Topos de hielo para explorar los océanos alienígenas de Encélado y Europa

Existen muchos proyectos de sondas para estudiar los hipotéticos océanos subterráneos que podrían existir en Europa y Encélado. La inmensa mayoría de ellos han sido propuestos por la NASA y se basan en algún tipo de robot que usa calor para derretir el hielo circundante y moverse a través de la corteza superficial del satélite hasta alcanzar la capa de agua líquida. Pero además de la NASA, la agencia espacial alemana DLR también ha estudiado con ahínco posibles misiones a estas fascinantes lunas que se encuentran entre los lugares más potencialmente habitables del Sistema Solar.

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El mar subterráneo que alberga Encélado, la luna de Saturno (NASA).

El núcleo de estas propuestas del DLR es el llamado IceMole (‘topo de hielo’), una sonda capaz de abrirse paso a través del hielo de Encélado o Europa usando una combinación de taladro y altas temperaturas. Mientras que otros diseños de sondas solamente emplean altas temperaturas o taladros, IceMole usa ambas. El taladro sobresale de una placa frontal que puede alcanzar una temperatura elevada para derretir el hielo. También permite que la sonda sea capaz de penetrar capas de tierra y roca además de hielo puro y asegura un contacto firme entre la placa calefactora y el hielo. A diferencia de otros diseños similares, IceMole es capaz de moverse en horizontal.

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IceMole, una sonda para estudiar Encélado y Europa (Kostas Konstantinidis et al.).

En 2010 un prototipo de IceMole demostró su capacidad al perforar un glaciar suizo, tanto en vertical como en horizontal, incluyendo capas de tierra situadas bajo el hielo. IceMole, con una longitud de 1,90 metros y un peso de 45 kg, incorpora un sistema de navegación basado en magnetómetros y unidades inerciales para saber qué dirección debe seguir, además de varios instrumentos para medir las condiciones del hielo. IceMole tiene una sección cuadrangular de 15 cm de lado para contrarrestar la fuerza generada por el taladro y el calor necesario para derretir el hielo provendría de una unidad calefactora a base de plutonio (RHU) o de un RTG.

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Punta calefactora con taladro de IceMole (Bernd Dachwald et al.).

Para llevar al ‘topo’ hasta su destino, el DLR ha propuesto dos misiones, denominadas EnEx-IceMole (Enceladus Explorer) y EurEx-IceMole (Europa Explorer), según el objetivo elegido. Las sondas usarían un reactor nuclear de 5 o 10 kilovatios de potencia eléctrica para alimentar dos motores iónicos o de plasma capaces de situar la nave en órbita de Júpiter o Saturno en una primera fase y, posteriormente, en órbita de Europa o Encélado. En el extremo de la nave estaría la sonda de aterrizaje donde viajaría IceMole. El orbitador incorporaría un radar, una cámara y un altímetro LIDAR para determinar la mejor zona para el descenso.

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Sonda para llevar a IceMole hasta Encélado o Europa (Kostas Konstantinidis et al.).

La sonda de aterrizaje propiamente dicha usaría un generador de radioisótopos (RTG) o un reactor nuclear (podría ser el mismo usado en los motores iónicos) para generar la electricidad necesaria para el sistema y tomaría imágenes de la superficie que servirían para contextualizar los datos obtenidos por IceMole. Si se desplegase en Encélado, la sonda aterrizaría cerca del polo sur, donde se encuentran las famosas ‘rayas de tigre’ por las que salen chorros de agua del interior del satélite. EnEx no tiene como objetivo alcanzar el mar subterráneo que se encuentra bajo la corteza del polo sur de Encélado, pero estudiaría las características del hielo y, si fuera posible, los misteriosos chorros de forma directa. IceMole podría internarse entre cien y doscientos metros en el hielo de Encélado, moviéndose en zigzag hasta encontrar las ansiadas grietas que comunican el océano interior con la superficie.

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Sonda de aterrizaje que llevaría IceMole hasta la superficie de Encélado o Europa (Kostas Konstantinidis et al).
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Estudios de IceMole en el polo sur de Encélado (Kostas Konstantinidis et al).

