Tritón Hopper: una sonda nuclear para explorar la mayor luna de Neptuno mediante saltos

Por Daniel Marín, el 29 marzo, 2019. Categoría(s): blog ✎ 43

¿Podríamos explorar los mundos helados del sistema solar con una sonda que dé saltos por la superficie usando un generador de radioisótopos (RTG)? Hace cuatro años conocimos una interesante propuesta de misión elegida por el grupo de conceptos avanzados e innovadores (NIAC) de la NASA. El concepto era muy sugerente: usar el calor generado por un RTG para calentar el hielo de la superficie y crear un chorro de gas que permita a la sonda despegar para realizar trayectorias suborbitales. Lo interesante de esta variante de propulsión nuclear es que, a diferencia de los motores nucleares térmicos tradicionales, se usaría un RTG en vez de un reactor nuclear. Los RTG son una tecnología muy segura que ha demostrado su fiabilidad en las últimas décadas. Además, se podría emplear el hielo de la superficie como propelente, lo que permitiría ahorrar una masa considerable en el vehículo.

Triton Hopper (NASA).

Los creadores de la propuesta eligieron Tritón, la mayor luna de Neptuno, como objetivo de esta sonda. La razón es que este mundo tiene una superficie casi totalmente cubierta por hielo de nitrógeno. Se trata de una sustancia que pasa a estado gaseoso a temperaturas muy bajas (del orden de -2o0 ℃), permitiendo que el calor generado por un RTG sea más que suficiente para este fin. Además, Tritón es un objeto del cinturón de Kuiper de gran tamaño capturado y modificado por el campo gravitatorio de Neptuno y se cree que podría tener un océano subterráneo, como Plutón, por lo que también entra en la categoría de mundos océano del sistema solar. Por contra, Plutón solo tiene una parte de su superficie cubierta por hielo de nitrógeno: Sputnik Planitia, que, pese a todo, es el mayor glaciar del sistema solar.

Tritón visto por la Voyager 2 (NASA).

El Triton Hopper, como se ha bautizado al proyecto, recogería nitrógeno gaseoso de la tenue atmósfera de Tritón —cuya densidad es aproximadamente el 3% de la atmósfera marciana— y hielo de nitrógeno de la superficie empleando un brazo robot basado en el de la sonda marciana Phoenix. El nitrógeno en forma gaseosa y sólida se almacena en un tanque esférico central. Llegado el momento, el calor del RTG serviría para sublimar el nitrógeno, calentándolo a 25 ºC, y presurizar el tanque. Posteriormente, el gas saldrá por varios propulsores generando un empuje de 1,2 kN. La sonda sería capaz de sublimar 100 kg de nitrógeno en once días usando 60 vatios de potencia eléctrica.

Elementos del Triton Hopper. El diseño de 2015 usaba un RTG de tipo ASRG, un proyecto cancelado por la NASA (NASA).
Otra vista de Triton Hopper (NASA).

Triton Hopper realizaría saltos de un kilómetro de altura en los que recorrería cinco kilómetros de distancia en horizontal, permitiendo recorrer los 2o00 kilómetros que separan el ecuador del polo norte del satélite en los dos años que duraría la misión (la gravedad de Tritón es la mitad de la de la Luna). El diseño original solo preveía un desplazamiento total de 300 kilómetros, así que estamos ante un incremento de capacidades significativo. La carga científica estaría formada por una cámara, un sismómetro, un espectrómetro infrarrojo y visible, así como un sensor de viento.

Operaciones de superficie de Triton Hopper (NASA).
Trayectoria de Triton Hopper (NASA).
Detalle de Triton Hopper (NASA).
Detalle de los propulsores (NASA).

Triton Hopper aterrizaría en 2041 usando un sistema parecido al sky crane de Curiosity —también propuesto para la sonda Europa Lander— y tendría una masa de 487 kg. El problema de Triton Hopper es que todavía existen muchas incógnitas sobre la superficie de Tritón y el estado del nitrógeno en la superficie del satélite. ¿Está el nitrógeno en estado puro o se halla mezclado con otros hielos (monóxido de carbono o metano), como en Plutón? ¿Pueden las sustancias orgánicas presentes en el hielo afectar a la capacidad propulsiva del vehículo? ¿Cómo afectan los cambios de temperatura a las propiedades mecánicas del hielo de nitrógeno? En cada una de esas preguntas se esconde un escollo potencialmente insalvable para esta misión. Tampoco está claro cómo llegaría la sonda hasta Tritón. ¿Lo haría como carga secundaria de un eventual orbitador de Neptuno? ¿Viajaría en solitario? ¿Realizaría aerocaptura? Los últimos detalles de Triton Hopper los hemos conocido en la 50ª conferencia de ciencia lunar y planetaria (LPSC), celebrada hace unos días. En esta conferencia se han dado a conocer nuevas misiones, de las que hablaremos en otras entradas, y los progresos de propuestas ya conocidas, como es el caso de esta maravillosa propuesta que es Triton Hopper. Ojalá algún día se haga realidad.

