¿Europa o Titán?

Por Daniel Marín, el 23 enero, 2009. Categoría(s): Astronáutica • Cassini • NASA • Saturno ✎ 13

La NASA tiene un dilema: debe elegir un objetivo para su próxima misión Flagship a los planetas exteriores del Sistema Solar. Esta misión ha sido denominada provisionalmente, y sin mucha imaginación, Outer Planet Flagship Mission (OPFM). Las misiones de este tipo, como la Cassini, son las más caras (por encima de 3000 millones de dólares). A continuación tenemos las del tipo New Frontiers (700 millones) y por último las de tipo Discovery, con un máximo de 425 millones de dólares. La NASA sólo puede lanzar una misión de este tipo cada década debido a su coste. Elegir un objetivo para estas sondas no es nada fácil, pues existen decenas de cuerpos muy interesantes para estudiar en el Sistema Solar. Puesto que Marte está fuera de los posibles candidatos -ya cuenta con un programa de exploración propio-, los candidatos se reducen a Venus y los planetas exteriores. Una misión a Venus de tipo Flagship, con rovers y recogida de muestras, necesita una serie de tecnologías que todavía no se han desarrollado plenamente. En cuanto a los planetas exteriores las prioridades están claras: Júpiter y Saturno. Ambos planetas están rodeados por numerosos satélites, lo que los convierte en sistemas planetarios en miniatura. Para explorarlos en detalle se hace necesario usar una nave con importantes reservas de combustible y una instrumentación avanzada, lo que implica construir sondas caras y complejas.

Europa, la luna de Júpiter, es un objetivo prioritario desde la década pasada, cuando se descubrieron pruebas de la posible existencia de un océano bajo la corteza exterior de hielo. Desde entonces Europa está considerada, después de Marte, como el mundo con más posibilidades de albergar vida fuera de la Tierra.


¿Existe o no en Europa un océano bajo la capa de hielo (derecha)?

Titán, por otro lado, es un mundo que se ha revelado fascinante, con ríos y lagos de metano que salpican su superficie creando las bases para una complejísima química orgánica semejante quizás a la que existió en la Tierra durante el origen de la vida (aunque a temperaturas mucho menores, por supuesto). Otro satélite de Saturno, Encélado, ha demostrado tener una actividad criovolcánica que lo asemeja mucho a Europa.


Las complejas reacciones químicas que tienen lugar en Titán.

En definitiva, ambas misiones son muy sugerentes, pero hay que elegir una. Puesto que la NASA contará con la colaboración de la Agencia Espacial Europea (ESA), se ha establecido una comisión entre las dos agencias que deberá decidir cuál de los dos objetivos es el idóneo teniendo en cuenta consideraciones tecnológicas, presupuestarias y científicas. En un principio la decisión debía tomarse el 30 de enero, pero se ha aplazado hasta el 12 de febrero. Por supuesto, estamos ante una elección que puede ser revocada en el futuro teniendo en cuenta las decisiones que tome la administración Obama. Para poder formarnos una opinión sobre el tema, veamos los detalles de cada misión.

Europa Jupiter System Mission (EJSM):

Antes de nada, hay que dejar una cosa clara: EJSM no pretende explorar directamente la superficie de Europa o su océano mediante un aterrizador (lander), pues esa misión más compleja le correspondería a una sonda posterior. Esto es lógico si tenemos en cuenta que no hay evidencias directas de la existencia de ningún océano. EJSM es una misión en la que participarían dos naves. Por un lado tendríamos la sonda Flagship propiamente dicha, construida por la NASA y denominada Jupiter Europa Orbiter (JEO), que estudiaría el sistema joviano y posteriormente se situaría en órbita alrededor de Europa. Una vez allí exploraría el satélite mediante radar para buscar pruebas de su océano. La ESA contribuiría con una sonda separada denominada Jupiter Ganymede Orbiter (JGO), que sería lanzada por separado el mismo año (2020). Como su nombre indica, JGO deberá orbitar Ganímedes y estudiar su compleja estructura interna. La secuencia de eventos de las sondas sería la siguiente:

  • Lanzamiento de ambas sondas en 2020 (JEO en febrero mediante un Atlas V y JGO en marzo con un Ariane V). De todas formas, la fecha podría ajustarse dentro del periodo 2018-2022 según los requisitos técnicos y/o políticos.
  • Maniobras de asistencia gravitatoria mediante un encuentro con Venus y dos con la Tierra (VEEGA).
  • Llegada de la JEO a Júpiter en diciembre de 2025.
  • Llegada de la JGO en febrero de 2026.
  • Entrada en órbita de Europa (JEO) y Ganímedes (JGO) en 2028.


«Timeline» de JEO y JGO.

Ambas sondas explorarán conjuntamente el sistema de satélites de Júpiter durante unos 30 meses, así como la atmósfera y magnetosfera del gigante gaseoso. Gracias al uso de órbitas resonantes y sobrevuelos, JGO también podrá estudiar Calisto en detalle y JEO examinará Ío con una resolución sin precedentes. Además, JEO realizará 4 sobrevuelos de Ío, 6 de Ganímedes, 9 de Calisto y 6 de Europa antes de entrar en órbita «europea». JEO orbitaría Europa a una altura de 200-100 km, por lo que, además de los datos del radar, podrá realizar fotografías de la superficie con una resolución de 1 m/píxel. La principal diferencia entre ambas sondas es que JEO usaría RTGs para generar electricidad, mientras que JGO emplearía paneles solares (sin duda por motivos políticos). JEO deberá soportar además mayores dosis de radiación, pues pasará con frecuencia por las cercanías de Ío. El coste estimado de JEO es de unos 3800 millones de dólares, mientras que JGO saldrá por 650 millones de euros.


Posible diseño del JEO.


Diseño del JGO.


Datos del JEO y el JGO.

Titan Saturn System Mission (TSSM):

A diferencia de la misión EJSM, que emplea dos vehículos independientes, TSSM usaría un enfoque similar a la misión Cassini-Huygens. Es decir, tendríamos una sonda principal para Titán y el sistema de Saturno (Titan Orbiter, una especie de Cassini II), construida por la NASA, junto a dos subsondas europeas. Una subsonda consistiría en un aterrizador destinado a investigar los «lagos titánicos» y otra sería un globo. El globo sería más concretamente una montgolfiera, pues usaría aire caliente para flotar. El orbitador de la NASA tendría una masa total de 6203 kg e incorporaría un radar para cartografiar la superficie de Titán con una resolución de 50 m, frente a los 500 m de Cassini. Antes de entrar en órbita alrededor de Titán en 2031, el Titan Orbiter realizará 16 sobrevuelos de Titán y 7 de Encélado. La órbita final se lograría gracias al uso de aerofrenado.


Titan Orbiter.


«Timeline» de la misión TSSM.

El lander, de 190 kg, tardaría 6 horas en descender a través de la atmósfera y podría aguantar hasta 3-4 horas flotando en las frías aguas (¿o sería «metanaguas»?) de los lagos del hemisferio boreal (72º latitud norte) analizando sus características. El globo, de 10,5 m de diámetro y 571 kg, flotaría a una altura de 10 km y funcionaría de seis a doce meses (!!!). Estudiaría las zonas situadas a 20º N, obteniendo imágenes con una resolución de 10 m. Tanto el orbitador principal como el globo usarían RTGs (en este caso, el calor de los radioisótopos también servirá para calentar el aire), mientras que el lander haría uso de baterías (el uso de paneles solares a la distancia de Saturno no es una opción). En concreto, el Titan Orbiter usaría cinco RTGs del tipo Stirling (ASRG).



El lander de la ESA cual navío en aguas alienígenas.



El globo del CNES. Ya hubiese querido Julio Verne algo así…

Al igual que la misión competidora a Júpiter, TSSM sería lanzada en 2020 con un Atlas V y tardaría 9 años en llegar a Saturno (una de las desventajas de esta misión). La principal novedad consiste en el uso de una etapa SEP (Solar Electric Propulsion), que impulsará la sonda mediante propulsión iónica durante cinco años y evitará el uso de asistencias gravitatorias como en el caso de la EJSM. La SEP usará dos paneles solares similares a los de la nave Orión. El Titan Orbiter tendría un coste de 3700 millones de dólares. El explorador de los lagos de la ESA no debe superar los 650 millones de euros y el globo correría a cargo del CNES francés.


El Titan Orbiter y las dos sondas de la ESA junto con la etapa iónica SEP.

La verdad, se hace muy difícil decantarse por alguna de las dos propuestas, aunque podemos resumir algunas de sus ventajas y desventajas en este cuadro:

Quizás lo que más llama la atención son los larguísimos periodos de tiempo requeridos para el desarrollo de estas misiones. Mucho me temo que, o cambiamos de sistema de propulsión, o las próximas misiones Flagship las van a disfrutar nuestros nietos.

¿Cuál elegirían Ustedes? Personalmente, los mares y lagos de Titán ejercen en mí una fascinación tremenda, así que lo tengo muy claro: ¡a Saturno!



