TOPS, las sondas predecesoras de las Voyager

Por Daniel Marín, el 28 agosto, 2012. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp ✎ 25

Estos días celebramos el 35º aniversario del lanzamiento de la sonda Voyager 2, la primera de las hermanas Voyager en alcanzar el espacio y hasta la fecha la única sonda espacial que ha visitado Urano y Neptuno. La misión de la Voyager 2 constituye uno de los grandes logros de la humanidad y fue posible gracias a una inusual alineación planetaria de los planetas exteriores, una alineación que sólo se da cada 175 años. Gracias a esta casual disposición de los planetas gigantes, una sola nave fue capaz de visitar Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno usando simples maniobras de asistencia gravitatoria. Esta trayectoria fue descubierta y estudiada a mediados de los años 60 por muchos científicos, aunque sería el equipo de Gary Flandro del JPL de la NASA el primero en proponer su uso en una serie de misiones espaciales. La Voyager 2 ha sido el único artefacto humano que realizó este increíble viaje por los planetas exteriores antes de internarse en el espacio interestelar, revolucionando nuestro conocimiento sobre el Sistema Solar. Sin embargo, antes de las Voyager existió un programa aún más ambicioso: el proyecto TOPS, más conocido como Grand Tour.

Sonda TOPS (NASA).

El JPL sabía que la alineación planetaria de los años 70 era una oportunidad demasiado buena para dejarla escapar y propuso varias misiones que harían uso de este tipo de trayectorias, denominadas genéricamente como Grand Tour. Sí, en plural, porque en realidad se trataba de un conjunto de varias trayectorias muy similares. Curiosamente, hoy en día poca gente recuerda que el Grand Tour también hubiese permitido visitar Plutón, aunque a costa de dejar Neptuno u otro planeta fuera del paquete turístico. De hecho, la trayectoria más prometedora desde el punto de vista energético no era la que pasaba por Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, sino por Júpiter, Saturno y Plutón (trayectoria JSP) o por Júpiter, Urano y Neptuno (trayectoria JUN). En este caso, la nave debía ser lanzada en 1976 o 1977 para la trayectoria JSP, o en 1979 para la JUN. De acuerdo con el esquema JSP, la sonda sobrevolaría Júpiter en 1979, Saturno en 1980 y Plutón en 1985-1986. En cuanto a JUN, la nave pasaría por Júpiter en 1981, por Urano en 1985 y por Neptuno en 1989.

Trayectorias JSP y JUN para el Grand Tour (NASA).
Trayectoria JSP (NASA).

En 1972 la propuesta ganadora del JPL para el Grand Tour pasó a ser conocida como el proyecto TOPS (Thermoelectric Outer Planets Spacecraft). El programa TOPS era realmente ambicioso. Para poder visitar todos los planetas exteriores, el JPL esperaba poder lanzar cuatro naves TOPS entre 1976 y 1979. Dos despegarían en una trayectoria Júpiter-Saturno-Plutón y otras dos en una trayectoria Júpiter-Urano-Neptuno. De este modo, no habría necesidad de usar la trayectoria JSUN para visitar los cuatro planetas exteriores más grandes en una sola misión, trayectoria que no se consideraba demasiado eficiente.

Cada sonda TOPS debía tener una masa de 822 kg (las Voyager terminarían pesando 722 kg) y estaría dotada de cuatro generadores de radioisótopos (RTG) con plutonio para generar electricidad. Los RTG de TOPS, denominados MHW-RTG (Multi-Hundred Watts RTG) serían finalmente los usados por las Voyager. También tendrían una antena plegable de 4,3 metros de diámetro parecida (la antena fija de las Voyager tendría 3,7 metros) a la que llevaría la sonda Galileo en los años 90. Hubiesen sido lanzadas mediante un cohete Titán-IIID y, salvo el uso de la antena plegable, su diseño era relativamente parecido al de las Voyager, con dos brazos principales que sobresalían del cuerpo de la nave. En uno de ellos se encontraban los cuatro RTGs (las Voyager llevarían tres en línea) y en el otro una plataforma móvil con instrumentos científicos. También se propuso equipar al menos dos de las naves con una sonda atmosférica para estudiar la atmósfera de Júpiter, sonda que sería muy parecida a la de la misión Galileo. Una de las partes más caras y complejas de TOPS era el ordenador central STAR (self-test and repair computer), capaz de autochequearse y realizar tareas de forma autónoma durante los diez años que duraría la misión primaria, todo un desafío tecnológico para la época. TOPS también tendría un sistema de telemetría avanzado denominado CATS (Computer Accessed Telemetry System).

