OSIRIS-REx ya va rumbo a recoger muestras del asteroide Bennu

La sonda OSIRIS-REx de la NASA ya se dirige a recoger muestras del asteroide Bennu para traerlas de regreso a la Tierra en 2023. El lanzamiento tuvo lugar el 8 de septiembre de 2016 a las 23:05 UTC desde la rampa SLC-41 de la base aérea de Cabo Cañaveral mediante un cohete Atlas V 411 (misión AV-067 de la empresa ULA). OSIRIS-REx es la primera sonda automática de la NASA de retorno de muestras de la superficie de un cuerpo del sistema solar. Si todo sale bien, el 24 de septiembre de 2023 la cápsula de OSIRIS-REx aterrizará en el desierto de Utah con entre 60 gramos y 2 kg de muestras del asteroide Bennu. Este ha sido el quinto lanzamiento de un Atlas V en 2016 y el 56º lanzamiento orbital de este año.

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Sonda OSIRIS-REx (NASA).

OSIRIS-REx

OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security – Regolith Explorer) es una sonda de 2110 kg cargada de combustible (880 kg en seco) construida por Lockheed Martin Space Systems para la NASA. Sus dimensiones son de 2,43 x 3,15 metros, con una envergadura de 6,2 metros una vez desplegados los paneles solares, los cuales tienen 8,5 metros cuadrados de superficie generan entre 1226 y 3000 vatios de potencia eléctrica. La antena principal tiene un diámetro de 2 metros.

Sonda OSIRIS-REx (NASA).
Sonda OSIRIS-REx (NASA).

La misión OSIRIS-REx es la tercera de tipo New Frontiers lanzada por la NASA después de la New Horizons y Juno. Este tipo de misión no es tan cara como las de tipo Flagship, pero es más costosa que las de tipo Discovery. El coste de la misión OSIRIS-REx es de unos 800 millones de dólares, sin contar el lanzador Atlas V. OSIRIS-REx es la primera sonda de retorno de muestras de un asteroide norteamericana, aunque no olvidemos que en junio de 2010 la sonda japonesa Hayabusa ya trajo unos 1500 granos —que no gramos— de la superficie del asteroide Itokawa. Pese a todo, OSIRIS-REx tampoco será la segunda misión de retorno de muestras de un asteroide, ya que la sonda Hayabusa 2 debe volver a la Tierra en 2020 con regolito del asteroide Ryugu (199 JU3). Pese a todo, Hayabusa 2 solo traerá un miligramo de muestras, comparado con los cerca de 600 gramos que se espera traiga OSIRIS-REx. OSIRIS-REx fue seleccionada por la NASA como la tercera misión New Frontiers en mayo de 2011.

Previamente la NASA ha conseguido traer muestras del viento solar (misión Génesis, aunque tuvo un final un tanto catastrófico) y de la coma del cometa Wild 2 (Stardust), pero nunca de la superficie de un cuerpo del sistema solar aparte de, obviamente, las rocas lunares recogidas por seis misiones Apolo entre 1969 y 1972. El retorno de muestras de la superficie de un asteroide de tipo carbonáceo (tipo C) ha sido una prioridad de la comunidad científica de hace décadas. Se cree que muchos de estos asteroides se remontan a la formación del sistema solar, de ahí su interés en analizarlos detalladamente mediante instrumentos que no pueden ser transportados por una sonda espacial por limitaciones obvias de tamaño y masa.

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Instrumentos y elementos de OSIRIS-Rex (NASA).
OSIRIS-REx (NASA).
OSIRIS-REx (NASA).
Sonda OSIRIS-REx (NASA).
Sonda OSIRIS-REx (NASA).
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Instrumentos y partes de OSIRIS-REx (NASA).
Emblema de la misión (NASA).
Emblema de la misión (NASA).

