La odisea de Hayabusa 2 para recoger muestras del asteroide Ryugu

En la imagen vemos la sombra de una nave espacial sobre la superficie de un asteroide cercano. Si nos fijamos, justo bajo la nave se aprecia una marca oscura: es la huella que ha dejado la sonda al posarse en el asteroide para recoger una muestra del mismo. La sonda japonesa Hayabusa 2 lo ha conseguido. El 21 de febrero de 2019 a las 22:30 UTC la nave pasó a la historia al aterrizar muy brevemente sobre el asteroide (162173) Ryugu para intentar recoger partículas de la superficie que, con un poco de suerte, serán analizadas en la Tierra a finales de 2020. Hayabusa 2 es la segunda sonda en la historia de la exploración espacial que logra recoger muestras de un asteroide después de que su predecesora Hayabusa hiciera lo propio en el asteroide Itokawa en la década pasada. El intento de captura de muestras tuvo lugar mientras la nave y el asteroide se encontraban a unos 320 millones de kilómetros de la Tierra.

Imagen de la zona de retorno de muestras L08-E1 a 30 metros de altura después de que la sonda Hayabusa 2 contactase con la superficie el 21 de febrero de 2019. Se ve la sombra de la sonda (JAXA).

Hayabusa 2 llegó al asteroide Ryugu el 27 de junio de 2018 después de casi cuatro años de viaje (el lanzamiento tuvo lugar el 3 de diciembre de 2014). El 21 de septiembre de 2018 desplegó los dos pequeños rovers MINERVAII-1 japoneses, de apenas 1 kg cada uno, que exploraron la superficie de Ryugu dando saltos, mientras que el 2 de octubre le tocó el turno al rover franco-alemán MASCOT. El 25 de octubre la sonda volvió a acercarse al asteroide para depositar uno de los cinco marcadores que posee la nave en una zona ecuatorial candidata para la recogida de muestras. Cada una de estas esferas, de unos 10 centímetros de diámetro, son altamente reflectantes y sirven para marcar la posición de la sonda con respecto a la superficie mediante las cámaras y los dos altímetros láser LIDAR (cada bola también lleva los nombres del público y de miembros del equipo de la misión, entre otras cosas).

Situación de la zona de recogida de muestras en el asteroide (JAXA).
El marcador B en la zona L08-E1 (JAXA).
Captura de pantalla 2014-12-03 a las 19.46.58
Uno de los cinco marcadores para la recogida de muestras (JAXA).
Localización de los cinco marcadores en la sonda (JAXA).
El marcador y la zona de recogida de muestras vistas en octubre de 2018 (JAXA).

Después de estos encuentros con Ryugu para depositar los rovers, además de los ensayos previos, la sonda se retiró al «punto de espera» (BOX-A), situado a 20 kilómetros de distancia del mismo. Posteriormente, la sonda se alejó todavía más, hasta los 110 kilómetros, y permaneció allí durante la conjunción solar, esto es, el momento en el que, visto desde la Tierra, la sonda y el asteroide estaban demasiado cerca del Sol para garantizar unas comunicaciones fluidas. El 29 de diciembre la conjunción solar finalizó y la sonda encendió sus propulsores para volver a situarse en la zona de espera BOX-A a 20 kilómetros de Ryugu.

Vista de la zona de recogida de muestras desde la zona BOX-B (JAXA).
Ryugu visto en oposición (con el Sol detrás de la sonda) el 8 de enero de 2019. Apenas se aprecian sombras, pero se ve el brillo del marcador claramente (JAXA).
La misma zona vista en julio de 2018 con sombras. La flecha marca el lugar del marcador (JAXA).

Durante estos meses el equipo de la misión ha estado buscando un lugar adecuado para recoger muestras. Después de las dificultades experimentadas por Hayabusa en Itokawa, ya se sabía que esta era una tarea delicada, aunque en aquella ocasión los problemas fueron fundamentalmente técnicos. Sin embargo, Ryugu ha sorprendido a todos por ser un asteroide muy rocoso con una ausencia casi total de polvo en la superficie. Aunque Hayabusa 2 puede recoger guijarros pequeños, evidentemente es mucho más fácil capturar partículas de regolito. Por otro lado, en enero la IAU aprobó el nombre de trece regiones del asteroide. Los nombres están relacionados con cuentos infantiles japoneses y del resto del mundo. Además, los lugares de aterrizaje de los rovers MINERVA y MASCOT fueron bautizados como Tritonis y El País de las Maravillas de Alicia, respectivamente, aunque ambos son nombres informales no reconocidos por la IAU. La gran roca del polo sur de Ryugu se conoce ahora como Otohime Saxum («saxum» es el nombre latino para rocas de gran tamaño). Curiosamente, los rovers MINERVA también recibieron nuevos nombres: el rover 1A se conoce ahora como HIBOU (Highly Intelligent Bouncing Observation Unit), mientras que el 1B es OWL (Observation unit with intelligent Wheel Locomotion). Lo lógico es que hubieran sido bautizados antes de completar su misión, pero JAXA es así de peculiar.