Otra vista de las TOPS (NASA).
Detalle de la antena plegable de TOPS de 4,3 metros (NASA).
RTG de TOPS (NASA).
Configuración de lanzamiento de TOPS (NASA).
Plataforma de instrumentos de TOPS (NASA).
Proyecto de sonda atmosférica para el estudio de Júpiter (NASA).
Maqueta de TOPS para estudiar las dosis de radiación de los RTG sobre los instrumentos (NASA).

Desgraciadamente, TOPS tuvo que enfrentarse a la cruda realidad presupuestaria de la NASA de principios de los años 70. Por entonces, el proyecto ya se conocía popularmente como Grand Tour y se esperaba que alcanzase un coste de mil millones de dólares, toda una fortuna para los tiempos que corrían. De haber sido el único gran proyecto de sondas espaciales del momento, quizás podría haber salido adelante, pero la NASA ya estaba embarcada en el programa Voyager para lanzar una flotilla de naves a Marte (no confundir con el otro programa Voyager). Finalmente, el proyecto Voyager se convertiría en el programa Viking, pero eso no cambiaría el destino de TOPS, que sería cancelado de forma fulminante en 1973.

Las sondas TOPS no serían construidas, pero la NASA no se rindió e inmediatamente después de su cancelación, en 1973 propuso el proyecto de bajo coste Mariner Jupiter-Uranus o MJU 79. Con un precio de 360 millones, la misión MJU serían significativamente más económica que el Grand Tour. Esta reducción de precio se logró eliminando y simplificando varios instrumentos del vehículo, incluido el ordenador STAR, y reduciendo el número de sondas de cuatro a dos. Como su nombre indica, las dos sondas MJU emplearían una trayectoria tipo JUN, aunque en principio sólo visitarían los dos primeros planetas. Si el presupuesto lo permitía, entonces se daría luz verde a la misión de Neptuno. Las dos sondas MJU irían dotadas de cápsulas para el estudio de la atmósfera de Júpiter y Urano y su diseño ya era prácticamente idéntico al de las Voyager. En 1974 se decidió cambiar la trayectoria a JSUN y, consiguientemente, el programa pasó a denominarse Mariner Jupiter-Saturn (MJS 77), al mismo tiempo que se eliminaron las sondas atmosféricas para ahorrar dinero. Finalmente, en 1977 -pocos días antes del lanzamiento- el proyecto MJS sería bautizado oficialmente como Voyager, ahora que el nombre estaba libre después de que el programa homónimo se metamorfoseó en las Viking. Hasta ese momento, estaba previsto que las dos sondas se llamasen oficialmente Mariner 11 y Mariner 12. La NASA construyó tres sondas Voyager para esta misión. Una de ellas sirvió como posible reemplazo de las otras dos y no fue lanzada.

En principio, las dos sondas Voyager solamente debían viajar a Júpiter y Saturno, aunque el JPL logró presionar para que al menos una de las dos pudiese completar el Grand Tour original y visitar así los cuatro planetas gigantes. La Voyager 1 -lanzada después a pesar de su nombre- no seguiría la trayectoria de su hermana para poder sobrevolar de cerca Titán, la misteriosa luna de Saturno. A principios de los 80 no existían trayectorias que permitiesen al mismo tiempo un sobrevuelo de Titán y poder continuar un viaje hacia Urano. Los científicos del JPL pensaban que Titán bien merecía ese sacrificio. De hecho, si la Voyager 1 hubiese fallado antes de que su gemela alcanzase Saturno, la Voyager 2 habría sido dirigida hacia Titán y nuestra generación no habría podido gozar de las imágenes de Urano y Neptuno. Finalmente, la Voyager 2 pudo realizar una versión modesta del Grand Tour original, así que en cierto modo el proyecto TOPS pudo hacerse realidad.