En una fase posterior, el DLR ha sugerido lanzar la misión Europa Explorer Submersible -o simplemente EurEx- que sí podría llegar hasta el océano subterráneo global que se cree existe en esta luna. Una versión del IceMole más ‘bestia’ bautizada como Ice Shuttle se encargaría de perforar la corteza de hielo europana, de entre tres y diez kilómetros de espesor. Para evitar las complicaciones de otras propuestas anteriores, EurEx no llevaría un largo cable que lo conecte con la sonda de aterrizaje (imprescindible para enviar los datos a la Tierra), sino que iría dejando una red de transmisores en el hielo a medida que desciende. Se trata de una solución muy original, pero que lógicamente limita la cantidad de datos enviados a la duración de las baterías de cada transmisor. Una vez alcanzada la capa de agua líquida, el Ice Shuttle liberaría el submarino de 3,5 metros de longitud y 60 kg que navegaría por el océano europano estudiando sus características ayudada de una red de boyas retransmisoras. Y, quién sabe, hasta es posible que se tropiece con alguna forma de vida nativa.

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Submarino para estudiar el océano de Europa (Kostas Konstantinidis et al.).
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EurEx perforaría la gruesa corteza de hielo de Europa para llegar al océano (Kostas Konstantinidis et al.).
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Estudios del submarino EurEx en el hipotético océano europano (Kostas Konstantinidis et al.).

Evidentemente, IceMole, en cualquiera de sus versiones, tiene nulas posibilidades de ser aprobado a corto plazo. Pero más tarde o más temprano decidiremos que es necesario explorar estos fascinantes océanos del Sistema Solar exterior. Y cuando lo hagamos, las primeras sondas que los visiten seguramente no serán muy diferentes de IceMole o EurEx.

Referencias:



31 Comentarios

  1. Tengo 44 años y me pregunto si estaré vivo cuando una sonda perfore la corteza de hielo de Europa o Encelado y despliegue un ROV en esos mares liquidos en busca de hipoteticas formas de vida. ¿Sería posible Daniel?

    1. Yo tengo más esperanza de que lo haga la ESA que la NASA. Una va a lanzar JUICE y la otra sigue buscando cómo rebajar por tercera o cuarta vez los costes de Europa Clipper. En todo caso, sería con colaboración rusa, por el tema de los RTG o los reactores nucleares.

    2. Quizás nos quede vida a ambos………para confirmar la Teoría de Olduvai. Si esto es cierto deberíamos vernos inmersos en una involución tecnológica. Piensa que en los años 60 éramos capaces de ir a la Luna y poco más tarde el Concord volaba de París a NY en dos horas y media y ya no queda nada de eso.

    3. Un poquito de fe no científica Francisco. Yo también soy Francisco pero tengo medio siglo (una manera un poco negativa de decirlo) y, te aseguro, que voy a verlo todo, no se desde donde, pero voy a verlo todo, donde esté.

  2. Yo quisiera saber, en una mision de este tipo como se estrilizaria la zonda para no interferir con algun estado de vida alienigena o que se contamine la luna, sobretodo si llega al oceano interno. ¿Se tienen en cuenta el impacto ambiental que se podria provocar en esa luna?

  3. Por desgracia, Francisco…….estoy mas cerca de la opinión de Metz. Yo tengo 40 años; y si tengo serias dudas de ver una misión tripulada a Marte en los próximos 20 años,……..ver una misión de exploración submarina a los océanos de Europa, se me antoja harto complicada (el dinero manda……).

  4. ¿Pretenden perforar entre 5-10 km de hielo en el satélite Europa cuando en la Tierra no se ha llegado a perforar más de 12,5 km? Buena suerte.

        1. Los tipos de hielo, sus propiedades y densidades, se conocen.

          Y si hay un mar interno, digo yo que no estará tan compactada la corteza como para generar regiones de hielos exóticos ¿no?