Instrumentos

OSIRIS-REx lleva los siguientes instrumentos científicos:

  • OCAMS (OSIRIS-REx Camera Suite): tres cámaras destinadas a cartografiar en detalle el asteroide Bennu. Las cámaras son MapCam —para realizar un mapa del asteroide en cuatro longitudes de onda distintas (tiene 125 mm de focal y un campo de visión de 4º)—, PolyCam —un telescopio de 20 centímetros que debe fotografiar el asteroide desde dos millones de kilómetros para las tareas de navegación y guiado, así como fotos de alta resolución (1 cm) de la superficie— y SamCam —una cámara de 28 mm de focal que fotografiará la región de toma de muestras cada 1,6 segundos y comprobará si se han recogido debidamente—.
Cámaras de OSIRIS-REx (NASA).
Cámaras de OSIRIS-REx (NASA).
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Resolución de cada una de las tres cámaras de OSIRIS-REx (NASA).

  • OTES (OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer): espectrómetro infrarrojo (5 a 50 micras) con una resolución de 40 metros para determinar la composición superficial de Bennu. OTES se encargará de comprobar que la temperatura superficial de Bennu —que puede alcanzar los 77º C— no sea un peligro para la sonda.
  • OVIRS (OSIRIS-REx Visible and Infrared Spectrometer): espectrómetro infrarrojo y visible (0,4 a 4,3 micras) con una resolución de 20 metros que complementa a OTES para averiguar la composición superficial de Bennu y seleccionar el mejor lugar para la captura de muestras.

  • OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter): un altímetro láser (LIDAR) que debe averiguar la forma precisa de Bennu en alta resolución. Puede funcionar a una distancia de entre 7 kilómetros y 500 metros de Bennu.

  • REXIS (Regolith X-ray Imaging Spectrometer): un espectrómetro de rayos X destinado a investigar la comoposición de la superficie de Bennu. Ha sido diseñado por un equipo de cien estudiantes del MIT y Harvard.

  • TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism): es el instrumento estrella de la misión, ya que de él depende que la sonda capture las muestras de regolito de la superficie de Bennu. Se trata de un brazo desplegable de 3,35 metros de largo diseñado para recoger un mínimo de 60 gramos y un máximo de 2 kg de muestras durante una operación de recogida que dura apenas 5 segundos (la cantidad de muestras se calcula que rondará los 600 gramos). Para el proceso de recogida TAGSAM usa un chorro de nitrógeno que eleva el regolito de la superficie y permite su captura.
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Brazo TAGSAM de OSIRIS-REx (NASA).
Funcionamiento de TAGSAM (NASA).
Funcionamiento del extremo de TAGSAM (NASA).
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Extremo del brazo robot TAGSAM de muestras (NASA).
Sonda OSIRIS-REx (izquierda) y mecanismo de recogida de muestras o SARA (Sample Acquisition and Return Assembly) (derecha) (NASA).
Sonda OSIRIS-REx (izquierda) y mecanismo de recogida de muestras o SARA (Sample Acquisition and Return Assembly) (derecha) (NASA).
Mecanismo de carga de la cápsula con las muestras (NASA).
Mecanismo de carga de la cápsula con las muestras (NASA).
  • SRC (OSIRIS-REx Sample Return Capsule): técnicamente no se trata de un instrumento, pero es la cápsula donde se almacenarán las muestras y regresarán a la Tierra en 2023. Su diseño es idéntico al de la misión Stardust y tiene una masa de 46 kg.
Cápsula SRC (Sample Return Container) (NASA).
Cápsula SRC (Sample Return Capsule) (NASA).
La cápsula SRC completa (NASA).
La cápsula SRC completa (NASA).
Otra vista de la cápsula (NASA).
Otra vista de la cápsula (NASA).

Además de estos instrumentos, la NASA usará la señal de radio de la sonda para determinar la masa y el campo gravitatorio de Bennu, además de medir la influencia del efecto Yarkovsky.

