Una sonda para aterrizar en Plutón

Aterrizar en Plutón es muy difícil. Y en principio no debería serlo, ya que su gravedad superficial es de solo 0,063 g, pero hay dos inconvenientes. El primero es que para llegar al planeta enano en un tiempo razonable es necesario alcanzar una velocidad muy elevada —la New Horizons pasó por Plutón a 13,8 km/s— y, el segundo es que para reducir esta velocidad resulta necesario usar combustible. Mucho. Y ya sabemos que la masa es el principal factor que limita cualquier misión espacial. Una solución es usar sistemas de propulsión más eficientes, como motores iónicos o de plasma, pero hay otra opción, bastante más original y arriesgada: usar la atmósfera de Plutón para frenar nuestra nave.

ILC Dover
Concepto de sonda para aterrizar en Plutón usando un ballute (GAC/ESO).

La idea puede parecer muy loca, más que nada porque la atmósfera de Plutón es increíblemente tenue: apenas diez microbares de presión en la superficie. O sea, una cienmilésima de la presión en la Tierra. Pero, gracias a la débil gravedad de Plutón, la atmósfera se extiende hasta una altura considerable, más allá de 1.500 kilómetros. Por lo tanto, el objetivo es generar suficiente rozamiento para frenar la velocidad de una sonda en un porcentaje importante.

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La atmósfera de Plutón vista por la New Horizons (NASA/JHU-APL/SwRI/Michael Benson).

Un paracaídas convencional no es adecuado debido a la baja densidad de la sonda, pero sí se puede emplear un ballute, o sea, un globo que frene la caída. El último concepto que hemos podido ver de sonda de aterrizaje en Plutón lo ha presentado GAC (Global Aerospace Corporation) en el congreso de conceptos avanzados NIAC de la NASA celebrado recientemente en Denver. Su sonda ‘entrycraft’ usaría un ballute hinchable de 80 metros de diámetro (!) para frenar la velocidad de entrada directa desde 50.000 km/h (14 km/s) hasta 180 km/h. En ese momento la sonda se separaría del ballute y usaría motores cohete convencionales para frenar su caída y aterrizar en la gélida superficie de Plutón. La sonda llevaría además suficientes reservas de combustible para realizar varios saltos por la superficie con el fin de explorar diferentes lugares del planeta enano. Por eso la misión ha recibido el más que apropiado nombre provisional de ‘Pluto Hop, Skip and Jump’.

Pluto Hop, Skip and Jump
Concepto de misión Pluto Hop, Skip and Jump (GAC).

Seguramente a muchos lectores de Eureka les suene esta idea, y es que hace unos meses hablamos de un concepto similar que se remonta al año 2000. La diferencia es que ese estudio del JPL preveía una velocidad terminal de 360 km/h en vez de 180 km/h, justo el doble. La razón es que por entonces se pensaba que la atmósfera de Plutón era menos densa y más compacta. Curiosamente, la propuesta de GAC no hace mención alguna a estos estudios de hace 17 años. El ballute inflable del nuevo proyecto correría a cargo de la famosa empresa ILC Dover, encargada de fabricar las escafandras de la NASA para paseos espaciales desde los años 60 o los airbags de los rovers marcianos Spirit y Opportunity.

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Propuesta de sonda a Plutón de aterrizaje (arriba) y orbitador (abajo) con un ballute del año 2000 (Angus McRonald).

GAC propone lanzar un prototipo a escala de la sonda a bordo de un cubesat en los próximos años con el objetivo de refinar la tecnología. Sin duda estamos ante un concepto muy arriesgado, pero ahora mismo es uno de las pocas ideas que podrían ponernos en la superficie de Plutón con una sonda de masa razonable.

Referencias:

  • https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-09/gac-gac092117.php
  • http://www.gaerospace.com/press-releases/pluto-lander/

31 Comentarios

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Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Sin dudas muy arriesgado, pero muy interesante concepto y parece realizable

detorrdetorr

Si la atmósfera que se vió con la New Horizons resulta ser estacional, y estando el planeta acabando su “verano” resultaría bastante difícil completar la misión a tiempo, no?

Pedro

Pues sí. Incluso si se lanzara ya mismo tendría complicado llegar a tiempo. Tal vez se pueda reaprovechar el concepto para Tritón o Marte.