  5. ¿De qué tipo sería una misión de estas? No creo que sea de “bajo” coste precisamente (hasta unos mil millones de dólares). Seguramente se convertiría en un aparatico tipo Curiosity que ya son palabras mayores.
    ¿Qué opináis sobre las prioridades científicas y estratégicas? ¿Es mejor gastarse la pasta primero en llevar un hombre a Marte? tampoco sería moco de pavo y estaría igual de contento, pero ¿no deberíamos aprender a correr antes de intentar volar?

    1. Las dos misiones son interesantes, pero la misión tripulada a Marte tendría más importancia histórica, probablemente. Mientras que la existencia de vida en Europa es incierta, Marte es colonizable sin lugar a dudas, y una misión tripulada sería el primer paso para dicha colonización.

      1. Yo no llamaría a Marte “colonizable” precisamente.
        Dejando de lado terraformaciones y cosas dentro del reino de la ciéncia ficción, instalar una base permanente en Marte no tiene absolutamente ningún sentido si no se dedica únicamente al estudio del propio planeta. No hay recursos que sean económicos de traer aquí y por cuestiones de Delta-V y la atmósfera, descartaría la posibilidad de usarlo como “puerto” para reabastecer una MUY futura expansión por el sistema solar.
        Y obviamente lo de fundar una ciudad civil allí no tiene ningún sentido económico aunque lográsemos que fuese autosuficiente (los desafíos tecnológicos son al menos equivalentes a fundar una ciudad en el fondo oceánico aquí en la tierra, a una fracción del coste y con posibilidad de rescate y reabastecimiento fácil, y todavía no hemos encontrado una razón económica para hacerlo).
        Resumiendo: Nadie va a invertir en colonizar un sitio si no tiene recursos, importáncia militar o interés científico…. E incluso así Oppy, Curiosity lo hacen bastante bien…

        1. Pues te equivocas de medio a medio. Yo llamaría a Marte muy fácilmente colonizable. Es el lugar del Sistema Solar más fácilmente colonizable con diferencia. Y, por supuesto, sin terraformaciones.

          Lo del tema económico le pasa a cualquier cuerpo del Sistema Solar y no impide su colonización. Los habitantes marcianos vivirían de los recursos de Marte, no necesitan comerciar con la Tierra. Esto sólo es un problema si sólo ves la colonización de Marte como una iniciativa empresarial privada, pero obviamente ésa no es la única alternativa. Por esa regla de tres, tampoco tendríamos la Curiosity, ni el JWST, ni la Rosetta, … ya que no dan beneficios empresariales.

          Con respecto al tema del puerto espacial, la delta-V no es ningún problema, ya que ésta es menor que la de la Tierra y en Marte abundan los recursos tanto para fabricar combustible de cohetes como para mantener a una civilización industrial.

          1. A lo mejor estamos hablando de cosas distintas: yo entiendo “colonizar” a lo que hicieron los Europeos con el resto del mundo, yendo más allá de los intereses económicos y militares para, además, fundar ciudades puramente civiles.

            En mi opinión la atmósfera de Venus es el sitio más fácilmente colonizable del Sistema Solar, no la superfície de Marte. Es el sitio con una media de temperatura anual más parecida a la superfície de la Tierra, medio protegida de la radiación cósmica pero con una irradiación solar similar a la Tierra, y con 1,1 G de gravedad. No hay mucho más que CO2 al abasto, pero igualmente no hay ningún motivo económico para traer ningún material de ninguna parte del Sistema solar, al menos con los costes de desplazamiento actuales o con tecnologías plausibles.

            Curiosity, Rosetta y el JWST son cacharros que sirven a un propósito científico, no económico, obviamente. Por motivos 100% científicos hasta Plutón es “colonizable”.

