida.
Quién sabe.

Imaginad: echar el resto en Encélado en los 2040 para descubrir a finales de siglo que había vida en Titán. Si llegáramos a verlo, algunos, ya muy abuelitos, dirían:

-¡Hay que joderse!

JxJx

(Europa Clipper como su nombre lo indica estará enfocado a la luna Europa de Jupiter, ya no ira Europa Lander por recortes de presupuesto)
Una misión a la luna Titan en Saturno depende de que salga ganadora en 2019 la candidata misión a Titan y Encelado dentro del programa New Horizons de la NASA, pero nio llevara ni siquiera una capsula, mucho menos una vela.
Lo de ASTERiaS es buena idea y de pronto se haga, pero no antes de explorar los mundo de Urano y Neptuno, o sea que falta mucho para ver hecho realidad esta propuesta.

offtopic: lanzamientos de cohetes suspendidos en Kourou (Guayana Francesa – Ariane 5..) por poro y protestas indefinidas.

Juan Carlos FJuan Carlos F

Hay algún organismo, forma de vida del tipo que sea en nuestro planeta, que sería capaz de soportar las temperaturas, entorno, etc… de Mercurio, Venus, Urano, Neptuno…?

cebricebri

Hay extremó-filos que son capaces de aguantar situaciones extremas, incluso el vacío del espacio o las condiciones existentes en Marte . De hecho la NASA se preocupa mucho de esterilizar sus Sondas para no contaminar biológicamente los lugares a los que viajan. Tiene un departamento completo destinado a la materia: https://planetaryprotection.nasa.gov/about

Osea que, respondiendo a tu pregunta, en principio si podrían sobrevivir en algunos lugares. Aunque como y durante cuanto tiempo…

Pedro

Hay que tener en cuenta que -al igual que en la Tierra- las condiciones pueden variar según el lugar. En la superficie de Marte, p.e., parece muy difícil la vida pero varios kilómetros bajo la superficie, a resguardo del frío y de la radiación, la cosa puede ponerse interesante. En Venus se cree que algún organismo podría sobrevivir en la atmósfera, lejos del calor de la superficie. Mercurio es, sobre el papel, tan yermo como la Luna. Urano y Neptuno… Uf, a priori la respuesta es “no” pero yo no lo afirmaría con rotundidad.

Robert HillRobert Hill

¿¿Velas??
si tenemos metano rodeándonos ¿por qué no un motor de combustión y una bonita hélice que nos impulse hacia donde queramos? en ese caso el régimen de vientos nos trae al pairo.
En cuanto a mantener la temperatura de las máquinas… si quemamos metano, ya tenemos una fuente de calor estupenda, y gratuita.
¿Qué se necesita en Titan para poder usar el propio metano como fuente de energía?, ¿oxigeno?
pues lo sintetizamos allí mismo y asunto zanjado.
¡¡Voila!! ¡¡energía by the face!!

fisivi

En vez de sintetizar oxígeno, que no sé como se puede hacer, quizá se puede llevar oxígeno en la sonda. Pero creo que pesaría demasiado para lanzarlo desde Tierra.
Otra posibilidad que se me ocurre (no sé hasta qué punto sería viable) sería recoger de la atmósfera de Titán una sustancia que se combine con el metano.

¿Alguien conoce si se podría acumular en una sonda parte de la energía calorífica generada por su entrada en la atmósfera. Por ejemplo en un globo hinchable donde recoger gas caliente y a presión, o usar las temperaturas altas del escudo térmico para alterar químicamente gases atmosféricos y así obtener una sustancia que reaccione con el metano produciendo calor?

detorrdetorr

si existiera tal sustancia habria reaccionado ella solita, casi con seguridad.
Estais complicando al extremo una mision de por si ya chunguisima XD

fisivi

Hay infinidad de reacciones que no se producen espontáneamente o lo hacen muy lentamente sin ayuda de una energía de activación o sin un catalizador.
Esto sólo es una discusión informal sobre una misión hipotética, así que no creo que a nadie le haga daño que se aporten ocurrencias. :)

Saludos

MarcosMarcos

Otro artículo espectacular.Daniel cada día me enganchas más a esta web.
Y en cuanto a ver un submarino o barco en Titán es una misión cara, de una dificultad enorme y muy larga en el tiempo.
Daniel que la gravedad sea menor que en la tierra con esa atmósfera que cubre Titán dificulta o facilita el aterrizaje?
Yo no quiero aguar la fiesta pero dudo que esto sea vea antes de mitad de este siglo.Una sonda flag ship se queda corto para esta impresionante misión.Navegar por un lago de un mundo a unos 1400 millones de kms.Casi nada al aparato xD.

JxJx

offtopic:
El avión espacial secreto X-37B ‘ha roto el récord’ de permanencia en el espacio; lleva 675 días.

fernando generlefernando generle

Teniendo en cuenta que en titan se desconoce la vellosidad de los vientos , yo pienso que lo mejor seria dotar a la sonda de una hélice ,de todo modos me parece que el gobierno yanqui no daría fondos para una misión ha si :(

apalankatorapalankator

¿Y no podría el barco usar el metano para proveerse de energía mediante una pila de combustible?

fisivi

A mi me parece buena la idea ¿Pero con qué reaccionaría el metano al usar la pila como catalizador? Porque la atmósfera de Titán no parece tener oxígeno
¿Quizá podría reaccionar con el nitrógeno del aire, formando compuestos más complejos, de carbono, hidrógeno y nitrógeno, y que además la reacción produjera energía?
Suponiendo que funcionara, quizá seríamos pioneros en contaminar Titán con sustancias peligrosas. Aunque el impacto medioambiental siempre sería mucho menor que el de un generador radiactivo.

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