Estado de la misión de la NASA para estudiar Urano y Neptuno

Por Daniel Marín, el 7 marzo, 2017. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • NASA • Sistema Solar ✎ 62

En 2015 el Congreso de los EEUU obligó a la NASA a comenzar los estudios para una posible misión a Urano y/o Neptuno. Es decir, todavía no existe ninguna propuesta de misión concreta, pero la NASA está evaluando cuál es la mejor estrategia para desarrollar una sonda a los gigantes de hielo a partir de 2030 aproximadamente. El verano pasado vimos que la opción favorita desde el punto de vista científico es enviar una pareja de orbitadores, uno a Urano y otro a Neptuno, los dos equipados además con sendas sondas atmosféricas. Obviamente este plan tiene una pequeña pega: es increíblemente caro. Hablamos de dos misiones de tipo flagship que deben ser financiadas al mismo tiempo justo cuando la NASA apenas tiene dinero para sacar adelante una única sonda a Europa.

Urano (izquierda) y Neptuno (NASA).
Urano (izquierda) y Neptuno (NASA).

El resultado es que en estos meses se ha impuesto la realidad presupuestaria y ahora parece que la balanza se va inclinando poco a poco, pero inexorablemente, hacia una misión a Urano. La estimación actual es que un orbitador a Urano saldría aproximadamente por lo mismo que uno a Neptuno, entre 2000 y 2300 millones de dólares. Pero la diferencia es que la sonda a Neptuno solo podría llevar una tercera parte de la carga científica —50 kg frente a 150 kg— y requeriría una etapa de propulsión solar eléctrica (SEP) con motores iónicos para alcanzar el planeta más lejano del sistema solar en un tiempo razonable.

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Conceptos de sondas a los gigantes de hielo. De izqda. a dcha.: sonda de sobrevuelo de Urano con sonda atmosférica, orbitador de Urano con sonda y 50 kg de instrumentos y orbitador de Urano sin sonda y 150 kg de instrumentos (NASA).
Distintos tipos de misión estudiadas por la NASA en función del coste (NASA).
Distintos tipos de misión estudiadas por la NASA en función del coste (NASA).

Y es que el tiempo de vuelo es un parámetro fundamental en esta misión. Enviar una sonda de gran tamaño —más de 1500 kg— a Urano mediante un lanzador convencional y con propulsión química requiere un mínimo de doce años de vuelo, por lo que hablamos de misiones que llegarían a su objetivo alrededor de 2045 más o menos (!). La trayectoria elegida sería de tipo EVEEJU, es decir, serían necesarias tres maniobras de asistencia gravitatoria con la Tierra, una con Venus y otra con Júpiter (el sobrevuelo de Júpiter solamente sería factible para lanzamientos entre 2029 y 2032). Para misiones a Urano sería factible introducir un sobrevuelo de Saturno, pero solo si el lanzamiento tiene lugar en 2028. Si usamos un Delta IV Heavy, el cohete más potente que tiene EEUU en servicio ahora mismo, se podría reducir el tiempo en un año y medio. No obstante, para misiones a Neptuno con lanzadores convencionales es imposible reducir el tiempo de vuelo a menos de trece años sin empleo de SEP. Las opciones estudiadas ya no contemplan el empleo de una etapa SEP en las misiones a Urano para ahorrar costes.

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Ejemplo de trayectoria EVEEJU (NASA).

Por eso resulta tan interesante la posibilidad de usar el futuro cohete SLS de la NASA. Este lanzador permitiría reducir hasta cuatro años en la trayectoria hacia Urano y Neptuno y, por tanto, haría posible misiones a Neptuno de ‘solo’ doce años sin empleo de la etapa SEP. Además abre la puerta al lanzamiento de dos sondas al mismo tiempo (una a Urano y otra a Neptuno), aunque como hemos visto resulta difícil que haya presupuesto para las dos. Por otro lado se ha evaluado la aerocaptura en estas misiones, ya que su empleo conjuntamente con el SLS serviría para alcanzar Urano en menos de cinco años y Neptuno en menos de siete. Tiempos de vuelo aparte, si comparamos las sondas con las mismas prestaciones en cuanto a instrumentación, las misiones a Neptuno, tanto de sobrevuelo como orbitadores cuestan de media 300 millones de dólares más que las sondas a Urano. Un orbitador a Urano podría salir por entre 1700 y 2600 millones de dólares, dependiendo de la carga científica.