Teje_1993Teje_1993

¿80 metros? ¿De dónde sacarían tanto “aire” o lo que sea para inflar algo tan grande? Imagino que en algún tanque presurizado pero aun así sería descomunal

Ciudadano XCiudadano X

Hay generadores de gas químicos capaces de generar ingentes cantidades del mismo, ocupando muy poco espacio. No tengo los números a mano, pero eso sería un detalle “relativamente sencillo” para la misión,

Fernando GeneraleFernando Generale

Una idea muy interesante pero prefiero algo como un motor térmico nuclear que permita un descenso más suave y llevar una ingente cantidad de equipo científico

PacoPaco

¿Y lo del peso del propelente que es la razón de este diseño y que tu idea no soluciona?

Fernando GeneraleFernando Generale

Yo me refería a una etapa de crucero interplanetario que se podría montar por etapas como una estación espacial y pondría en órbita alrededor de Plutón la sonda y luego que el lander aterrice con propulsión química

fisivifisivi

Si ya es difícil que un grueso escudo térmico soporte una entrada en la atmósfera, me cuesta imaginarme la resistencia que debe tener la tela de un globo así. Además, al ser tan grande, para que tenga con una masa lo bastante pequeña como para lanzarla hasta Plutón, debe de ser de una película finísima, de espesor microscópico.

A esas velocidades tan altas ¿No frenaría tanto como el globo una malla de hilos gruesos, más resistentes que una película fina? Quizá pudiera extenderse esa malla mediante pequeñas alas.

GerardoGerardo

la atmosfera de pluton es muy delgada, por lo tanto la entrada a la atmosfera de pluton no sería tan dramatica como una reentrada a la atmosfera de la tierra

FélixFélix

Una sonda que viaje a Plutón siguiendo una órbita solar elíptica tipo cometa ¿ Sería viable en términos de energía y tiempo de viaje ?
La ventaja que presentaría sería que la velocidad relativa con Plutón en el allí sería sensiblemente menor.

TxemaryTxemary

BUFF, pues así a botepronto, poder disponer de un aterrizador en Plutón nos permitiría (aunque dependiendo de la masa, los saltos que se puedan dar y la vida útil de la sonda), conocer la estructura interna y composición del planeta con una precisión salvajes, también permitiría un estudio de la atmósfera plutoniana muchísimo más preciso, así como del comportamiento geológico o geotérmico de Plutón. Si se pudiese incluir un taladro incluso podríamos comparar la composición de Plutón con otros cuerpos para entender un poco mejor la interacción de los cuerpos de la zona… no se, se me está iendo un poco la cabeza con las posibles opciones jejeje. La cuestión es que sería equivalente a tener varias sondas en órbita, con el coste que eso supondría…

pochimaxpochimax

Lo del cubesat no lo entendí bien. Lo quieren probar en el propio Plutón o es solo un demostrador en órbita baja del despliegue del globo?

U-95U-95

Es una lástima que no parece que esto vaya a lanzarse próximamente, e incluso eso siendo optimista -si enviar una sonda a Urano o Neptuno es algo para varias décadas, mejor no pensar esta-.

Francisco GalueFrancisco Galue

Aspiro y espero llegar a ver esta sonda, o la que resulte de esta, plutonizando 😉
Ojala que Nasa hay puesto a punto sistemas de propulsión mas poderosos de manera de hacer el viaje a Sistema Solar Exterior mucho mas corto,

fisivifisivi

Idea loca del día:
¿Se ha intentado alguna vez generar combustible por electrolísis de agua mediante paneles solares en una nave espacial, guardando los productos en globos?
Quizá se podría usar ese combustible cuando ya se esté tan lejos del Sol, por ejemplo en un viaje a Plutón, como para que la SEP sea ineficiente.
La primera ventaja sería el que lanzar un depósito de agua es más barato que lanzar tanques de hidrógeno y oxígeno a presión. Otra ventaja podría ser usar los globos como velas solares y como soporte de paneles solares flexibles.
Si, además, los globos sirven para aerofrenado, la carambola sería perfecta.

amagoamago

Hacer hidrólisis de agua en órbita lo he leido, creo recordar que en alguna propuesta de ULA para depósitos de combustible en órbita.

Para una misión interplanetaria no sé si entiendo… Puede que pese menos el depósito de agua. Pero añades el equipo de electrolisis, paneles solares grandes, los globos y la celda de combustible. Mucho peso y complejidad.

Para vela solar un globo capaz de contener oxígeno y, sobre todo hidrógeno, va a ser super pedado en comparación con una lámina de mylar de micras. Contener hidrógeno no es fácil, se fuga por cualquier parte Para soportar paneles flexibles… ahí las dificultades las veo en el empaquetado del globo.

fisivifisivi

Gracias por responder.

Tienes razón, quizá unos globos tan grandes sólo puedan soportar el gas en el espacio por poco tiempo. Pensándolo mejor, además de la facilidad con que escapa el hidrógeno, supongo que los micrometeoritos perforarían tanto un globo que este no aguantaría la duración de un viaje interplanetario.

Saludos

fisivifisivi

No conocía esa técnica. Supongo que será difícil de llevarla a cabo, porque habría que concentrar los rayos solares sobre el propelente con la precisión de un buen telescopio.

Saludos

GerardoGerardo

No resuelves el problema de la masa, estas llevando la misma masa, PERO PEOR, por que tienes que convertirla en combustible en el camino, EL PROBLEMA ES LA MASA QUE ESTAS LLEVANDO.

NoelNoel

Una cosa…

¿No sería mejor una forma distinta del Ballute? Me explico: la atmósfera de Plutón es muy ténue y la forma esférica es bastante aerodinámica, pues aunque genera frenado, mucho “aire” “resbala” por las caras curvas… y desde la mitad del Ballute para arriba, el globo no sirve ya para nada.

Entonces, ya que no creo que el tema de la temperatura de reentrada sea muy importante con tan poca densidad, ¿no sería mucho más eficiente una forma de lenteja (con el mismo diámetro)? La cara inferior sería mucho más plana provocando un frenado mucho más intenso, requeriría un volúmen de gas de inflado muchísimo menor y habría una “reserva” de frenado mayor por si hay algún error de cálculo en la densidad atmosférica local y estacional.

No sé, es una idea.

amagoamago

la aerodinamica no siempre es intuitiva. que frene más una forma de lenteja o de esfera depende de factores, creo recordar que eran los números de Reynolds, Froude o Prandtl. Es decir, la relación entre la viscosidad del fluido, la flotabilidad y alguna cosa más. El problema de la forma de lenteja es que no es estable. Sin superficies de control perdería la orientación. Según para qué casos se puede estudiar formas cónicas, pero probablemente aumente el peso del ballute y el del gas, como ya ha indicado Daniel, ed muy bajo por la casi nula presión atmosférica.

GMGM

No sería una opción igual de loca esta…..

Utilizar una maniobra en la que la sonda llegue a gran velocidad y dividida en dos partes de igual masa (en el momento adecuado, el orbitador puede ser mayor si consume la diferencia durante el cambio de rumbo posterior a soltar el aterrizador) sea dirigida directamente contra Plutón.

Más tarde, se separa en las dos partes (orbitador y aterrizador, un estilo a las maniobras de las Mars y Venera de los años 70-80; pudiendo ser una buena base de diseño la Tsiolkovsky-Yupiter (con propulsión eléctrica por RTG, un cuerpo similar a las venerables Venera y una etapa propulsiva UMVL de NPO Lávochkin, lanzado mediante un Protón-M/Briz-M, un Ariane-5, un H-II, un GSLV MK-III, un CZ-2F/G, un CZ-5, un CZ-3B o un Atlas-V (http://spacethatneverwas.tumblr.com/...ter-and-its)), unidas en todo momento por un cable de gran resistencia y elasticidad.

Entonces, la parte del “orbitador” corrige su rumbo para desviarse y sobrevolar a mucha mayor distancia a Plutón y la parte del “aterrizador” continua su rumbo contra la superficie del planeta.

No obstante, como ambas permanecen unidas y tienen idéntica masa, arrastran la una a la otra con ella; y así moderan su velocidad y rumbo, poniéndose la parte del “orbitador” en órbita de Plutón, y la parte del “aterrizador” desciende hacia la superficie, siendo decelerada a 360 km/h para utilizar su etapa de propulsión de descenso para aterrizar finalmente en el relieve de Plutón.

De esta forma se aprovecharía la velocidad en beneficio de la misión, no como un impedimento.

Que pena que similar a este concepto sólo tengamos el despliegue del TSS-1R de la NASA en la STS-75 (el cable se desplegó 21 km), el satélite YES2 de la ESA (el cable se desplegó 32 km) o los conceptos de Koroliov de utilizar la última etapa Bloque I del R-7 Soyuz unida con un cable a la nave Soyuz-7K para experimentar sobre la gravedad artificial…..

AdrianAdrian

Todavía no entiendo mucho del asunto, pero así como se utiliza la asistencia gravitacional para acelerar sondas, ¿Podría hacerse lo contrario y utilizar la gravedad de Neptuno para reducir su velocidad?

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