Triton Hopper (NASA).

Referencias:

  • https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2019/pdf/1002.pdf


43 Comentarios

      1. El comentario de Alcalino es poco claro (demasiado breve), pero por la mención del 3% (de la atmósfera marciana) yo interpreto que se refiere a EL aterrizaje, el crítico, el primero de todos.

        Es decir, creo que Alcalino se refiere a todo lo previo al funcionamiento del “sistema parecido al Sky Crane”, incluyendo obviamente la inserción orbital en torno a Neptuno.

        Porque dada la incógnita de si el hopper sería carga secundaria de un orbitador… o de si viajaría en solitario… pues yo me hago la misma pregunta que Alcalino 😉

  1. Una sonda para soñar sin dudas…y Tritón se merece un lander si se va a Neptuno…

    Puede que lo veamos, lo que no sé si llegaremos nosotros a verlo…

  2. Así a bote pronto no veo esta misión. Demasiadas incógnitas aunque seria un espectaculo ver retransmitido alguno de estos saltos.
    Y estamos hablando de 2041, se me cae el alma a los pies con estas fechas.
    Saludos.

  3. No me queda claro como se recoge el nitrógeno. Si es hielo habrá que romperlo… ¿o se espera esté en forma de piedras? Es como ISRU al cuadrado, si es factible las imágenes serán espectaculares.

  4. Índice de Powerpointinismo
    PPP_ _
    Tres Ps sobre cinco
    Puede ser factible pero largo me lo fiáis.
    De aquí a la década de los 40 quedan 5 administraciones americanas que harán y desharán. Veamos como afecta al presupuesto todo el lío de la Deep Gateway y el Orion y si eso afecta al desarrollo de las futuras sondas

    1. ¿Sólo 3 Ps?

      Muy generoso me parece por tu parte teniendo en cuenta que no está claro cómo llevarla hasta a la superficie, ni cómo va a recolectar el hielo (¿lo corta? ¿con qué? ¿pretenden encontrar piedras de hielo?), ni se conoce la dureza del hielo (o si hay esas piedras), tampoco se conoce la composición concreta del hielo (lo de la pureza), etc…

      Por no hablar del coste de desarrollo del que tampoco sabemos nada.

      Ésto merece todas las P’s, por mucho que la idea mole.

      1. Esa web que pone al final de cada artículo Daniel es la fuente que ha empleado él. Si os hubiérais molestado en abrir el documento, habíais visto que vuestras dudas están explicadas en parte: “A turbo-molecular pump and a cryocooler heat exchanger are used in tan-dem to cryopump the atmosphere into the tank, while the sample arm scoops solid nitrogen”

  5. La idea es fantástica y seguro que en sitios como el JPL aplaudirían con las orejas si les dieran oportunidad de planificarla, pero la NASA nunca la llevará adelante. Ya no es un problema de dinero (como siempre), sino de ambición, de experimentar, de ganas de arriesgar, de ir más allá de las viejas ideas a las que sigue atado ese burocratizado mastodonte aeroespacial. Demasiado riesgo para las adormecidas mentes de sus responsables.

    Si me dijeran que la idea venía de la JAXA o de alguna empresa privada con ambición, hasta me creería que sería posible sacarla adelante pero… ¿la NASA?

    1. Al ser misiones de tan larga duración, ¿para qué arriesgarse si saben que el mérito por los posibles descubrimientos se los pueden llevar otros?

      Creo que ese es el principal problema, la visión a corto plazo, con objetivos a pocos años. Nada de estar esperando 25-30 años, eso ya es cosa del pasado.

      Por eso creo que hay que disfrutar como nunca de la New Horizons, quien sabe cuando veremos partir una sonda tan lejos.

    2. Vamos a ver…
      El problema es que una sonda de este tipo cuesta un ojo de la cara. La NASA tiene aversión al riesgo porque si luego se gasta mil o dos mil millones de dólares y la sonda no es capaz de hacer un solo salto, el ciudadano se cabrea porque piensa que se gastan su dinero en tonterías.
      Mucho ojito.
      La idea es interesante, sin embargo.