Nombres elegidos para Ryugu. En naranja los lugares de aterrizaje de los rovers (JAXA).
Otra vista de los lugares de aterrizaje (recordar que el polo sur de Ryugu suele ser el polo superior en las imágenes) (JAXA).
Detalle de Tritonis, donde se posaron los rovers MINERVA (JAXA).
Sonda Hayabusa 2 (JAXA).

El 21 de enero la sonda se movió a la posición BOX-B, a 18 kilómetros de distancia de Ryugu y 9 kilómetros más al norte, con el objetivo de observar mejor la región de recogida de muestras con otra iluminación. A principios de febrero se decidió que la sonda aterrizaría el 22 de ese mismo mes (en horario japonés; el 21 según la hora UTC) en la zona ecuatorial TD1-L08-E1, de seis metros de diámetro y muy cerca de donde previamente se había dejado caer el «balón marcador». La otra zona finalista, L0-8B, de 15 metros de diámetro, también estaba cerca del balón marcador y era más amplia, pero el equipo de la sonda consideró que L08-E1 tenía más posibilidades para permitir la recolección de regolito por poseer —aparentemente— rocas más pequeñas y por su mayor proximidad al marcador.

Maniobra de cambio de BOX-A a BOX-B (JAXA).
Zonas candidatas para la recogida de muestras dentro de la banda de latitud permitida (JAXA).
Detalle de las zonas finalistas (JAXA).
La zona L08 y otras dos que no fueron elegidas (JAXA).

Las zonas candidatas fueron seleccionadas teniendo en cuenta que deben estar a una distancia máxima de 200 metros con respecto al ecuador —o sea, a una latitud de 30º sur o norte— para garantizar la iluminación correcta de los paneles solares durante el descenso. Además, la temperatura de la superficie debe ser inferior a los 97 ºC para evitar que la sonda se sobrecaliente. Inicialmente, el equipo de la sonda seleccionó trece zonas candidatas en latitudes bajas cercanas al ecuador (marcadas con la letra «L») y cuatro en latitudes medias (con la letra «M»). Estas diecisiete zonas seleccionadas se redujeron a siete tras un proceso de análisis detallado. La zona L08, la favorita, fue dividida a su vez en varias regiones y subregiones debido a la complejidad de la orografía local, de ahí que las dos zonas finalistas fueran L08-B y L08-E1. El tamaño de estas zonas viene dictado también por la precisión del sistema de navegación de Hayabusa 2, de unos 15 metros, muy superior a los 50 metros previstos inicialmente. La maniobra de retorno de muestras es extremadamente delicada porque la nave no está diseñada para aterrizar sobre Ryugu; solo puede contactar brevemente con la manguera de recogida de muestras antes de elevarse inmediatamente. De lo contrario, corre el riesgo de caer de lado en la superficie.

Detalles de las zonas de recogida de muestras. La elegida sería L08-E1 (JAXA).
Detalle de la zona de aterrizaje (en lila) con respecto al marcador (TM)(JAXA).
Detalle de la zona de aterrizaje en 3D (JAXA).
Captura de pantalla 2014-12-03 a las 19.57.50
Tubo del sistema de recogido de muestras SMP (JAXA).
Otras vistas de la manguera de recogida de muestras (JAXA).
Proyectil de tántalo de 5 gramos usado para recuperar muestras (JAXA).
El extremo de la manguera de recogida de muestras visto por la cámara Small Monitor Camera (CAM-H) en agosto de 2018 (JAXA).
Detalle de la manguera de retorno de muestras sobre Ryugu vista por la cámara CAM-H durante el ensayo de acercamiento del 25 de octubre de 2018 (JAXA).

Hayabusa 2 comenzó el descenso el 21 de febrero de 2019 a las 04:15 UTC tras un retraso de varias horas. Después de abandonar la posición de espera a 20 kilómetros, inició el descenso a una velocidad de 0,9 m/s en vez de los 0,4 m/s previstos. Luego frenó su velocidad hasta alcanzar los 10 centímetros por segundo cuando quedaba una media hora para el contacto con la superficie a una altura de 5 kilómetros. La nave empleó navegación óptica hasta unos 45 metros antes del contacto, momento en el que pasó a depender de los dos sistemas de LIDAR. En ese momento, la antena de alta ganancia dejó de apuntar a la Tierra para permitir que la sonda se colocase verticalmente con respecto a la superficie con el Sol justo detrás (para garantizar la generación de electricidad por parte de los paneles solares) y las comunicaciones pasaron a la antena de baja ganancia.

Movimiento de la sonda con respecto a la Tierra y el Sol (JAXA).
Maniobra de recogida de muestras prevista (en la realidad hubo algunas diferencias)(JAXA).

En septiembre y octubre de 2018 la sonda ya había realizado tres ensayos de aproximación al asteroide, denominados TD-R1, TD-R1A y TD-R3 (el primero de ellos, el TD-R1, tuvo lugar entre el 10 y el 12 de septiembre y durante el mismo la sonda experimentó un problema con el sistema LIDAR que obligó a abortar la maniobra a 600 metros de distancia). Esta maniobra incluye un total de seis puntos —o «puertas»— de decisión. A esa altura dejó de descender y comenzó a moverse en horizontal hasta que el sistema LIDAR detectó el marcador sobre la superficie. A continuación, Hayabusa 2 descendió hasta 8,5 metros de altura sobre el marcador. No obstante, puesto que la zona L08-E1 está inclinada entre 5º y 10º con respecto al horizonte local, se tomó la decisión de que la sonda se aproximase con esta inclinación en vez de llevar a cabo un descenso vertical como estaba planeado. Una vez la sonda alcanzó los 8,5 metros sobre el marcador, comenzó a moverse en horizontal hasta situarse sobre la zona L08-E1 y, a partir de ahí, descendió en caída libre hasta alcanzar la superficie, algo que, en la débil gravedad de Ryugu, le llevó cerca de dos minutos.

Sistema de navegación de Hayabusa 2 durante la recogida de muestras (JAXA).
Detalle de la aproximación final (JAXA).
Detalle de la maniobra de aproximación final (JAXA).
Funcionamiento del mecanismo de recogida de muestras (izquierda) y del contenedor de muestras (JAXA).

En diciembre de 2018 el equipo de Hayabusa se vio forzado a realizar experimentos en tierra para demostrar que la sonda sería capaz de recoger pequeños guijarros y rocas de Ryugu a pesar de que el sistema de captura SMP (Sampler Mechanism Probe) fue diseñado para regiones más «polvorientas». Los experimentos fueron un éxito, aunque, en cualquier caso, el equipo tampoco tenía otras opciones. El sistema SMP consiste en una manguera flexible de un metro. Cuando esta manguera alcanzó el suelo, el sensor láser LRF-S2 detectó la flexión de la manguera y activó el sistema de disparo de una bala de 5 gramos hecha de tántalo —un metal muy denso— que chocó contra la superficie a una velocidad de 1000 km/h aproximadamente, levantando polvo y guijarros en el proceso. Con suerte, algunas de estas partículas pasaron al contenedor de muestras, que, más adelante, será introducido en la cápsula de entrada atmosférica que aterrizará en Woomera (Australia) en diciembre de 2020. Sea como sea, deberemos esperar a esa fecha para saber si la maniobra de recogida fue un éxito (como mínimo, la sonda debe recoger unos 0,1 gramos de material de Ryugu, mientras que OSIRIS-REx será capaz de capaz de capturar un mínimo de 60 gramos).

Imagen tomada durante la aproximación del 22 de febrero (JAXA).
Imagen tomada a menor distancia. Se aprecia la sombra de la nave (JAXA).

El contacto de la manguera con el suelo de Ryugu no duró más de un segundo y tuvo lugar a las 22:30 UTC del 21 de febrero, casi media hora antes de lo previsto. El equipo de la misión comprobó a posteriori  que el cubículo de la bala de tántalo aumentó su temperatura, una indicación de que fue disparado. Inmediatamente, la sonda encendió sus propulsores para iniciar la maniobra de ascenso y evitar así caer de lado sobre la superficie, una posibilidad que habría significado el fin de la misión. En principio, el plan de trabajo de Hayabusa 2 incluye otros dos intentos de recogida de muestras, pero, tratándose de una maniobra tan arriesgada, el equipo de la misión debe sopesar bien la situación antes de decidir si volverán a intentarlo. Dependiendo de lo que suceda durante los próximos meses, Hayabusa 2 abandonará las proximidades de Ryugu en noviembre o diciembre de 2019 para poner rumbo a la Tierra. Esperemos que a finales del año que viene ya tengamos entre nosotros algunos pedacitos de Ryugu.

Fases de la misión Hayabusa 2 (JAXA).


30 Comentarios

  1. esta sonda no llevaba una carga hueca con explosivos para detonarlos en la superficie y provocar un cráter? hasta liberaría una cámara autónoma para grabar el impacto, se ha cancelado esta maniobra?

  2. Es mentira, es un caza TIE que está buscando al Halcón Milenario en el cinturón de asteroides de Hoth y está pasando al lado de un asteroide con una mancha que parece la cabeza de un monstruo.

    Una gozada de artículo. Muy buen trabajo, JAXA, a ver si la NASA consigue algo similar con Bennu -al parecer no encontraban un lugar adecuado para la recogida de muestras-.

    1. Wait a minute (v2.0) ! ! !

      Ficción bufa (comentario de 23 septiembre, 2018 a las 8:51 pm) :
      ¿Qué pasa si dejamos caer un balón de fúlbo en un asteroide?

      Realidad real :
      «Cada una de estas esferas, de unos 10 centímetros de diámetro, son altamente reflectantes y sirven para marcar la posición de la sonda con respecto a la superficie mediante las cámaras y los dos altímetros láser LIDAR» 😀

    2. Wait a minute (v2.1) ! ! !

      SpaceIL dice:
      ¡Ahí les va esa Torá!

      JAXA dice:
      ¿Tos? ¿Atoramiento? Jarabe Tora! Tora! Tora!
      «(cada bola también lleva los nombres del público y de miembros del equipo de la misión, entre otras cosas)» 😀

  3. ¿El rover Minerva II-2 ya ha sido lanzado? si es así no me he enterado cuando…

    Excelente resumen de la misión Daniel, la dificultad de la maniobra para la recogida de muestras es palpable…y hace pensar a uno que lejos todavía estamos de la minería espacial…

      1. El propósito del estudio de los asteroides no es explotar sus materiales, sino adquirir conocimiento.
        Traer materia prima a la Tierra no tiene sentido. Sería inmensamente caro el transporte, y además la Tierra tiene de todo lo que puedan tener los asteroides en cantidades inmensas comparadas con todos los asteroides juntos.

        Saludos

  4. Con los patrones como referencia hay programas que calculan la rugosidad y por tanto la granulometría de una pila de roca o escombros, los usamos en minería y solo hace falta imágenes. ¿Podría resultar interesante para este tipo de investigaciones conocer el tamaño de los bloques de superficie?

  5. Gran artículo para un gran trabajo de exploración espacial con grandes dificultades, resueltas con mucho ingenio.

    Espero con impaciencia que lleguen y se analicen las muestras de un objeto más oscuro que el carbón.
    ¿Se sabe ya algo, aunque sea por análisis de la luz que refleja Ryugu, de las sustancias de su superficie?

  6. Recordando a Philae, y lo leído en esta sensacional entrada, no dejo de pensar en lo aparentemente fácil que es mandar un objeto al encuentro de un asteroide o cometa a millones de kilómetros y lo difícil que resulta la parte más «simple», que es posarse o tomar muestras

  7. Estaba viendo un documental en Curiosity Stream (al que estoy suscrito),
    Es de 10 minutos, de la serie Breaktrough (hay 20) y lo que me ha chocado es que empieza diciendo que ayer Hayabusa 2 tomó las muestras del asteroide, explican toda la misión (vale, eso ya estaría de antes), hay imágenes del equipo en el momento de la llegada … realmente han ido rápidos !!
    No es por hacer publicidad (a mi ni me va ni me viene), pero por 20 dólares al año hay una burrada de documentales del big bang, asteroides, origen de la vida, etc. Con esto del Hayabusa 2 ya me han matado !

  8. «la sonda debe recoger unos 0,1 gramos de material de Ryugu»
    Esto no es… ¿muy poquito? De todos modos con el tamaño que parecen tener las partículas más pequeñas del suelo, yo creo (con mi ojo de buen cubero), que pasarán con creces ese valor.

      1. Osiris Rex se ha encontrado con un asteroide similar, más rocoso y con menos polvo del esperado. Por lo que posiblemente su sistema de recolección no funcione bien.

  9. He echado de menos el nombre de «El principito» para algún lugar de Ryugu, en recuerdo del protagonista del cuento de Saint-Exupéry, que vivía en un planeta tan pequeño que podía ver la puesta de sol cuando quisiera. El robot con forma de caja seguro que tiene el cordero que él quería.

  10. El nivel de detalle que incluye esta entrada es de no creer!!!
    La calidad del trabajo con que nos regala Daniel es fenomenal y se supera con cada entrega!
    Me cuesta caer en la cuenta después del asombro. La divulgación científica que ofrece el Sr. Marin no tiene precio.
    Hobistas y comunidad científica siempre estaremos en deuda con él.
    Mis mejores deseos para Daniel y todos los espaciotrastornados de aqui!
    Mi admiración para uds. desde la Patagonia.
    Willy K.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 24 febrero, 2019
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Japón • Sistema Solar