Urano (NASA).
Urano (NASA).
Neptuno (NASA).
Neptuno (NASA).

Una sonda alrededor de Urano permitiría estudiar un gigante de hielo en detalle por primera vez, así como su sistema de satélites, el menos conocido de todo el sistema solar. Desgraciadamente, el estudio de Neptuno ofrece la oportunidad de investigar un objeto del cinturón de Kuiper hermano de Plutón como es Tritón. Además Neptuno es interesante por generar mucho más calor interno que Urano, un misterio que nadie sabe explicar. ¿Vale la pena lanzar una sonda a Urano solamente o sería mejor esperar a poder enviar dos naves a los dos gigantes de hielo?

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Sonda para el estudio de la atmósfera de Urano y Neptuno (NASA).
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La sonda a Urano o Neptuno con los paneles solares de la etapa SEP desplegados (NASA).

Referencias:



62 Comentarios

  1. Pfff… doce años en ir a Urano, que está «a la vuelta de la esquina» astronómicamente hablando… y el otro día nos flipábamos con la posibilidad de ir a Próxima!! Como no espabilen los diseños de los motores, investiguen nuevas tecnologías de impulsión «de verdad» (nada de velitas solares, ni motores iónicos de aceleración lenta, que están muy bien, sino motores con cara y ojos, como el (aún sin probar) Vasimr, que podría llegar allí Urano en poco más de un año, y a Neptuno en dos, a lo sumo tres), nos morimos de viejos (algunos) sin ver casi nada realmente interesante de cerca (excepto Plutón, claro, y lo que NH nos tenga reservado aún).

    En otro orden de cosas, y dado que soy «posibilista» (bonito palabro), una pregunta para los entendidos de por aquí, tomando como punto de partida el comentario de la magnetosfera artificial de Marte.

    En primer lugar, tengo entendido (quizá me equivoque) que el campo magnético terrestre tiene una potencia de 30 microteslas… ¿de veras hace falta un escudo magnético de ¡¡2 Teslas!! para proteger algo tan «pequeño» (en comparación) como Marte? Por esa potencia tienes un montón de otras aplicaciones, incluso lanzar ese mismo escudo a Venus, junto a un gran parasol reflectante (de Mylar, por ejemplo) que bloquee la luz del Sol y baje radicalmente la temperatura de nuestro hermano abrasador…

    Bueno, a lo que iba, sobre magnetosferas. Veréis, tengo la idea peregrina de que, dado que el Sol comprime el escudo EM por delante y lo estira en una magnetocola por detrás del planeta (por ejemplo, la Tierra, pero mis intenciones están puestas en Júpiter, y ahora veréis por qué), se genera una especie de «manga» o «trompa» magnética de enorme longitud (700 millones de km en el caso de nuestro enorme vecino gaseoso)…

    ¿No hay ninguna manera, científica, aunque sea pillada por los pelos, de «apoyarse» en ese campo magnético, en ese túnel estirado de intensidad magnética, para propulsar una nave de algún tipo? ¿No hay manera de «encarrilarse» en las líneas de campo magnético, o usar la repulsión magnética, generando un campo alrededor de la nave exactamente inverso (y dinámico) al planetario (o sea, como poner dos imanes juntos por el mismo polo)?

