Parker Solar Probe: la nave que «tocará» el Sol

Por Daniel Marín, el 7 agosto, 2018. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sol ✎ 115

Dentro de pocos días está previsto que despegue desde la Base Aérea de Cabo Cañaveral la nave Parker Solar Probe, una sonda que se acercará a nada más y nada menos que a seis millones de kilómetros del Sol. Puede que esa bola de luz que vemos en el cielo cada día sea una simple estrella G2V del montón, pero es la más cercana y la supervivencia de nuestra civilización tecnológica depende en buena medida de que conozcamos todos sus secretos en profundidad. La Parker Solar Probe rozará el Sol con el objetivo de estudiarlo en detalle, pero, paradójicamente, no por los motivos que la mayoría de personas piensa. Y, además, aproximarse al Sol tampoco es nada sencillo y, de hecho, es la parte más compleja de la misión.

Parker Solar Probe (NASA/APL-JHU).

El Sol no solo es la fuente de la vida de este pequeño planeta rocoso gracias a la radiación que emite en diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético, sino que también genera un flujo constante de partículas cargadas conocido como viento solar que domina la magnetosfera de la Tierra. De vez en cuando a nuestra estrella le da por lanzar más partículas de las que emite habitualmente, creando una tormenta geomagnética al interactuar con el campo magnético terrestre. Estas tormentas pueden dañar gravemente a todo tipo de satélites e incluso dejar fuera de juego la red eléctrica de regiones o naciones enteras. Y nadie quiere que una fulguración como el Suceso Carrington de 1859 nos deje a oscuras. Pero todavía nos queda mucho por aprender con respecto al Sol. Por ejemplo, no tenemos muy claro qué mecanismos están detrás de uno de los mayores misterios de nuestra estrella: ¿cómo es posible que la corona solar esté mucho más caliente que la superficie visible del Sol (5.500 ºC frente a millones de ºC)?

Calentamiento anómalo de la corona solar (NASA).

Las reconexiones magnéticas y las ondas magnetohidrodinámicas son dos fenómenos que juegan un papel clave en el calentamiento de la corona y en la aceleración del viento solar en una zona que apenas tiene 500 kilómetros de espesor, pero para estudiarlos en detalle lo ideal sería hacerlo in situ, o, como mínimo, lo más cerca posible. Así que, efectivamente, nos interesa enviar una sonda espacial a las cercanías del Sol, pero no para obtener bonitas imágenes de nuestra estrella, sino para analizar las partículas que emite. Cualquier telescopio solar situado en tierra o en órbita terrestre ya es capaz de ofrecernos imágenes de alta resolución del Sol. Para que las fotografías de una sonda superen la resolución de estos instrumentos habría que acercarse tanto que, por ahora, simplemente no sale rentable. Sin embargo, si lo que queremos es comprender el origen del viento solar y el anómalo calentamiento de la corona no hace falta que nos zambullamos en el Sol. Con situarse a unos pocos millones de kilómetros basta, aunque esto es de por sí todo un desafío tecnológico de primer orden. Bien, ahora queda resolver el siguiente problema. ¿Cómo llegar hasta allí?

Efectos negativos de los enfados del Sol sobre la Tierra (NASA).

Contrariamente a lo que mucha gente piensa, viajar al Sol no es nada sencillo. No basta con «dejarse caer» desde la órbita terrestre y ya está. En astronáutica lo que cuenta es la energía que debemos aportar para llegar a nuestro destino, que es proporcional a la Delta-V, sin importar si aceleramos o frenamos. Y cualquier objeto situado en la órbita de la Tierra alrededor del Sol ya tiene una considerable cantidad de energía de la que debemos deshacernos para acercarnos a nuestra estrella. Aunque parezca increíble, en la actualidad no existe ningún cohete lo suficientemente potente para mandar a una nave a las cercanías del Sol de forma directa. En realidad, la energía para acercarse a nuestra estrella a menos de diez radios solares es unas sesenta veces la energía necesaria para ir a Marte. La única solución es realizar maniobras de asistencia gravitatoria con otros planetas para reducir nuestra energía orbital y aproximarnos al Sol.

Primer diseño de Solar Probe de principios de siglo (NASA).