  6. Es una solución muy imaginativa, pero hay demasiadas circunstancias desconocidas que pueden hacerla fracasar. Si lo tuviera, yo no apostaría dinero en esto.

    Lejos del sol quizá sean más apreciables otras fuentes de energía presentes en el espacio, que son poco visibles cuando “nos ciega” la luz solar. Se me ocurre que quizá fuera aprovechable la energía química que daría combinar el hidrógeno monoatómico que está en el espacio, aunque sólo sean en una escasísima densidad, generando moléculas de dos átomos de hidrógeno, que son más estables químicamente que el hidrógeno monoatómico.

    La escasez de átomos en el espacio exterior, y quizá la radiación cósmica, impiden que los átomos de hidrógeno se combinen entre sí. Quizá podríamos generar artificialmente las condiciines para su combinación.

    Me imagino una nave en forma de ballena, formada por una membrana muy fina, de pocos átomos de espesor, moviéndose a gran velocidad, con una enorme boca abierta para recolectar hidrógeno. Cuando se considera que tiene suficiente hidrógeno, se cierra la boca, se comprime el cuerpo y, al haber más concentración en su interior, y quizá iniciando la reacción mediante electricidad, se combina el hidrógeno en la siguiente reacción:
    H + H – > H2 + calor.
    El calor de la reacción da presión al gas, que se deja escapar por toberas de la cola, produciendo impulso. Cuando acaba el impulso se vuelve a abrir la boca y se repite el ciclo.

    Perdón por soñar en público.

    1. Sería posible recoger Nitrógeno del suelo, usarlo como propelente de un motor iónico? O tiene que ser Xenón? Tendría potencia suficiente un motor iónico?

      1. No sé si se podrá con nitrógeno, supongo que sí, pero no es obligatorio que sea xenon. Hay incluso motores de plasma de agua, llevada a ese estado con microondas. Pero quizá un motor iónico no tenga empuje suficiente para despegar de Tritón.

      2. Puedes ionizar lo que quieras mientras pagues el gasto energético. Se utiliza Xenón por que al ser un gas noble no reacciona con los elementos de la nave y al ser uno de los gases nobles con mas tamaño es mas fácil de ionizar (Ultima capa de electrones más alejada del núcleo por lo que no se atrae con tanta fuerza) y por tanto menos energía que por ejemplo el Argón (que es mas barato) y la masa extra ayuda a ganar momento. Lo ideal seria usar un metal de las primeras columnas de la tabla periódica pues están “deseando” desprenderse de su electrón pero los motores con Cesio que se han usado se desgastaba la rejilla muy rápidamente.

        La ESA probo con éxito el año pasado un motor iónico que tomaba el propelente de la atmósfera (mezcla de N2 y O2:
        http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/World-first_firing_of_air-breathing_electric_thruster

      3. Independientemente del gas propulsor que se utilice, los motores iónicos actuales no tienen suficiente empuje para superar su propio peso ni en la gravedad de Tritón.

  7. La vida de un humano se hace muy corta para poder contemplar la carrera espacial… aun sueño con un momento al estilo llegada del hombre a La Luna, que vieron mis padres, pero que yo no he contemplado nunca, uno se cansa de ver astronautas dando vueltas en la ISS.

    1. Nos cansamos quizás porque nadie nos explica lo que hacen. Nos falta divulgación de los experimentos. Cierto … habrá una página web con la lista de experimentos, pero estaría más interesante un poco más digerido

  8. La prioridad, en exploración del sistema solar, debe ser: principalmente Encélado y Europa; y luego a mucha distancia Titán y Tritón; y mucho más allá Marte.
    Cuando en este blog se explicó el océano de agua líquida de Encélado yo puse: “Hay que dedicarle una entrada como ésta a Tritón. El gran olvidado”. Y aquí está la clave del asunto: ¿puede este hopper explorar el agua líquida interna en Tritón?, si no puede: no se debe enviar.

    1. Depende a qué te refieras con explorar. El sismógrafo aportará sin duda datos valiosos sobre la cantidad de agua líquida que hay y a qué profundidades, pero una exploración directa no es. Para eso, como Encélado no hay nada.