Asteroide Bennu

El asteroide 101955 Bennu (1999 RQ36, es decir, fue descubierto en 1999) tiene unos 492 metros de diámetro medio (con un error de 20 metros) y fue seleccionado por ser un asteroide carbonáceo de tipo B, un subtipo del grupo C. Por consiguiente, se cree que su origen se remonta a la formación del sistema solar hace 4500 millones de años. También se eligió por su proximidad a la Tierra, ya que su órbita elíptica se aleja del Sol de 135 a 210 millones de kilómetros (de 0,9 a 1,4 Unidades Astronómicas) y su inclinación con respecto a la eclíptica es de solo 6º. De hecho, Bennu está clasificado como un asteroide potencialmente peligroso (PHA), puesto que existe una probabilidad muy baja de que pueda colisionar con la Tierra en 2175 o 2199. Su periodo de rotación es de 4,3 horas, lo suficientemente lenta como para permitir una recogida de muestras de forma segura, y su tamaño no es tan grande para que su campo gravitatorio pueda interferir en las maniobras de la nave. Debido a su alto contenido de carbono y otras sustancias orgánicas, Bennu es un cuerpo muy oscuro. Ha sido cartografiado en baja resolución mediante radar desde la Tierra aprovechando los encuentros a corta distancia.

Asteroide Bennu comparado con dos emblemáticas construcciones terrestres (NASA).
Asteroide Bennu comparado con dos emblemáticas construcciones terrestres (NASA).

La misión

Tras el lanzamiento, OSIRIS-REx debe realizar una maniobra de asistencia gravitatoria con la Tierra en septiembre de 2017 para alcanzar una órbita con una inclinación de 6º similar a la de Bennu. La aproximación a Bennu comenzará en agosto de 2018. A partir del 12 de septiembre de 2018 la distancia de la sonda al asteroide será inferior a un millón de kilómetros y durante los 68 días siguientes OSIRIS-REx inspeccionará Bennu en búsqueda de chorros de hielo (no hay una línea divisoria clara entre cometas y asteroides) y satélites que puedan suponer un peligro a la misión. Una vez alcanzado el asteroide, la sonda llevará a cabo tres sobrevuelos hiperbólicos sobre los polos a una distancia de unos 7 kilómetros en un periodo de 20 días.

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Fases de la misión OSIRIS-REx (NASA).

Posteriormente la sonda se situará en la llamada Órbita A a 1,5 kilómetros de altitud sobre el terminador para inspeccionar el asteroide. Luego procederá a realizar varios sobrevuelos hiperbólicos a 3,5 kilómetros de distancia sobre regiones situadas a una latitud de 40º norte y 40º sur para generar mapas con una resolución de 50 cm aproximadamente. A continuación llevará a cabo siete sobrevuelos a 5 kilómetros sobre el ecuador, además de otros sobrevuelos cercanos a 225 y 525 metros de distancia. Finalmente se situará en la Órbita B, de 1 kilómetro de altura, desde donde será capaz de apreciar objetos de 5 cm sobre la superficie.

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Primeros tres sobrevuelos a 7 km de Bennu por parte de la sonda (NASA).
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Secuencia de 7 sobrevuelos sobre el ecuador de Bennu (NASA).

La etapa de estudio detallado del asteroide durará un año, durante la cual el equipo de la misión identificará los posibles lugares de recogida de muestras. En un principio de seleccionarán hasta doce sitios favorables para la recogida, cada uno de ellos con un diámetro de 25 metros. La cámara PolyCam será capaz de resolver objetos de hasta 5 centímetros en estas zonas y, en función de los hallazgos, se seleccionarán cuatro sitios finalistas (dos primarios y dos secundarios). Los lugares de recogida, además de ser seguros para la aproximación de la sonda, deben tener partículas con un tamaño inferior a los 2 centímetros para que puedan ser recogidas por TAGSAM y no estar cubiertas por rocas de más de 21 centímetros que impidan la maniobra.

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Maniobra de recogida de muestras (NASA).

Una vez seleccionado el sitio de recogida, la sonda realizará varios ensayos de la maniobra para asegurar el éxito de la misma (recordemos que la misión Hayabusa experimentó serios problemas a la hora de llevar a cabo esta operación). Durante cada ensayo la cámara MapCam tomará imágenes a 30 metros de distancia. En la maniobra final, la sonda dejará la órbita de un kilómetro de altitud y realizará dos encendidos a 125 y 55 metros para igualar su velocidad con la velocidad de rotación del asteroide. Todo el proceso será grabado por la cámara SamCam, que obtendrá una foto por segundo. OSIRIS-REx no aterrizará sobre Bennu, sino que realizará a un contacto con la superficie de cinco segundos de duración mediante el mecanismo TAGSAM. El sistema de recogida TAGSAM lleva suficiente nitrógeno para tres intentos de recogida de muestras, aunque el objetivo es realizar solo uno. El equipo de la misión estima que el primer intento de recogida puede tener lugar en octubre de 2019, cuando Bennu esté a 270 millones de kilómetros de la Tierra.

La ventana para abandonar la órbita de Bennu comienza en marzo de 2021. Si la sonda sale en esa fecha, la cápsula aterrizará en el desierto de Utah (condado de Tooele) en septiembre de 2023. La cápsula se liberará de la sonda cuatro horas antes de pasar por la Tierra y reentrará en la atmósfera terrestre a 12,2 km/s. El descenso se efectuará gracias al empleo de un paracaídas principal que se abrirá a 3 kilómetros de altura, permitiendo un aterrizaje a 18 km/h. Mientras, el resto de la sonda llevará a cabo una maniobra para evitar chocar con la Tierra y permanecerá en órbita solar.

Fases de la reentrada (NASA).
Fases de la reentrada de la cápsula con las muestras (NASA).
Trayectoria de reentrada (NASA).
Trayectoria de reentrada (NASA).
Sistema de paracaídas de la cápsula (NASA).
Sistema de paracaídas de la cápsula (NASA).
Temperaturas
Distancias de Bennu y la sonda al Sol durante la misión (NASA).

Vídeo de la trayectoria de la sonda durante su misión:

Póster del lanzamiento (ULA).
Póster del lanzamiento (ULA).

Cohete Atlas V

El Atlas V es un cohete de dos etapas que puede incorporar aceleradores de combustible sólido. La primera fase es un CCB (Common Core Booster) de 3,81 m de diámetro y 32,48 m de longitud. El CCB está fabricado en aluminio y tiene una masa inerte de 21.277 kg. Emplea oxígeno líquido y queroseno (RP-1) con un motor de dos cámaras de combustión RD-180 construido en Rusia por NPO Energomash. El RD-180 tiene una masa en seco de 5.400 kg, un impulso específico de 311,3 (nivel del mar) – 337,8 s (vacío) y un empuje de 390,2 toneladas (nivel del mar) – 423,4 toneladas (vacío). El Atlas V 441 puede situar un máximo de 12.030 kg en órbita baja (LEO) y hasta 5.950 kg en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO).

Atlas V 411 (ULA).
Atlas V 411 (ULA).

La primera etapa puede incorporar entre cero y cinco cohetes de combustible sólido (SRB) de 1,55 m x 19,5 m, con 1.361 kN de empuje cada uno (y un Isp de 275 s). Las toberas de cada SRB están inclinadas 3º. La segunda etapa es la última versión de la clásica etapa criogénica Centaur (oxígeno e hidrógeno líquidos). Tiene 3,05 m x 12,68 m y hace uso de uno o dos motores RL 10-A-4-2 (Isp de 450,5 s) que proporcionan 99,2 kN de empuje en la versión con un sólo motor (SEC) o 198,4 kN en la de dos (DEC). Tiene una masa inerte de 2,086 toneladas y está fabricada en acero. Posee además 8 propulsores de hidracina de 40 N y cuatro de 27 N para el control de actitud de la etapa.

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Características del Atlas V serie 400 (ULA).
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Versiones del Atlas V según su capacidad (ULA).
Evolución de los Atlas a los Vulcan (ULA).
Evolución de los Atlas a los Vulcan (ULA).

Las versiones de los Atlas V se identifican mediante un número de tres dígitos: el primero (4 ó 5), indica el tamaño de la cofia (4 ó 5 metros de diámetro respectivamente). El segundo dígito señala la cantidad de cohetes de combustible sólido empleados (entre cero y tres para el Atlas V 400 y entre cero y cinco para el Atlas V 500). El último dígito indica la cantidad de motores que lleva la etapa Centaur, uno o dos (actualmente no existan Centaur de dos motores). En el caso de este lanzamiento, se trataba de un Atlas V 411, es decir, incluye una cofia de 4 metros, un cohete sólido SRB y un sólo motor en la etapa Centaur.