Es por esto que, aunque la NASA identificó en una fecha tan temprana como 1958 la necesidad de enviar una sonda cerca del Sol, nadie lo ha hecho hasta ahora. Por otro lado, hasta este momento hemos obviado las complejidades técnicas que suponen acercarse mucho al Sol. El récord de proximidad a nuestra estrella de una nave operativa lo tiene la sonda alemana Helios B, que en 1976 llevó a cabo un paso por el perihelio —el punto más cercano al Sol de una órbita— a tan solo 43,4 millones de kilómetros del Sol (unos 65 radios solares), es decir, por dentro de la órbita de Mercurio (cuyo punto más cercano al Sol está a 47 millones de kilómetros). Pero si queremos desentrañar los misterios del calentamiento de la corona hay que ir mucho más cerca, a menos de 7 millones de kilómetros (10 radios solares) de la superficie visible (la fotosfera). A principios de este siglo la NASA identificó la misión Solar Probe como una de las prioridades para el estudio del Sol. Solar Probe debía ser una misión de tipo flagship muy cara y ambiciosa. La sonda se acercaría hasta 2,1 millones de kilómetros (3 radios solares) de la superficie, aunque su órbita no sería circular, sino altamente elíptica. De esta forma se podría conciliar la necesidad de acercarse mucho al Sol con los problemas tecnológicos asociados con esta decisión. Con el fin de evitar las elevadas temperaturas Solar Probe emplearía un escudo térmico durante sus pasos por el perihelio. Se descartó usar energía solar porque por entonces no existía la tecnología que permitiese crear paneles que no se degradasen de forma catastrófica por culpa de la intensa radiación a esa distancia, así que Solar Probe llevaría generadores de radioisótopos (MMRTG).

Diseño de Solar Probe con RTG de 2005 (NASA).

Efectivamente, la ironía era más que evidente. La sonda que más se iba a acercar al Sol debía emplear la misma tecnología que las naves que exploran el sistema solar exterior. De hecho, el uso de RTGs permitiría que la nave usase Júpiter para realizar una maniobra de asistencia gravitatoria para aproximarse al Sol (recuerda lo difícil que es llegar a las cercanías del astro rey). Más o menos una versión extrema de las maniobras que llevó a cabo la sonda europea Ulises en los años 90. Solar Probe debía realizar un mínimo de dos sobrevuelos del Sol a una distancia de 2,1 millones de kilómetros con 4,6 años de diferencia, permitiendo de este modo estudiar el viento solar y la corona en fases distintas del ciclo solar de 11 años. La sonda pasaría por el perihelio a una velocidad de 1,1 millones de km/h (308 km/s), por lo que cada sobrevuelo solo duraría unas 14 horas en total. El escudo térmico estaría formado por un cono de 2,7 metros hecho de carbono-carbono, el mismo material empleado en las losetas térmicas del morro y el borde de ataque de las alas del transbordador espacial (en principio el escudo iba a tener una forma elíptica para reflejar la luz solar eficientemente, pero se decidió cambiar el diseño).

Solar Probe de 2005 (NASA).
Diseño de Solar Probe de 2005 (NASA).
Asistencia gravitatoria con Júpiter para alcanzar el Sol (NASA).

Ni que decir tiene, este proyecto era demasiado caro para ser aprobado, así que en 2007 el proyecto cambió radicalmente y pasó a ser conocido como Solar Probe Plus (Solar Probe+). Pese al nombre, en realidad la sonda sería más pequeña —solo 481 kg— y se acercaría a «solo» 6,6 millones de kilómetros en vez de los 2,1 millones originalmente previstos. De esta forma ya no sería necesario usar la maniobra de asistencia gravitatoria con Júpiter y, de paso, tampoco RTGs (que son extremadamente caros). La energía la proporcionarían paneles solares avanzados basados en la tecnología empleada en la sonda MESSENGER para estudiar Mercurio. Los paneles estarán separados en dos segmentos, primarios y secundarios, y estos últimos estarán refrigerados por líquido. Los paneles se plegarían durante el perihelio para evitar su degradación, dejando bajo la luz del Sol únicamente a los paneles secundarios. Solo tendrían un área de 1,55 metros cuadrados, pero serían capaces de generar 388 vatios durante cada perihelio.

