Las sondas candidatas a la próxima misión New Frontiers de la NASA

Por Daniel Marín, el 11 enero, 2016. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Júpiter • NASA • Saturno • Sistema Solar • Venus ✎ 56

La NASA ha anunciado recientemente los plazos para seleccionar la cuarta misión de tipo New Frontiers de la agencia. Ahora sabemos que serán seis sondas candidatas las que competirán por ganarse el favor de la NASA durante los próximos años. Cada una de ellas promete ser esencial de cara a entender mejor nuestro sistema solar. Saturno, la Luna, los asteroides, Venus y un cometa son los objetivos de estas misiones. ¿Cuál es la que tiene más papeletas para salir adelante?

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Recreación artística de una sonda descendiendo por los cielos de Saturno (arriba se ven los anillos) (Joe Bergeron).

Con un precio máximo de 850 millones de dólares, las misiones New Frontiers son consideradas de medio coste y están situadas entre las de tipo Discovery -que, con un máximo de 450 millones, son las más baratas- y las de tipo Flagship, cuyo coste puede alcanzar los tres mil millones. Los objetivos de las misiones Discovery no los escoge previamente la NASA y la selección final depende de las bondades intrínsecas de cada propuesta. Por el contrario, las sondas de tipo Flagship son ‘impuestas’ desde un primer momento por la cúpula de la NASA según las presiones de la comunidad científica y, en menor medida, la clase política. Las misiones de tipo New Frontiers se hallan en un punto intermedio, ya que distintos equipos de investigación pueden competir con propuestas diferentes, pero los objetivos son fijados por la NASA previamente. Hasta ahora la NASA ha aprobado tres misiones de este tipo: New Horizons (para estudiar Plutón y el cinturón de Kuiper), Juno (destinada a analizar la estructura interna de Júpiter) y OSIRIS-REx (que debe traer a la Tierra muestras del asteroide Bennu).

Los objetivos de la cuarta misión de tipo New Frontiers siguen las directrices del estudio Decadal Survey, publicado regularmente por las Academias Nacionales de EEUU, y que recoge las prioridades de la comunidad científica. Hasta ahora la NASA barajaba cinco posibles destinos para la siguiente misión New Frontiers: la Luna, un cometa, los asteroides troyanos, la atmósfera de Saturno y Venus. Pero a última hora la NASA ha añadido finalmente un objetivo adicional, o mejor dicho, dos: Titán y Encélado. Si alguien echa de menos al planeta rojo, recordemos que Marte no aparece entre ninguno de estos objetivos porque cuenta con un programa de exploración propio (aunque sí puede ser el destino de misiones de tipo Discovery, como ha sido el caso de InSight). Del mismo modo, para la próxima década la NASA ya tiene prevista una misión de tipo Flagship a Europa, el satélite de Júpiter. Para la cuarta misión New Frontiers la agencia norteamericana tiene disponible tres generadores de radioisótopos de tipo MMRTG y hasta 43 unidades calefactoras con plutonio (RHUs) en caso de que sean necesarios. Teniendo esto en cuenta, las misiones candidatas son las siguientes:

Sonda de retorno de muestras de un cometa

Los asteroides y cometas son cuerpos que encierran las claves de la formación del sistema solar. Además se trata de astros que, como la sonda europea Rosetta nos ha demostrado con el cometa 67P, todavía no comprendemos muy bien. Por este motivo el retorno de muestras de estos cuerpos menores es una prioridad para la comunidad científica. La NASA lanzará este año la misión OSIRIS-REx para recoger muestras de un asteroide, pero sin embargo lleva décadas sugiriendo una misión de retorno de muestras a un cometa de forma infructuosa. La razón principal es que ir y volver a un cometa es energéticamente más complejo -y caro- que hacer lo mismo con un asteroide. La propuesta de sonda del último Decadal Survey consistía en una nave de 1900 kg con propulsión iónica (SEP) que, tras ser lanzada por un Atlas V, se aproximaría a un núcleo cometario con un diámetro superior a un kilómetro para recoger un volumen de muestras de la superficie superior a medio litro. La cápsula con las preciadas muestras podría tener un diseño similar a la creada para la misión de retorno de muestras de Marte.

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Posible diseño de una sonda de recogida de muestras de un cometa con propulsión solar eléctrica (NASA).

A favor: es una misión de alto interés científico que sería un complemento perfecto a las misiones OSIRIS-REx, Hayabusa 2 y Rosetta. Además, no utilizaría RTGs, lo que abarata mucho los costes de la misión.

En contra: el proceso de captura de muestras es complejo y delicado y no está exento de riesgos. El tiempo de vuelo puede ser largo (depende del cometa elegido). El objetivo de la misión no es el sistema solar exterior.