            Si queremos vivir en un sitio, independientemente de su importáncia científica, debe existir una razón de peso que iguale o supere a nuestro lugar de salida. O hay recursos, o hay importancia militar o no habrá quien ponga dinero para asentar allí una colonia (repito mi ejemplo del fondo oceánico; mil veces más sencillo que Marte o la Luna, con recursos conocidos y con tecnologicos posibles). O la misma Antártida. Sería mucho más fácil y barato colonizar la Antártida antes que Marte, dónde hay agua y aire respirable a cascoporro. Cierto es que a veces Marte es más cálido que la Antártida, pero a veces es 50ºC más frío. Comparados con Marte, la Antártida o el fondo del océano son la Costa del Sol, y no parece que vayan a abrir un Marina d’Or en la Antártida…. Tampoco en Marte si no hay un motivo militar o económico para ir (salvo el caso en que la ciéncia marciana pague las facturas de mantener una estación científica como la que hay en el polo Sur allí, obviamente. Pero a 5, 10, o 200 científicos viviendo en Marte, a pesar de que me encantaría verlo, yo no lo llamo “colonización”).

            Y el único elemento casi imprescindible para ser usado en combustible de cohetes es el hidrógeno, del que Marte mayormente carece (salvo en los casquetes polares).
            El Delta-V para entrar-salir de Marte és el 45% aproximado del de la Tierra (5,91/ 12,5 km/s). Es considerable, sobretodo comparándolo con los asteroides, que es solo una fracción de esto y tienen hielos mucho más accesibles junto con metales preciosos cuyo valor total incluso en los pedruscos más pequeños quitan el hipo.

            Me encantaría que al lado de la Tierra hubiera una gemela esperando a ser fácilmente colonizada (colonizada de verdad, con ciudades y puertos y tal), pero desgraciadamente no es así.

          2. Hablamos de lo mismo cuando hablamos de colonizar. Yo también me refiero a fundar ciudades civiles (como dije, una civilización industrial).

            En la atmósfera de Venus tienes muchísimos problemas para conseguir materias primas. ¿De dónde vas a conseguir materiales para construir una ciudad, máquinas, ropa, … cuando la fuente más cercana es un infierno ardiente? Por no hablar de a ver cómo haces para construir una base de lanzamiento de cohetes. Y por no hablar de que se te pinchan los globos y te vas a la mierda. En Marte, si se pincha por ejemplo el invernadero donde estás, te pones el traje espacial y lo arreglas tranquilamente.

            ¿Y quién dice que una base marciana no puede tener un propósito 100 % científico? Un geólogo en Marte puede hacer en un día lo que ha hecho la Opportunity en diez años. Luego a partir de las bases se formarían colonias, no por motivos científicos sino de otro tipo. Básicamente, es una oportunidad de expandir la humanidad:

            – Por seguridad, para no tener todos los huevos en la misma cesta en caso de un desastre global que amenace a todos los terrícolas.

            – Por prestigio para el país que lo ponga en marcha.

            – Como primer paso para construir infraestructuras a nivel del Sistema Solar (es más fácil hacerlo desde Marte que desde la Tierra).

            Aparte, también habrá científicos de las bases que querrán quedarse en Marte en vez de volver a la Tierra, que formarán su familia allí, que tendrán hijos, y poco a poco la base se irá convirtiendo de forma natural en un pueblo y luego en una ciudad. ¿Por qué no? ¿Si fueras astrobiólogo, geólogo, paleontólogo, climatólogo, … no querrías quedarte toda tu vida estudiando un sitio tan interesante? Y la agencia espacial estaría encantada, ya que se ahorraría mandar a alguien para sustituirte.

            Las estaciones científicas de la Antártida dependen totalmente de sus respectivos países para obtener suministros. Una base marciana tiene poderosos motivos para ser autosuficiente. Al principio no lo sería, pero probablemente después de un par de años sí empezaría a serlo. Más que nada, porque es muy caro mandar cosas desde la Tierra. Casi todos los proyectos de base marciana que se han propuesto tienen su invernadero, por no decir todos. Las bases primero fabricarían por su cuenta su propio oxígeno, combustible y materiales de construcción, poco tiempo después su propia comida, más tarde, tecnologías no muy complicadas, con impresoras 3D, etc. Sólo dependería de la Tierra para alta tecnología que no se pudiera fabricar allí (electrónica, espejos de telescopio, …). Luego, poco a poco, iría fabricando también esas piezas. Como he dicho, tienen un poderoso motivo para hacer, ya que no pueden simplemente pedir que se las manden por avión como en la Antártida.