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Sistema de nomenclatura del Atlas V (ULA).
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Mapa de Cabo Cañaveral (ULA).
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Complejo de lanzamiento SLC-41 (ULA).
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Secuencia de integración de los elementos del lanzamiento (ULA).
Trayectoria de lanzamiento (ULA).
Trayectoria de lanzamiento (ULA).
Fases del lanzamiento (ULA).
Fases del lanzamiento (ULA).

Inserción de la sonda en la cofia:

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Integración de la carga útil:

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El cohete en la rampa:

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Vídeo sobre la misión de OSIRIS-REx:

Perfil de lanzamiento de la misión:

Lanzamiento:

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44 Comentarios

  1. Tengo la intuición de que esto de ir a por asteroides se va a volver una moda xD.

    A ver si cogen 2 kg mejor que 600 g. Ya sé lo del sesgo y tal, pero me da igual, burro grande ande o no ande.

    Santi, ¿y lo de babor y estribor en el espacio?. En sentido estricto, sería la parte derecha, si es que hay parte derecha o parte izquierda (popa es fácil, se lo podemos llamar a lo que tiene los motores principales)…

    1. Como me cargué una línea (con una parida de las mías) queda confuso, por si atonto a alguien: estribor = derecha, babor = izquierda, y en el mar a diferencia de tierra tienen preferencia los que te salen al paso por la derecha (porque antiguamente todo el mundo circulaba por la izquierda, en tierra). La regla mnemotécnica es fácil: «estribor» viene de «lado de control», por las barcas tipo vikingo que se llevaban con un sólo remo haciendo de timón y no los dos habituales de las corbitas romanas y sus herederas medievales (y ya sabes que las dornas son herederas directas a escala de los drakkar).

      1. Bueno, sobre eso de las preferencias en la mar hay salvedades, caso de buques con maniobra restringida por su calado o pesqueros mientras pescan y, por supuesto, los veleros. Los veleros entre si, tiene preferencia, no necesariamente el que sale por la derecha (que en el caso de barcos de propulsión mecánica adoptan reglas parecidas a las de los coches, la famosa preferencia por tener la derecha libre), sino que tiene preferencia el que está amurado a estribor, esto es: el que recibe el viento por la derecha, independientemente de por donde se encuentren; esto es particularmente importante en regata (en las carreras de veleros) donde se cede el paso al límite del reglamento de abordajes en la mar.

        Disculpas al resto por esta digresión.

        Saludos Stewie ; )

    2. Jajaja, pues no lo sé la verdad, Stewie. No sé como se haría. Habría que ponerse mirando a la parte delantera de la nave y nombrar a cada parte de la misma como dices. Lo de arriba y abajo se haría con referencia a la posición de la nave en ese momento pero, si, es complicado. Acuérdate cuando la New Horzons llegó a Plutón el lío que había para saber cuál era el Polo Norte y el Sur, jeje.

      Sigue siempre así, Stewie, un abrazo!!

      1. Es que la historia venía por las luces de navegación, que al final también omití. Es fàcil ver por qué son rojas a babor (no pases) y verdes a estribor (pasa), marina mercante y demás buques de tamaño respetable cuya inercia de trayectoria es considerable (en un problema de la uni calculamos que la inercia de un petrolero le daba para necesitar unos 30 km para detenerse, sin frenar de alguna manera, en aguas «ideales»). Esta situación se heredò en los aviones, y aunque las naves espaciales no llevan luces de posición (sería absurdo), el Shuttle como planeador no sé si por ley debería haberlas llevado. Una de las Buran hubiera tenido reactores atmosféricos, qur si bien no le hubieran permitido volar como un avión sí una mayor autonomía tras la reentrada. En estas circustancias las luces creo que son obligadas.

  2. ¡Ños!, menudo artículo. Y menuda misión. Si esto sale todo bien, es para quitarse el sombrero. Ése momento de 1 a 3 toques con la aspiradora en Bennu, BUFFF …., momento crítico. A Philae le fallaron los anclajes, es decir bajó como ésta sin anclajes, y miren lo que pasó. Qué imagen, el Atlas en la torre de lanzamiento flanqueado por dos Washingtonias y el Sol al fondo.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 9 septiembre, 2016
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Lanzamientos • NASA • Sistema Solar