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Posible diseño de la cápsula de retorno de muestras de un cometa (NASA).

Sonda de retorno de muestras de la Luna

Se trata de una sonda para recoger muestras de la cuenca de impacto Polo Sur-Aitken, situada en la cara oculta de la Luna. Aunque las misiones Apolo trajeron 380 kg de rocas lunares, ninguna de ellas son de la cara oculta. Precisamente, los investigadores consideran muy importante hacerse con muestras de la cara oculta para descubrir por qué este hemisferio es tan diferente del visible y, de paso, comprender mejor el origen de la Luna. ¿Y por qué de la cuenca Aitken y no otra? Pues porque es la más grande -2500 kilómetros de diámetro- y la más antigua de nuestro satélite. La propuesta MoonRise para esta misión consiste en una sonda de una toneladas y dos etapas -como las Ye-8-5 soviéticas o la Chang’e 5 china- que recogerá hasta 1 kg de rocas y regolito lunar mediante un brazo robot. También incluye un pequeño satélite que garantice las comunicaciones con la Tierra.

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La etapa de ascenso de la sonda de recogida de muestras lunares de la cara oculta despega con las rocas lunares (NASA).

A favor: se trata de una misión relativamente simple comparada con las otras gracias a la cercanía de la Luna. Además, no requeriría del uso de los caros y polémicos generadores de radioisótopos (RTGs). No obstante, su punto fuerte es la posible fusión de esta misión con el programa tripulado SLS/Orión de la NASA. De acuerdo con el plan original de MoonRise, una nave Orión tripulada en órbita lunar podría supervisar mediante telepresencia la recogida de muestras, lo que daría una razón de ser a un programa que se necesita justificar su existencia. La ESA podría colaborar en esta misión, especialmente teniendo en cuenta que ya se estudió una propuesta similar denominada FARSIDE para la última convocatoria de la sonda M4.

En contra: la Luna es un objetivo relativamente ‘aburrido’ comparado con los destinos de las otras misiones candidatas. La comunidad científica está de acuerdo en que durante la próxima década habrá un déficit de misiones para estudiar el sistema solar exterior, así que ‘desperdiciar’ esta oportunidad en la Luna sería una decisión muy polémica. Por otro lado, China mantiene un activo programa de exploración lunar que incluirá la recogida de muestras con la sonda Chang’e 5 y la visita a la cara oculta con la Chang’e 4. La estrategia lunar china hace que el interés científico y mediático de MoonRise disminuya considerablemente.

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Cuenca Aitken (SPA) de la cara oculta de la Luna (NASA).
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Etapas de la misión de retorno de muestras MoonRise (NASA).

Sonda para estudiar los asteroides troyanos

Los asteroides troyanos están situados en los puntos de Lagrange L4 y L5 de la órbita de Júpiter. Hay más de seis mil y su interés radica en que supuestamente son un registro fiel de los procesos de formación del sistema solar. De acuerdo con el modelo de Niza los planetas gigantes no se encuentran actualmente en el lugar dónde se formaron, ¿pero cómo saber si este modelo es cierto? Una posibilidad pasa por estudiar los asteroides troyanos. Esta sonda debería orbitar al menos un asteroide troyano para analizarlo en profundidad y sobrevolar otros con el fin de comparar sus propiedades.

Lucy (NASA).
Lucy: una misión para estudiar asteroides troyanos (NASA).

A favor: misión relativamente sencilla y prioritaria desde el punto de vista de la comunidad científica. Técnicamente se trata además de una misión al sistema solar exterior. No es estrictamente necesario el uso de RTG.

En contra: los tiempos de vuelo pueden ser elevados. Ya existe una propuesta, de tipo Discovery, para estudiar los asteroides troyanos denominada Lucy. Si Lucy es aprobada el año que viene no tendría sentido desarrollar otra sonda similar. En caso contrario, esta misión ganaría muchos enteros, sobre todo teniendo en cuenta que Lucy es quizás demasiado ambiciosa para el programa Discovery, pero encajaría perfectamente dentro de una misión de tipo New Frontiers.

Resumen de la misión de Lucy (NASA).
Etapas de la misión Lucy (NASA).

Sonda para la atmósfera de Saturno

Aunque conocemos la composición de las atmósfera de Saturno, no sabemos a ciencia cierta cuáles son las abundancias relativas de los gases que la forman ni las proporciones isotópicas de los mismos. Tampoco está muy clara su estructura vertical. Una sonda que descienda a través de la atmósfera de Saturno podría aclarar todos estos misterios y nos proporcionaría datos fundamentales del origen del sistema solar. La sonda consistiría en una cápsula de descenso y una nave principal que sobrevolaría Saturno y retransmitiría los datos de la cápsula a la Tierra. Hace poco pudimos ver una misión similar denominada Hera propuesta dentro del marco de la misión M4 de la ESA.