            En cuanto a lo último, por favor, hay muchos más combustibles de cohetes aparte del hidrógeno. Los cohetes Soyuz no usan hidrógeno precisamente. Además, en Marte no escasea el hidrógeno ni mucho menos. El combustible que se usaría en Marte probablemente sería el metano, con oxígeno como oxidante. Se obtendrían a partir del dióxido de carbono de la atmósfera y el agua del subsuelo. Tiene un impulso específico sólo un poco menor que el del hidrógeno y es líquido a temperatura ambiente.

          3. Sigo pensando que todos los motivos que citas se basan en el potencial científico de Marte, nada más. No veo una base científica cuyos hijos puedan fundar un pueblo a lo Far West, ya que no veo como una pequeña “república marciana” pueda generar su propia economía independiente. Las civilizaciones industrializadas en la Tierra tienen problemas para proporcionar puestos trabajo a su población, que igualmente dependen de un tejido industrial que en Marte veo muy difícil.

            -Y si, claro, no hay que tener todos los huevos en la misma cesta, ¿pero hasta qué punto una ciudad marciana sería un buen Back-up de la tierra? con toda su biodiversidad, su fauna oceánica y sus climas dispares. En Marte se vive a 0,5 G y dentro de un globo o en una cueva en cualquier escenário que imaginemos.

            – Usar Marte como puerto o mina o como punto intermedio de un viaje no tiene sentido en términos de Delta-V. Elevar 1 tonelada de equipo Made in Mars es un 50% más fácil que 1 tonelada de Made in Earth, cierto, pero entrar y salir de Marte sigue costando por atmósfera y pozo gravitatório mucho más que usar materiales extraídos de asteroides (dónde por cierto abunda más el hielo que en los polos de Marte).

            – Atmósfera de Venus, Superfície de Marte, Estación espacial, Exoplaneta, etc… es una discusión estéril, tenemos opiniones distintas.

            – Respecto a los combustibles de Marte no me has entendido; ya sé que se puede quemar hidrocarburos como en un Soyuz o un cohete de metano, pero salvo que existan pozos de petróleo en Marte, que lo dudo, necesitas fabricarlos con una fuente abundante de hidrógeno, que en Marte solo existe en los polos (…y preciada agua marciana que necesitaremos hasta la última gota para vivir allí).
            Cuándo dije que “el único elemento casi imprescindible para ser usado en combustible de cohetes es el Hidrógeno” me refería a que se puede hacer un cohete que queme aluminio o magnesio, pero no es muy eficiente. A lo mejor suficiente para despegar una carga desde Marte, pero no para repostar ninguna nave interplanetária sensata.
            Si seguimos discutiendo nos adentramos dentro de la Ciencia Ficción. A lo mejor en un futuro se hace plausible; Naves como el Orión tiran al traste cualquier problema de viaje dentro del Sistema Solar, el coste de reaprovisionar una base lunar o marciana en ese caso bajaría órdenes de magnitud (y se puede usar cualquier material nativo como propelente, no se depende del H). Pero también es tecnológicamente posible hoy dia colonizar el fondo del mar, donde hay recursos y, jeje, agua, pero no existe demanda.
            Yo solo comentaba que Marte no es fácilmente colonizable, de hecho dudo que sea “colonizable” y puse el ejemplo de la Antártida porqué sí que hay mecánicos, cocineros, electricistas y médicos allí, pero son para mantener una comunidad científica allí, que es quién paga las facturas, no hay una ciudad “real”…

    2. Sobre el precio de la misión del topo, supongo que estaría entre el del JUICE, que anda por los 850 millones de euros, y el de la Curiosity, que anda por los 1.800 millones de euros. De todas formas, con la colaboración de Rusia se ahorrarían costes.