  9. Excelente la propuesta para un eventual orbitador + sonda planetaria a Neptuno. Quizá deberia buscarse un diseño mas simple como los MASCOT

    1. El sistema de locomoción de MASCOT no sirve para Tritón. En comparación al asteroide Ryugu, la luna Tritón es gigantesca en tamaño y masa. La gravedad superficial de Tritón es la mitad de la de nuestra Luna.

  10. Cuando se habla de misiones tan alejadas en el tiempo con tecnología y métodos de hoy, me hace recordar las películas de finales del siglo pasado donde ponían que en nuestra época y mas en el futuro los computadores aun usarían sistemas operativos basados en MS-DOS a punta de códigos y pantallas CRT, automóviles con puertas como el DeLorean, inexistencia de teléfonos móviles y demás smartphone.

    1. Poco después del artículo en el blog, apareció en spacenews un artículo que indicaba cómo pensaban mejorar los tiempos de finalización por parte de Bridenstine.
      spacenews.com/nasa-studying-ways-to-accelerate-development-of-sls/
      Es una cuestión de dinero. Si el congreso apoquina, se podrá hacer.
      A mi lo que me duele es que le van a quitar financiación al telescopio WFIRST. Seguramente le quitarán el coronógrafo que permite analizar la composición de las atmósferas.
      spacenews.com/wfirst-faces-funding-crunch/

      1. Vale 2 cosas.
        1 Ese instrumento no es prescindible al poderse hacer las mediciones con instrumentos basados en tierra aunque con una clara peor efectividad.
        2 Fuck porque en la universidad de oviedo el grupo de minería espacial podría acceder a esos datos para mi futuro tfg.

  11. A parte de todo lo que comentáis, a mí lo que me aspa del asunto ese de ir dando saltos es el siguiente:

    -Plutón, que está más lejos (y más frío), tiene un glaciar de hielo de nitrógeno, Sputnik Planitia… y, corregidme si me equivoco, pero, ¿no se suponía que dicho hielo tiene la consistencia DE LA PASTA DE DIENTES? O sea, está gelificado, es un líquido, muy denso, pero líquido…

    Aún aceptando que con la débil gravedad de Tritón y el poco peso del Hopper, la presión que haga sobre el hielo sea poca (y más si se reparte por unas bases anchas)… si ha de estar 10 u 11 días posado ahí, se acabará hundiendo. Y si en los saltos llega un poco más rápido de lo calculado al “suelo”, también puede hundirse en esa materia pastosa.

    No sé, no me acaba de convencer. Si en vez de patas le ponen unos “flotadores” (como los helicópteros capaces de amerizar) a medio hinchar para que no hayan rebotes, aún lo veo bien. Pero con esas patas, no sé, no sé…

    1. Creo que tienes razón. Si aterrizara en hielo de nitrógeno se hundiría en él como en arenas movedizas, o peor, haciendo hervir el nitrógeno a su alrededor con el calor del RTG se hundiría más rápido.
      Quizá funcionaría mejor un aerodeslizador, u hovercraft, con su colchón de gas, que un hopper.

  12. Es una lástima que misiones cómo esta sean carne de ciencia ficción debido a las escasísimas probabilidades de que las veamos en nuestras vidas, a menos que “otros” decidan desarrollarlas

    Antes que Tritón está Titán además. Con o sin Dragonfly (sobre todo “sin”)

  13. Mas alla de que el proyecto se concrete o no, me reconforta ver que hay gente que se dedica a pensar y trabajar en la búsqueda de soluciones agudizando el ingenio.

  14. FDT: Rocket Lab ha lanzado un satélite para DARPA. Ahora más competencia en el sector privado 🙂
    spacenews.com/rocket-lab-launches-darpa-satellite/
    Buena noticia ¿No?
    Quizás PLD siga un camino parecido.

  15. como ejercicio intelectual es una buena propuesta pero no seria mejor para explorar esta luna helada un Rover con propulsión por RTG ??

    1. Hombre… como mejor, pues … igual sí, pero necesitas más masa (mucha más) y encima no podrías usar los recursos in situ (así que MÁS masa) y no podría hacer desplazamientos tan amplios, además habría que cartografiar antes de una manera más precisa la superficie. Eso por no hablar de que habría muchas más partes móviles que hacer funcionar en un entorno nada estudiado.

      Así que contestando a tu pregunta, no, no es mejor propuesta el rover. Si en un futuro, el presupuesto no es problema y envían una sonda a cartografiar en detalle antes… pues igual sí. Pero me da que estos supuestos no son muy probables.

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Por Daniel Marín, publicado el 29 marzo, 2019
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