13 Comentarios

  1. Es complicado decantarse. A mí lo que me parece triste es el ritmo tan lento al que avanzan las cosas. A este paso, pasarán generaciones y generaciones hasta que se tenga un conocimiento más o menos importante del Sistema Solar. Una pena.

    La verdad es que la misión Saturno es más apasionante, ya que incorpora vehículos que estudiarán la superficie misma del lugar, mientras que la de Júpiter consta de orbitadores que, sí, también aportarán datos para el futuro, pero no es lo mismo. Creo que la pareja Encédalo-Titán es más apasionante a corto plazo que Europa-Calisto, así que me decanto por la opción Saturno.

  2. Perdón, más que Calisto tendría que haber dicho Ganimedes, aunque veo que se hace un poco de todo…

    En cualquier caso, digo lo mismo que dije en otro artículo: no veo por qué no se aúnan esfuerzos y se crean varias misiones, en colaboración también con China, Japón, India, etc. Así se podrían visitar ambos mundos en paralelo.

  3. Yo me decanto por Saturno pero también me parece muy triste tener que elegir y que los plazos sean tan largos.

    Me pregunto porque no optan por sondas mas sencillas con menos instrumental y trayectorias mas directas. Obtendrian menos información pero también habria menos riesgos de fallo o de cancelación por problemas presupuestarios. Se mantendria el interes del público con nuevos hallazgos y se modificarían los objetivos en función de sus datos.

    Y se permitiría la participación de otros paises con menos tecnologia pero que podria contribuir con sus lanzadores.

  4. Monsieur: estoy de acuerdo. En un mundo ideal, lo mejor sería unir programas espaciales para lanzar más misiones. Desgraciadamente por ahora eso es imposible. Los programas espaciales están regidos por criterios políticos principalmente, incluso las misiones científicas. Una pena, la verdad.

    Ambros: coincido contigo pero el problema no es que la sonda lleve muchos instrumentos, sino que la propulsión química no da para más…y eso que TSSM usaría una etapa iónica. Como dije en el post, debemos cambiar de sistemas propulsión (o usar cohetes convencionales muuuucho más grandes) o vamos listos.

    ¡Un saludo!

  5. Hombre, Daniel, tampoco es estrictamente necesario usar cohetes muchísimo más grandes si la sonda se forma con dos módulos, que se pongan en el espacio por separado, como a veces se ha planeado para las misiones lunares.

  6. Sí, quería decir más grandes que los del tipo Atlas V/ Protón/Ariane V /Delta IV. Usar dos lanzamientos como dices es factible, pero aumentaría los costes de la misión de forma prohibitiva. Hay que tener en cuenta que el precio del lanzador en este tipo de misiones constituye un porcentaje importante. Si además le añadimos el requisito de un acoplamiento en órbita baja, el presupuesto se dispararía. Por eso sería mejor usar un sólo cohete, pero el problema es que los que he mencionado son los más potentes en servicio. Eso sí, el concepto modular es muy interesante. Quién sabe si en el futuro veremos alguna misión así…

    Sin embargo, yo voto por un cambio en el sistema de propulsión si queremos investigar el Sistema Solar detalladamente en menos de 50 años. Y cuando hablo de los límites de la propulsión química no me refiero sólo al vector lanzador, sino también a la que usa la sonda.

    Saludetes.

  7. También creo que necesitamos nuevos sistemas de propulsión pero el riesgo es quedarnos parados esperando que lleguen.

    Y siempre me queda la sospecha de que una aproximación tipo «fuerza bruta» también tiene sus ventajas. A los rusos les ha ido mejor fabricando cohetes baratos y «en serie» en lugar de buscar el siguiente salto tecnológico y utilizar un transbordador reutilizable. Aunque no fuese una decisión voluntaria sino por falta de recursos.

    Pero son solo comentarios de aficionado. Estoy seguro de que hay gente que sabe mucho mas haciendo números para ver que es mejor. Solo espero que les deje hacerlo sin mucha interferencia política.

  8. Evidentemente, lo ideal sería disponer de algún tipo de propulsión más eficiente que las actuales, pero como señala Ambros, no podemos condicionar las misiones a esperar hasta que se produzca un salto tecnológico. Quizás la opción podría ser el ascensor espacial, del que creo que la ESA presentó un proyecto hace poco, y que parece de ciencia ficción, pero que de ser realizable sería la gran solución.

    Sí, el coste de una sonda formada por módulos sería grande, pero de todas formas creo que en parte lo compensaría el hecho de poder enviar un objeto con una gran vida útil, al disponer de mucho más combustible, y que además llegaría al objetivo en un tiempo asequible, no en los plazos algo disparatados que se usan ahora mismo.