    3. Yo calculo para la misión a Europa unos 10.000 millones de dólares, precio superior al telescopio James Webb pero muy inferior a la ISS .
      Sobre las prioridades de exploración planetaria, la comunidad científica coloca en primer lugar la misión robótica de retorno de muestras marciana y después Europa. Pero hay que tener en cuenta que deben competir con proyectos no relacionados con el sistema solar, como futuros telescopios para detectar exoplanetas que vienen pisando fuerte.

          1. Sólo quiero saber de dónde lo sacas. Yo he puesto dos misiones similares, una que va al mismo sitio pero no aterriza y otra que va a otro sitio pero sí tiene un aterrizador, y además el más caro hasta la fecha, de ahí que piense que el coste estará entre esos dos. Tu cifra no sé de dónde la sacas.

          2. Yo me he basado en la Cassini-Huygens diseñada hace 20 años cuyo coste fue de unos 3200 millones de dólares ( A fecha de hoy supongo que alcanzaría los 4000 ) y el proyecto Europa Orbiter que alcanzó una estimación de 4700 millones $ antes de ser cancelado.
            Poniendo 5000 millones $ el orbitador, todavía deben diseñar el sistema de propulsión electronuclear y el aterrizador (también nuclear ) con el topo y el submarino.

  6. Excelente artículo, aunque he de recordar que para alcanzar el lago Vostok en la Antártida, cuyas aguas están cubiertas por 4 Km de hielo, hicieron falta varios años. En cualquier caso, Para probar la existencia de vida en el lago Vostok sin contaminar el medio ambiente en el proceso, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA planeaba utilizar una sonda para derretir el hielo, llamada ” cryobot “, que derretiría el hielo a su paso, dejando tras de sí un cable de comunicaciones y de energía eléctrica. El cryobot llevaría consigo un mini-submarino llamado ” hydrobot “, que será desplegado una vez que el cryobot haya derretido el hielo y alcanzado las aguas del lago. La misión del hydrobot sería la búsqueda de existencia de vida en las aguas de lago, utilizando una cámara de vídeo y otros instrumentos de medición. (Fuente: Wikipedia). El proyecto es parejo a tu artículo. No se si finalmente se ha llevado a cabo ese proyecto, y eso que hablamos de nuestro propio planeta, pero lo que si sé es que finalmente, el lago Vostok parece rebosar vida, lo cual es muy interesante de cara a las posibilidades de éxito exobiológico.

    1. Ese mismo concepto lo vi en un documental de Discovery Channel hace años, pero con vistas de aplicarlo a la luna Europa. Me convenció su simpleza, pues el bot simplemente debía generar calor para derretir el hielo, la gravedad haría el resto.

      Claro que tenía dos contras: la “perforación” insumía mucho tiempo y era puramente vertical. El bot no podía eludir obstáculos empotrados en el hielo ni aproximarse lateralmente a un “géiser” como haría el IceMole.

      Por cierto, el diseño del IceMole tiene al menos dos notables ancestros, sólo para nostálgicos 🙂

      Diseño japonés de fines de los 60:
      http://www.collectiondx.com/news_item/71608/marmit_daigokin_magma_riser_ultraseven

      Diseño británico de 1976:
      http://www.erbzine.com/mag30/3031.html

      Saludos.

  7. Si se da lo que dice Sergei, entonces usaremos el Lago Vostok de la Antartida como banco de pruebas para esas sondas que posiblemente perforen la corteza de hielo de Europa y Encelado, y así desplegar un submarino robot que lo explore.

    Supongo que el Lago Vostok es como una “capsula del tiempo” que nos puede contar como era nuestro planeta hace millones de años.

  8. Tengo 33 años y aún no soy padre, pero me emociono pensando en que mis nietos cuando ya sean unos ancianos de 110 años allà por el 2155, seràn testigos de semejante azaña.
    …al paso que va la burra.
    Por cierto, se sabe qué presión hay en el océano interior de Europa??

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 7 mayo, 2014
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Astronomía • ESA • Júpiter • Saturno • Sondasespaciales