Una sonda atmosférica en Saturno sería muy similar a la cápsula de la misión Galileo (en la imagen)(NASA/JPL).
Recreación de la sonda atmosférica Galileo, muy similar a Hera (NASA/JPL).

A favor: es una sonda al sistema solar exterior que permitiría complementar los hallazgos de la misión Cassini en Saturno y de la sonda Galileo en la atmósfera de Júpiter. La vista de los cielos azules de Saturno con sus anillos sería memorable.

En contra: se hace difícil justificar el alto costo de la misión y el largo tiempo de vuelo (varios años) para una vida útil operativa de solo unas pocas horas. La entrada atmosférica y el descenso son maniobras arriesgadas. Probablemente se necesiten RTGs (aunque la propuesta europea Hera no hacía uso de ellos).

Sonda para estudiar la atmósfera de Saturno (NASA).
Sonda para estudiar la atmósfera de Saturno (NASA).

Sonda a la superficie de Venus

La misión VISE (Venus In Situ Explorer) lleva casi quince años entre nosotros desde que fue propuesta inicialmente, pero no ha sido aprobada todavía. Y eso que Venus es una de las pocas cuentas pendientes que tenemos en el sistema solar interior. Desde que en los años 80 las sondas soviéticas VeGa aterrizasen allí, ninguna sonda ha vuelto a ese infierno planetario. VISE sería una misión que estudiaría la atmósfera y superficie de Venus mediante un globo. Su vida útil estaría limitada a unas cuantas horas por culpa de las altísimas temperaturas y la brutal presión atmosférica, pero en ese corto espacio de tiempo se espera poder analizar la composición de Venus con una precisión nunca vista. La sonda contaría con un globo aerostático para cubrir el mayor rango de alturas y recorrer la mayor distancia posible. Quizás podría disponer de una nave dotada de los instrumentos necesarios para explorar la superficie. No se descarta que pueda usar el globo para aterrizar en más de un lugar, de forma similar a la propuesta Flagship VME (Venus Mobile Explorer).

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Propuesta de sonda VISE con un globo aerostático (NASA).

A favor: Venus es el gran olvidado de la exploración planetaria y es una prioridad de la comunidad científica. El tiempo de vuelo sería muy reducido. Es posible que no requiera RTGs.

En contra: es una misión arriesgada y con una vida útil muy corta.

Etapas de la misión VME (NASA).
Etapas de la misión VME (NASA).

Sonda a Titán y Encélado (Ocean Worlds Mission)

Esta es la gran novedad entre todas las candidatas y probablemente se convierta desde ya en la misión favorita de muchos de los aficionados a la exploración del espacio. La misión Ocean Worlds debe estudiar dos de los mundos más fascinantes del sistema solar: Titán y Encélado. Cómo hacerlo con un único vehículo todavía no está muy claro, así que es de esperar que en los próximos meses y años veamos diseños más depurados. Por ahora sabemos que la misión es una especie de fusión de las propuestas TiME (Titan Mare Explorer) y ELF (Enceladus Life Finder), por lo que se parecería mucho a JET (Journey to Enceladus and Titan). Con el fin de investigar la atmósfera o los mares de metano de Titán es necesaria una cápsula de descenso, lo que complica y encarece la misión, pero, por fortuna, para analizar la composición del océano global que posee Encélado en su interior solo es necesario atravesar los famosos chorros que salen del polo sur de esta luna. La sonda determinaría la habitabilidad del océano analizando su composición y su pH, así como la proporción de los isótopos del hidrógeno. Además intentaría averiguar si existe vida en el océano mediante la búsqueda de aminoácidos y otras biomoléculas.

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Sonda TiME: un barco en los mares de Titán (NASA).

A favor: es sin duda la misión más apasionante de todas, tanto desde el punto de vista científico como mediático. ¡Ver de primera mano la superficie de un mar alienígena!¡Saber si existe o no vida en Encélado! Resulta difícil, si no imposible, superar estos objetivos.

En contra: la complejidad de la sonda es quizás demasiado elevada para una misión New Frontiers y puede que haya que dejar para otra ocasión el barco para los mares de Titán, probablemente la parte más espectacular de la misión. El tiempo de vuelo es elevado y deberá usar RTGs.

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Sonda JET para estudiar Encélado y Titán (JPL/NASA).

La NASA espera recibir los detalles de todas las propuestas en 2017 y en mayo de 2019 anunciará el ganador. La sonda elegida despegará en 2024 aproximadamente. Una vez más, es una pena que haya que conformarse con una sola.

Referencias:

  • http://newfrontiers.larc.nasa.gov/announcements.html
  • http://solarsystem.nasa.gov/docs/131171.pdf


56 Comentarios

    1. Todo depende de los detalles técnicos de las propuestas. A priori, mi favorita es Ocean Worlds Mission, incluso sin sonda de descenso a Titán. Una misión tipo JET/LIFE creo que es fundamental para entender mejor Encélado. Y además es una sonda al sistema solar exterior (la única junto a Europa Clipper que tendremos la próxima década). Ahora bien, creo que quizás es un poco prematura para los tiempos que maneja la NASA y puede que encaje mejor para la convocatoria New Frontiers 5. Por eso creo que la misión a los troyanos o la de retorno de muestras de un cometa tiene muchas posibilidades. Y, por supuesto, no podemos perder de vista a MoonRise. Si la NASA necesita justificar el SLS/Orión y/o al Congreso le da por «obligar» a la agencia a impulsar este programa, la misión podría pasar a ser la favorita muy fácilmente.

      1. Primero que nada gracias por responder, y en segundo, yo tambien creo que la mision a los troyanos y la mision a un cometa sean las que mas posibilidades tienen, aunque espero que Lucy, del programa Discovery sea elegida este año y asi la New Frontiers 4 pueda ser aun mas ambiciosa. Por otro lado, ¿no crees que MoonRise pueda ser trasladada al programa tripulado tal como la LRO, que fue financiada por el programa Constelacion? De ser asi la NASA justificaria las existencia del SLS/Orion sin tener que gastar casi mil millones de dolares del programa planetario en una sonda «sencilla» y sin ambciones que pudiera ser equiparada por los medios con una Chang’e china pero carisima.

  1. Mi favorita: Ocean Worlds Mission, sin lugar a dudas, pero dependerá del lanzador no me gustaría que transcurriera un década o más en llegar.
    La más cercana descartando la Luna, WISE, sería la más rápida y posiblemente la de duración más corta, con permiso de la sonda a la atmósfera de Saturno.
    Un saludo.

  2. yo prefiero ser realista y creo que la elegida sera la misión de retorno de muestras de un cometa o los asteroides troyanos , pero como esta gente eliga la sonda a la luna solo para justificar el armatoste del SLS yo me cojo una AK 47 y los fusilo insofasto º_º

  3. Hola Daniel. Hay una cuestión que me surge respecto a MoonRise y a otras misiones de retorno de muestras, aunque seguro que tiene sus razones de peso, sigue sin parecerme evidente. Se incluye una cápsula de reentrada, pero ¿no podrían recogerse las muestras de otra manera, por ejemplo, no podría la ISS (O una Soyuz/Dragon/Orion…) capturar la cápsula en LEO? . Aunque se tenga que hacer una maniobra de aerocaptura para frenado, sin duda la cápsula será menos cara que para resistir una reentrada.
    Yo también me decantaría por una Ocean World Mission, creo que estudiar esos mundos puede darnos un buen empujón para comprender las dinámicas de formación planetaria y qué podemos esperar en mundos como Europa.
    Estupenda entrada, como siempre.

  4. Hola Daniel. Los dientes largos se me han quedado viendo estas misiones. Ocean Worlds Mission me tiene entusiasmado como a un niño chico. A propósito, me pregunto si en un océano tan frío el uso de RTGs tendría ventajas. Me explico: al no tener que radiar como en el espacio, sino que puede refrigerarse con metano sobreenfriado, la diferencia de temperatura en los termopares podría ser mucho mayor. ¿Esto repercutiría en una mayor densidad energética del sistema RTG? Además, podría usarse esa energía para bullir el metano e impulsarse con la mezcla gas-líquido producida en una tobera, y sin partes móviles. No sé si es muy descabellado este planteamiento, me gustaría conocer tu sabia opinión.

  5. El planeta Venus desde hace muchas décadas se ha presentado como un mundo hostil, y
    con ningún interés científico en su colonización futura por el ser humano. Yo considero
    que en la actualidad ya hay tecnología industrial en sistemas de aislamiento térmico, como para
    establecer colonias perfectamente aisladas de las altas temperaturas atmosféricas. Y además
    utilizando estas altas temperaturas es factible producir energía eléctrica y con ello refrigeración.
    Las soluciones no son sencillas, y la terraformacion completa de Venus es más complicada que la de Marte, pero el establecimiento de pequeñas colonias autónomas que empleen el calor del planeta
    para abastecerse de electricidad es factible.

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Por Daniel Marín, publicado el 11 enero, 2016
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