    Incluso los módulos de aterrizaje que llevase podrían ser más grandes y por tanto más útiles. Pensemos que por ejemplo, la Huygens ha sido muy útil científicamente, pero su uso también muy breve. Es triste que una misión tan cara y de tantos años de espera se resuma en unas pocas horas de recolección de datos. Y ya no digamos en el caso de que algún día queramos llegar a Europa e intentar penetrar en su costra de hielo.

  9. Daniel cuando hablas de nuevos sistemas de propulsión, entiendo que te refieres a propulsión iónica avanzada. Comprendo tu desesperación (y la mía) acerca del tiempo que tendremos que esperar para ver las dichosas sondas alcanzar su destino pero la única solución que veo sería una inversión de proporciones bíblicas en desarrollos de propulsión iónica por parte de las principales agencias espaciales del mundo, mucho me temo que eso no ocurrirá y menos en tiempos de crisis.

    Ahora las buenas noticias, ha habido un cambio sustancial de manera obvia en el tiempo de viaje entre las sondas del pasado y las actuales (ya sólo faltaba que la tecnología des-evolucionase): La sonda Voyager 2 de 722kg salió el 20/8/77 teniendo su máxima aproximación a neptuno el 25/8/89, es decir 12 años. La sonda New Horizons de 478 kg de masa partió el 19/1/06 y tiene previsto alcanzar la órbita de Neptuno el 24/8/14, es decir 8 años y medio aprox.

    Resumiendo y sabiendo que las masas no son las mismas, hemos conseguido llegar 3 años y medio antes. Podría ser peor. Ya sé que estamos hablando de misiones a Júpiter o Saturno, sustancialmente distintas en tiempo y masa pero las comparaciones siempre vienen bien.

    PD: Daniel, dado que nos has acostumbrado a tus «cuadros resumen» que reflejan de una manera rápida lo que hay o no hay en el panorama espacial, ¿para cuándo una gráfica comparativa entre tiempos de viaje y tipo de propulsión empleada?

    PD2: Lo reconozco, los gráficos bien hechos (y no los que mostraban Zapatero y Rajoy en los debates) son mi debilidad.

    Saludos.

  10. Monsieur: el ascensor espacial es una magnífica idea, pero por ahora carecemos de la tecnología para construirlo con un presupuesto mínimamente razonable. Quizás dentro de unas décadas la cosa cambie. El problema de las misiones flagship y similares es que están diseñadas teniendo en cuenta un presupuesto mínimo, lo que implica el uso de cohetes convencionales y propulsión convencional, lo que a su vez genera unos tiempos de vuelo excesivamente largos.

    Ango: cuando hablo de distintos sistemas de propulsión no me refiero a ninguno en concreto, pues hay muchas combinaciones posibles (VASIMR, iónica nuclear, nuclear térmica, fotónica, etc.). El problema es que todos estos sistemas necesitan del uso de energía nuclear en misiones a los planetas exteriores (o al menos el uso de RTG enormes), algo políticamente inaceptable en la actualidad. Los tiempos de vuelo que citas dependen principalmente de la asistencia gravitatoria con otros planetas y no tanto de la propulsión empleada (que básicamente es la misma que en los años 60). Esta asistencia depende de la misión y cómo estén alineados los planetas en el momento del lanzamiento. Por ejemplo, para TSSM es imposible una asistencia gravitatoria con Júpiter para un lanzamiento alrededor de 2020. En cuanto a los gráficos, tomo nota. A ver si tengo tiempo para hacer algo parecido.

    Gracias por vuestros comentarios. Es un placer tener lectores de este nivel.

  11. Sin llegar hasta un ascensor espacial siempre me ha parecido interesante la idea de utilizar largos cables en órbita. Por no alargarlo, si alguien no lo conoce puede ver el concepto en el siguiente enlace (
    http://www.tethers.com/OrbitToOrbit.html)

    No se si entrarian en la misma categoria o estan limitados a pequeños cambios de velocidad. También he leído propuestas sobre cables giratorios capaces de mayores cambios de velocidad pero no se si las sondas lo resistirían.

    Supongo que serían políticamente mas aceptables y quizás el riesgo tecnológico sea algo menor.

  12. Pues sí Ambros, yo también pienso que los cables espaciales son también muy interesantes. Están relacionados con los ascensores de forma indirecta, aunque una de sus aplicaciones es la producción de electricidad en planetas con magnetosfera (como la Tierra). Ojalá se invirtiera más en este tema.

    Un saludo.

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Por Daniel Marín, publicado el 23 enero, 2009
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