    Porque si fuese así (tal y como sospecho), imaginad un «rail gun» ¡¡de 700 millones de km!! Si esperamos a que apunte a algún sistema interesante, ponemos una nave allí en un tiempo más que aceptable, dentro de la esperanza de vida de cualquiera de nosotros…

    Salu2

      1. Se acorta a 7 años, que sigue siendo demasiado para viajes INTERPLANETARIOS… como para plantearse interestelares!!!

        Si un sistema de propulsión hiciese llegar 1500kg de carga útil a Urano en 7 meses, firmo pero ya! Eso sí que es aceptable. Marte estaría a días o, como mucho, un par de semanas con ese sistema, y eso sería una pasada en cuanto a establecimiento de bases e hipotéticas futuras colonias. Y con la Luna igual.

        Pero más de dos años en llegar a Neptuno con una sonda robótica es tristemente insuficiente.

        ¿Qué se sabe del Vasimr?

        1. Del Vasimr que se iba a realizar una prueba de vacío en la ISS a finales de este año.
          Y en cuanto a los viajes interplanetarios siendo optimistas difícilmente cambiara el panorama antes de 2050.
          Recuerdo cuando la fusión nuclear iba a estar lista en 2020 alla por los ochenta pero la realidad es que dudo que este lista en este siglo al paso que se va y todo esto viene siempre de lo mismo.
          La pesima clase política que ha aparecido en el mundo desde los noventa.

          1. Olvidaros del VASIMR, la NASA ha dicho que de pruebas en la ISS nada. Ahora dicen los de AdAstra que buscarán alguna forma de probarlo en el espacio.

            VASIMR ha sido un bluf: para altas velocidades necesita disponer de un reactor nuclear de enorme potencia y para bajas velocidades no da mas ventajas que un motor iónico bien hecho.

          2. Sí, acabo de escuchar a Daniel confirmarlo en Radio Skylab, VASIMR ya no tiene respaldo de la NASA. Ya me parecía raro que el más reciente comunicado de Ad Astra Rocket fuera de agosto 2016.

        2. Ad Astra Rocket anunció en agosto 2016 la conclusión exitosa de todos los objetivos del primer año y la aprobación de la NASA para continuar el segundo año del contrato NextSTEP por tres años otorgado en 2015… o sea que si todo va bien los resultados oficiales finales se verían cerca de agosto 2018:
          http://www.adastrarocket.com/aarc/es/Comunicados

          Por cierto, buscando VASIMR en el sitio de la NASA la «novedad» más nueva es de hace casi 10 años. Powered by bing 🙂

  2. Ya que se habló de cooperación, sería genial (dejando por fuera la política, lo cual es algo más difícil que aterrizar en el Sol) si China formase parte de este proyecto.
    Digo, si la NASA no pudiese utilizar el SLS, si los planes siguen, se podría utilizar el Larga Marcha 9, o no sé, pensar en un proyecto al estilo de las primeras ideas del programa Apolo, donde se lanzaría el orbitador en un cohete «liviano», y después se lanzaría la etapa propulsora en otro cohete.
    No lo sé, son muchas las ideas que podemos presentar, sólo espero que sea antes del 2040 que podamos investigar ambos planetas.

  3. Para un mismo tiempo de vuelo y el mismo instrumental científico, ¿qué saldría más barato estimado Daniel, lanzar una sonda a Neptuno usando el SLS o emplear propulsión SEP?

    1. La propulsion SEP no es tan cara, hay sondas del tipo Discovery (aprox $350 mill. en total) con este tipo de propulsion. El problema radica que a la distancia de Urano o Neptuno no hay donde sacar energia para un motor ionico salvo un RTG colosal. Eso hace solo sirva para la aceleración y no para la insercion en orbita. Esto debe hacer el sistema mucho menos eficiente a nivel costo/beneficio.
      Por otro lado, un lanzamiento del SLS supera los $1000 mill., pero fue justamente diseñado las misiones tripuladas y este tipo de sondas al sistema solar exterior. No creo que la NASA dude en utilizar este cohete.

      1. SEP: Propulsión Ionica Solar: eso quiere decir que es un motor ionico que depende de unos paneles solares para generar energía eléctrica para el sistema de propulsión, ya sean estos motores de tipo electro-estáticos o electro-magnéticos.
        El problema del SEP es que a medida que la sonda se aleja del Sol los paneles solares reciben menos energía. Tal vez se puedan hacer unos impresionantes e inmensos paneles solares para ir al planeta Saturno, pero para ir a Urano o mas a Neptuno necesariamente se requiere de un RTG. pero no es cierto que el RTG tenga que deba ser colosal, no, se requiere de un RTG como el que se monto en la New Horizons o en la Cassinni, el problema no es el tamaño ni de peso del RTG, sino que disponer de un RTG es costoso.
        Y si, la razón de ser de un motor ionico son los viajes largos, porque viajes cortos el motor ionico no es efectivo, pero ir a Urano o Neptuno, si que acortaría distancia y tiempo porque el impulso se incrementa mas y mas. El problema no seria el viaje sino al llegar la velocidad relativa es grande, y el problema es el frenado., allí es end onde se tendría que cambiar a un segundo motor a bordo, un motor paralelo no ionico, o por medio de aero-frenado disminuir la velocidad de la nave.
        En cuanto al SLS, este no se concibió para poner un satélite o cualquier cosa comun en órbita terrestre, a menos que lo que se quiera colocar en órbita sea algo muy grande y pesado.
        La razón del SLS esta es en las misiones tripuladas, en proporcionar mayor impulso a sondas que van a viajar lejos, en colocar sondas y telescopios colosales y en general mayor carga útil para la exploración espacial, para llegar a asteroides y hacer minería, en fin, para establecer un base en la Luna o en el planeta Marte, para construir módulos para una estación espacial mas grande. ..

        1. Los motores iónicos consumen enormes cantidades de energía electrica. Por ejemplo, la sonda Dawn tiene 3 motores NSTAR con un consumo de 2,3 Kw cada uno. Es por ese motivo que tiene paneles solares muy grandes a pesar de mantenerse relativamente cerca del Sol.
          Por el contrario, los RTG producen muy poca energía. Por ejemplo, Cassini tiene 3 generadores de 300W cada uno.
          Es imposible pensar en propulsión iónica alimentada por RTG, a menos que dotemos a la nave de 10 o 15 generadores de este tipo, algo descabellado.

  4. porque no podemos indagar mas lejos que esto,nos vamos a morir apenas descubriendo el principio, se podria crear un mecanismo que tome cierta energia del campo gravitatorio de un planeta e impulsarse o restablecer energia,tomando la energia de las ondas electromagneticas,haci como paso con cassini,rip 1997-2017 gran avance

  5. Definitivamente muy interesante las dos misiones en concepto, estos gigantes de hielo son mundos muy fascinantes, tanto Urano y Neptuno. Urano es un planeta que gira de lado a 97 grados, su campo magnético es inusual y no irradia mucho calor, es algo inexplicable, además de del propio planeta tenes a 27 lunas, pero las 5 lunas grandes esféricas son muy espectaculares y las imágenes de lo que tomó la Voyager son de baja calidad, salvo del satélite Miranda, una extraña luna reconstruida. Neptuno es el último de los gigantes planetas con sus rápidos y violentos tormentas y sus rasgos atmosféricos, en este caso sus satélites no ofrecen mucho con excepción de Tritón,la 7 luna mas grande del S.solar, con una rotación retrógrada y además una luna capturada y sus géiseres de nitrógeno. ambos mundos son muy interesantes y deberían explorarse, el año 2018 la ESA proponía lanzar dos orbitadores y quería asociarse con la NASA ojala que esta propuesta se de y podamos tener una próxima Cassini, en este dos dos Cassinis, aunque sea de bajo costo.

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Por Daniel Marín, publicado el 7 marzo, 2017
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