Diseño de Solar Probe Plus de 2007 (NASA).
Diseño de Solar Probe Plus en 2010 (NASA).

La nave, de 3 metros de alto, despegaría mediante un cohete Atlas V 551 al que se le añadiría una etapa extra de combustible sólido Star-48BV de forma parecida a la técnica usada en el lanzamiento de la sonda New Horizons a Plutón, aunque en este caso la sonda viajaría en dirección contraria. Como esto no era suficiente, para reducir su perihelio todavía más Solar Probe Plus usaría ahora siete maniobras de asistencia gravitatoria con Venus, una trayectoria conocida como V7GA. La introducción de V7GA fue una revolución para la misión, puesto que ya no era necesario realizar un sobrevuelo de Júpiter para aproximarse al Sol. Sin la trayectoria V7GA la misión Solar Probe Plus no habría sido posible. Según el nuevo plan, el escudo térmico no debería soportar temperaturas tan altas —«solo» 1.440 ºC— y pasaría a tener un diseño plano circular más simple de 2,3 metros de diámetro. Tras el escudo se instalarían dos radiadores con líquido de 4,4 metros cuadrados para refrigerar la nave. La nave tendría nueve instrumentos para estudiar las partículas y los campos magnéticos en las proximidades del Sol.

Nueva trayectoria V7GA para alcanzar las proximidades del Sol con siete sobrevuelos de Venus (NASA).

A partir de 2008 el proyecto estaría a cargo del laboratorio APL (Applied Physics Laboratory) de la Johns Hopkins University. En 2010 el diseño sería refinado al pasar a la Fase A y se decidió lanzar la nave en 2018.  Se abandonó la forma circular del escudo térmico, que pasó a tener unas dimensiones de 2,4 x 3,1 metros, 11,43 centímetros de espesor y una masa de unos 70 kg. La masa de la sonda fue aumentando hasta alcanzar los 685 kg, de ahí que posteriormente también se decidiese cambiar de cohete a favor del Delta IV Heavy de ULA, actualmente el segundo lanzador más potente en servicio tras el Falcon Heavy. Por último, la misión fue rebautizada como Parker Solar Probe (PSP) en honor a Eugene Parker, un astrofísico solar estadounidense que ha estudiado el calentamiento de la corona (Parker propuso en los años 80 que este fenómeno era debido a «nanofulguraciones») y el viento solar (el patrón en espiral del viento solar lleva su nombre).

Diseño actual de la sonda con sus instrumentos científicos (NASA/APL-JHU).
Escudo térmico de la Parker Solar Probe (NASA/APL-JHU).
Paneles solares de la PSP (NASA/APL-JHU).

La misión tendrá una duración de 6 años y 11 meses, durante los cuales la sonda realizará 24 órbitas alrededor del Sol. La ventana de lanzamiento se prolongará durante 20 días y, si se lanza en agosto de 2018 como todos esperamos, el primer perihelio tendrá lugar en noviembre de 2018 a 25 millones de kilómetros. Para reducir más la distancia al Sol deberá llevar a cabo los siete sobrevuelos de Venus, el primero de los cuales será en diciembre de 2019. El primero de los perihelios cercanos, a unos 7 millones de kilómetros (9,86 radios solares) lo veremos en diciembre de 2024 y será entonces cuando podrá comenzar la fase científica propiamente dicha. La órbita final tendrá un periodo de 88 días, un afelio de 110 millones de kilómetros (0,73 UA) y un perihelio de 6,2 millones de kilómetros sobre la fotosfera. La fase de perihelio en cada órbita durará unos 11 días. El último de los 14 perihelios cercanos tendrá lugar en 2025, aunque la misión podría ser extendida.

Parker Solar Probe (NASA/APL-JHU).
Variación del perihelio y el afelio en cada órbita de la PSP según la trayectoria V7GA (NASA).
Distancia y velocidad de la sonda con respecto al Sol en cada perihelio (NASA/APL-JHU).
Configuración de la sonda durante los sobrevuelos (NASA/APL-JHU).
Geometría de los siete sobrevuelos de Venus (NASA/APL-JHU).
Distintas configuraciones de la PSP (NASA/APL-JHU).

La velocidad máxima alcanzada por la Parker Solar Probe durante su paso por el perihelio será de 687.000 km/h (190,8 km/s), una velocidad récord con respecto al Sol. De hecho, será tan elevada que se podrán detectar los efectos de la relatividad. Los instrumentos que finalmente llevará la sonda son cuatro: FIELDS (destinado a estudiar los campos electromagnéticos, el flujo de Poynting y la densidad de plasma), SWEAP (para medir la abundancia de partículas en el viento solar y sus velocidades), ISIS (para estudiar las partículas cargadas más energéticas, de 10 keV a 100 MeV) y WISPR (para tomar imágenes de la corona solar y la heliosfera interna). El sistema de propulsión de la sonda será monopropelente, únicamente a base de hidrazina, y estará formado por doce propulsores de 4,4 newton de empuje. Una antena de alta ganancia de 60 centímetros de diámetro se encargará de transmitir los datos a la Tierra durante la fase de afelio.

Instrumentos de la Parker Solar Probe (NASA/APL-JHU).
Elementos del instrumento FIELDS (NASA/APL-JHU).
Comprobando la extensión de uno de las antenas de la PSP (NASA/APL-JHU).

Con un coste total de unos 1.100 millones de euros, Parker Solar Probe será el primer artefacto humano que se interne en el reino privado del Sol. Los datos que obtenga serán complementados por los observatorios terrestres y las misiones espaciales actuales —SOHO, STEREO, SDO, Hinode, etc.— y futuras —especialmente el Solar Orbiter de la ESA— con el fin de obtener el modelo más preciso de nuestra estrella que podamos. Como decíamos al principio, no es solo una cuestión de curiosidad: nadie quiere que nuestra civilización desaparezca por no comprender cómo funciona nuestra estrella.

La sonda Parker Solar Probe lista para su lanzamiento (NASA/APL-JHU).
Inserción en la cofia del Delta IV (NASA/APL-JHU).
Emblema de la misión (NASA/APL-JHU).



115 Comentarios

  1. La verdad es sólo cuestión de colores.El metal a gran temperatura hablo del acero.Irradia un color especial al resto de los metales.Comparándolo con nuestra estrella Astro podemos comparar color temperatura.Lo que quiero exponer es que el color anaranjado rojiso esta a una determinada temperatura que asemeja a la de nuestra Estrella.Se podrá saber con mayor exactitud la temperatura midiendo el color del Astro con el del acero en su mismo color.

  2. (…) El cohete era el Copa de Oro, llamado también el Prometeo y el Ícaro, y su destino era el deslumbrante sol del mediodía. Había cargado dos mil limonadas y mil botellas de cerveza para este viaje alvasto Sahara.» (…) «Se volvió y extendió la mano hacia los mecanismos de la gran Copa; metió los dedos en el guante robot.Una leve torsión de su mano aquí movía allá una gigantesca mano, con gigantescos dedos metálicos, en las entrañas de la nave. Ahora, ahora, la enorme mano metálica sostenía la vasta Copa de Oro, sin aliento, en el alto horno, el cuerpo incorpóreo y la carne descarnada del sol.» (…)
    Ray Bradbury, «Las doradas manzanas del sol» (1953)

  3. Creo que es una de las misiones más importantes para humanidad y la vida en la Tierra.
    A diferencia de planetas y asteroides, el Sol nos afecta directamente y de forma activa.
    Plantas, plancton, cosechas, clima, energía, tecnología, los ciclos de la Naturaleza… todo depende del Sol.
    Lo lógico -y prudente- sería intentar comprenderlo al máximo. Así podríamos anticiparnos a eventos potencialmente devastadores para la tecnología e incluso los seres vivos. Nuestro futuro como especie puede depender de ello.

    Gracias por el artículo, Daniel. Un placer, como siempre.

    1. Martínez, creo que se te escapa algo importante… ¿Por qué no la han lanzado con el FH ahorrándose 300+ mega$? Pensaba que alguno lo iba a decir…

      1. Oh, yo creo que la misión del FH es poner satélites pesados en GTO con el mínimo coste.
        Si SpX quisiera usarlo para misiones de espacio profundo, empezaría por dotarlo de una segunda etapa más proporcionada (es la misma que usa el F9).

        Si el FH es apto para algunas misiones de espacio profundo, es sólo por su descomunal potencia. Sin una segunda etapa adecuada, y sin repostaje orbital, resulta difícil competir con cohetes de hidrógeno.

      2. ¿Porque esta misión está planteada mucho antes de que el FH hubiese volado? a partir de hay el resto de argumentos ya no cuentan … a no espera, que la pregunta iba con segundas intenciones, cachis.

        1. Si, pido disculpas por las segundas intenciones… A dónde quería llegar es que como apunta Martínez este no es el fuerte del FH. Para C3>40 tiene más capacidad el Delta IV que el FH. Para C3>60 tiene más capacidad el Atlas 551 que el FH según la NASA.

          La C3 para la sonda Parker es del pelo de 150 km2s-2. Tanto Delta como Falcon necesitan de una etapa superior Star-48. Lo cierto es que contando esa etapa creo que el FH de nuevo tiene capacidad superior al Delta IV, por lo que a lo mejor algún día podemos ver sondas de alta energía lanzadas con el FH. Sería una gran noticia.

          1. La etapa sólida le da sobre 3 kilómetros y pico por segundo… ¿seguro que no nos hemos llevado un cero de más en esos 150?

    1. Teniendo en cuenta que Venus tiene un campo magnético muy débil, veo complicado que el instrumento FIELDS pueda obtener datos útiles, puesto que el resto de instrumentos no puede generar nada al observar Venus. Quizás alguna foto con el WISPR, pero no sé si su óptica, preparada para fotografiar la corona, lo permitirá

  4. Sí que son pequeños los paneles solares. a esa distancia del Sol la ley del cuadrado de la distancia es muy favorable. La placa solar de una calculadora de mano sobra. Las sondas solares sí son ecológicas.

  5. Despues de miles de años mirando el sol, allá arriba. Enigmático e incalcanzable. Capaz de concedernos la vida como de quitárnosla en un instante… el hombre va ha llegar casi a tocarl y desentrañar parte de sus misterios.

  6. «…será tan elevada que se podrán detectar los efectos de la relatividad.» ?
    De esas misiones que nos permiten soñar. Un auténticp logro como especie, parece el argumento de una película.
    Gran artículo Daniel, me has transportado a lugares que parecen más propios de la sci-fi.
    Yehaa!!!!!!

  7. Una vez acabada la misión primaria, ¿no podría usarse el hondazo que le da el sol a la sonda para mandarla bien lejos, a otros objetos o hacia fuera del sistema solar? Incluso cambiarla de plano y que salga perpendicular a la eclíptica.
    Aunque los instrumentos no estén pensados para eso, menos da una piedra.

  8. Hola Daniel ., e buscado tu perfil i en el encontré que sueles asistir a lanzamientos de naves espaciales ., ( me imagino que no solo será verlo seguro q tienes alguna filmación un antes i un después de esos lanzamientos , me gustaría como fans de esos eventos al cual seguro q no iré nunca hagas un resumen , saludos

  9. LAS MAS GRANDES MISIONES SOLARES:
    Genesis (2001-2004)
    Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) (1995-presente)
    Transition Region and Coronal Explorer (TRACE) (1998-2010)
    Ulysses (1990-2009)
    Yohkoh (1991-2001)
    Solar Maximum Mission (1980-1989)
    Hinode (2006-presente)
    Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) (2006-presente)
    Solar Dynamics Observatory (SDO) (2010-presente)
    Interface Region Imaging Spectrograph (2013-presente)
    Parker Solar Probe (lanzamiento programado para el 11 de agosto de 2018)

      1. Mira que me gustan las respectivas obras de Alex Garland y Danny Boyle… pero lo que perpetraron en Sunshine fue CRIMINAL.

        Y no, no me refiero a la nula plausibilidad científica del quid de la peli. En este caso «eso» es lo de menos comparado a «lo otro».

        Me refiero a que, por ejemplo, el comportamiento psicótico de HAL 9000 en 2001 (1968) es perfectamente creíble y por ende es una magnífica «vuelta de tuerca» argumental.

        En cambio, que en una peli de similar tono que 2001… vale decir, que ni por asomo tiene trazas de olor al tono de From Dusk Till Dawn (1996)… de golpe y porrazo aparezca un «octavo pasajero» fugado directamente de Halloween (1978) o Friday the 13th (1980) o A Nightmare on Elm Street (1984) o una de la casa: 28 Days Later (2002)… es perfectamente intragable incluso bajo el influjo de todos los chutes de otra de la casa: Trainspotting (1996)… y por ende es un esperpéntico HACHAZO argumental que todo aspirante a cineasta debería estudiar como el perfecto ejemplo de lo que nunca, jamás de los jamases ha de imitarse.

        Saludos.

    1. Sobre Venus como tal ninguno, sobre el espacio interestelar que lo rodea si pero la Misión de la ‘Parker Solar Probe’ esta concentrada en el Sol y solo en Sol.
      Tener en cuenta que la sonda solo utilizara a Venus siete veces en asistencia gravitatoria para en siete años ir reduciendo su órbita gradualmente. La fase de ciencia solo tendrá lugar durante el paso de la sonda en la región mas cercana al Sol, y transmitirá la información en en la región mas lejana al Sol.

  10. Las ondas magnetohidrodinámicas ¿no eran lo que permitía al Octubre Rojo navegar sin hacer ruido? Lo siento, era una frikada necesaria…

  11. Sabiendo que cada 10-20 años hay un minievento carrington, no entiendo cómo Space-X va a lanzar una red de 4.400 satélites. Varios años para desplegarla y un día para tirar la red abajo con una tormenta solar de importancia.

    1. Trate de entender que un evento Carrington afectaría todas las telecomunicaciones y las redes eléctricas, no exterminara a la civilización, pero sinos haría retroceder tecnológicamente. La solución no es “no lanzar lo satélites chiquitos”. de pronto ni ocurra pronto un evento de esos en el corto plazo.
      Y un mini-evento Carrington creo que los escudos de la tierra alcanzarían a proteger ya que esa rede de mini-satélites volarían en una órbita bien baja, por debajo de los cinturones de Van Allen, por eso estarían a salvo, mas no asi los satélites por encima d elso 100 Km como los geoestacionarios, pero esos se podrían apagar y proteger con escudos..

    2. Trate de entender que un evento Carrington afectaría todas las telecomunicaciones y las redes eléctricas, no exterminara a la civilización, pero si nos haría retroceder tecnológicamente. La solución no es “no lanzar la red de mini-satélites”. de pronto ni ocurra pronto un evento de esos en el corto plazo.
      Y un mini-evento Carrington creo que los escudos de la tierra alcanzarían a proteger ya que esa red de mini-satélites volarían en una órbita bien baja, por debajo de los cinturones de Van Allen, por eso estarían a salvo, mas no así los satélites por encima de los 1000 Km como los geoestacionarios, aunque estos se podrían apagar y proteger con escudos..

      1. Estoy de acuerdo con tus rectificaciones. No había pensado que en órbita baja estarían más protegidos los satélites. Pienso que es bueno resaltarlo.
        Por lo visto hay 2 grupos de satélites:
        – 7518 satélites que funcionarán en baja órbita a 340km de altura.
        – 4425 satélites que funcionarán a 1200km de altura.
        No indican si tendrán protección contra dichos eventos (damos por hecho que sí, sería absurdo lo contrario).
        Es evidente que tienen en cuenta las fulguraciones, hasta cierto punto al menos, ya que sería una tontería enviar tal cantidad de satélites con riesgos. ¿Quién iba a invertir dinero en algo así? Está claro que deben de tener algún tipo de protección que impida que dejen de funcionar.
        Gracias por tu comentario.

  12. El lanzamiento del satélite ha sido postergado al Domingo, por lo menos, por un detalle encontrado antes del lanzamiento.
    Si no me equivoco (que suele suceder), éste satélite será el que más velocidad ha alcanzado de los que ha creado el hombre. No obstante la velocidad no será gracias a los motores de los cohetes, sino por la gravedad del sol hasta llegar a la zona del perihelio.

Deja un comentario

Por Daniel Marín, publicado el 7 agosto, 2018
Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sol