La Mariner-Jupiter-Uranus con la sonda atmosférica en su parte inferior. Se aprecia la antena de retransmisión de datos para la sonda (NASA).
Mariner-Jupiter-Saturn (NASA).
Diseño final de las Voyager (NASA).

El proyecto TOPS habría permitido estudiar Urano y Neptuno con dos sondas en vez de una y visitar Plutón -también con dos naves- en una fecha tan temprana como 1985. Desgraciadamente, el gobierno norteamericano dejó escapar esta oportunidad. Pero no debemos desconsolarnos: ya queda menos para que la New Horizons llegue a Plutón.

Referencias:



25 Comentarios

  1. Por suerte se dio la alineacion de los planetas exteriores en el momento justo que se comenzo la exploracion espacial, que suerte que tuvimos. Si no, tendriamos que esperar si se sigue la norma actual de la NASA de una sonda flagship por decada, explorar Urano y Neptuno serian posible despues de una mision a Europa y luego a Saturno/Titan, es decir dentro de 3 decadas con suerte sin contar el tiempo de viaje.

  2. Casualmente hoy leia algo sobre las misiones del Grand Tour, los mensajes en las sondas y la anomalia de las Pioneer, maravillas de la tecnologia, gracias por este articulo!!!.

  3. Hola Daniel. Antes que nada, enhorabuena por este genial blog. ¿Podrías hacer una entrada relacionada con las sondas atmosféricas? ¿Qué pensaban medir concretamente, y por qué eran tan caras?
    Saludos!

    Pascual

  4. No sería excelente que una pelicula del espacio arranque que la voyager 2 de pronto está orbitando la tierra??
    Que de un dia para el otro “alguien” trajo el satelite de pronto a hasta la tierra!

  5. Me parece que en las relaciones de la NASA con su Gobierno han un poco de regateo, como en un bazar. La primera pide 4 naves sabiendo que al final serán dos, plantea un montón de objetivos científicos con la conciencia de que luego habrá que podar el número de equipos.
    Un poco tengo la sensación de que ocurrió esto en este caso.
    Lo importante es que la Voyager son sin lugar a dudas una de las más extraordinarias aventuras científicas de todos los tiempos.

    1. La NASA es diríamos.. “galáctica”..durante los encuentros con Urano y Neptuno se reprogramó la toma de fotos de las Lunas sobrevoladas muy de cerca y poco iluminadas(debido a la lejania del Sol ) para que no salieran borrosas(los cohetes de orientación se encendian mientras se abría el obturador unos segundos manteniendo una zona fija de enfoque ).Los comandos y datos recibidos los realizaban con las antenas DSN, estamos hablando de naves e instalaciones de los años 70 (hace 40 años ).
      A casi 20.000 millones de Km.seguimos recibiendo sus señales,35 años despues de su lanzamiento.
      China está todavía muy lejos de estas cosas.

  6. Una duda: ¿la alineación cada 175 años es para poder visitar Jupiter, Saturno, Urano y Neptuno? ¿O es para poder visitar en tandem esos cuatro con una misión, y Jupiter, Saturno y Plutón con otra paralela, lanzadas (más o menos) al unísono?

    Lo digo porque antes pensaba que se refería al primer caso, pero después de leer el artículo me ha entrado la duda.

    1. Aprovecharon la alineación de los planetas para explorarlos todos,pero en un principio Júpiter es el GRAN IMPULSOR para explorar los planetas externos, ahora ya uno a uno si hubiese alguna misión futura( en el pasado Cassini y New Horizonts ).

Deja un comentario

Por Daniel Marín, publicado el 28 agosto, 2012
Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp