Trident: una misión de bajo coste para explorar Neptuno y Tritón

Por Daniel Marín, el 10 abril, 2019. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar ✎ 48

Uarano y Neptuno son los grandes olvidados de la actual edad de oro de la exploración planetaria, ya que únicamente han sido visitados por la Voyager 2 en los años 80. La NASA lleva años intentando sacar adelante una misión de tipo Flagship —las más caras de la agencia— a estos mundos para la década de los cuarenta, pero por ahora no hay ningún proyecto en firme. Tampoco hay esperanza para los gigantes de hielo en la próxima misión de coste intermedio de tipo New Frontiers. Pero, ¿y si pudiéramos lanzar una sonda barata de tipo Discovery? La idea no es nueva. Varios equipos de investigadores han propuesto distintas sondas espaciales de bajo coste en los últimos años (OCEANUS, QUEST, etc.), aunque la mayoría de ellas han tenido como objetivo Urano, principalmente debido a su cercanía. Sin embargo, recientemente ha surgido una nueva propuesta, Trident, que tiene como protagonista a Neptuno, o mejor dicho, a su luna más grande, Tritón.

Tritón y Neptuno vistos por la Voyager 2 (NASA).

Las propuestas anteriores tenían como principal pega que el objetivo a estudiar les quedaba demasiado grande, pero Trident no pretende competir con una misión de tipo Flagship, sino que se centra en Tritón. Esta luna de Neptuno es un objetivo muy interesante, aunque por sí solo quizás no lo sea para una misión de tipo Flagship, pero no cabe duda que sí lo es para una de tipo Discovery. Ahora bien, ¿por qué Tritón? Por un lado, es un mundo que probablemente tenga un océano de agua interno y, al mismo tiempo, también es un objeto del cinturón de Kuiper modificado y presenta actividad de géiseres en su superficie. Tres motivos fundamentales.

Tritón como mundo peculiar del sistema solar (NASA).

Trident llevaría, obviamente, un generador de radioisótopos de tipo MMRTG para generar electricidad. Sería una sonda de sobrevuelo, es decir, no orbitaría Neptuno ni Plutón con el fin de ahorrar costes. Despegaría mediante un cohete Atlas V en su versión ligera (401) en mayo de 2026 y luego realizaría tres sobrevuelos de la Tierra y uno de Venus para alcanzar Júpiter y, de allí, Neptuno, donde llegaría en junio de 2038. Es decir, pasaría cerca de doce años en el espacio. La trayectoria de tipo EVEEJN permitiría que Trident estudiase también Venus y Júpiter. Para aumentar el retorno científico del proyecto, Trident también realizaría un sobrevuelo cercano de Ío, la luna de Júpiter que es además el mundo más volcánico del sistema solar. La carga científica estaría formada por dos cámaras de alta y media resolución, un espectrómetro de plasma para estudiar la atmósfera de Tritón, un experimento de ocultación de radio, un espectrómetro infrarrojo para estudiar la composición de Tritón y un magnetómetro para comprobar la existencia del océano bajo la corteza de hielo. Trident pasaría a una distancia mínima de 500 kilómetros de Tritón y obtendría imágenes del hemisferio que no pudo ver la Voyager 2 en 1989 con una resolución inferior a 200 metros.

Trayectoria de Trident (NASA).
Geometría de sobrevuelo (NASA).

Trident ya fue presentada antes de 2014 con el acrónimo TRIDENT (Taking Remote and In-situ Data to Explore Neptune and Triton), aunque en esa ocasión se trataba de una sonda más pesada —3.1 toneladas— y compleja que hubiera requerido usar un cohete Atlas V 551 para llegar a Neptuno. En esta primera iteración el lanzamiento estaba previsto para 2029 y habría llegado a Neptuno en 2042 tras solamente dos sobrevuelos de la Tierra y uno de Júpiter.

TRIDENT como propuesta de 2014 (NASA).

La propuesta Trident es interesante porque, al centrarse en Tritón, no compite directamente con una misión Flagship. Urano y Neptuno son lo suficiente fascinantes como para ser estudiados por varias sondas. Recordemos que las misiones de tipo Discovery no son elegidas en función de su objetivo, sino de sus bondades científicas y de su viabilidad económica. Por contra, en las misiones New Frontiers y Flagship el destino es impuesto por el cuartel general de la NASA. Es decir, sería perfectamente posible que la NASA aprobase una misión Flagship para Urano o Neptuno y, al mismo tiempo, también Trident. No en vano, la misión InSight que ahora mismo está en Marte es una misión de tipo Discovery, ajena al programa de exploración de Marte (MEP) de la NASA.

Instrumentos de Trident (NASA).

Dicho esto, el principal lastre de la misión es que pocos creen que pueda adaptarse a un presupuesto de tipo Discovery, por no hablar de los plazos involucrados, que son extremadamente largos para un programa de este tipo. Así que, una vez más, la polémica está servida. ¿Vale la pena estudiar Neptuno y Tritón de forma fugaz o mejor nos esperamos a la década de los cuarenta para explorarlos con una misión Flagship?

Referencias:

  • https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2019/pdf/3200.pdf
  • https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2019/pdf/3188.pdf


48 Comentarios

  1. Década del 40 😎 jamás me voy a acostumbrar a los tiempos de planificación, desarrollo, lanzamiento y viaje de cualquier proyecto espacial… Por mí que manden cuando quieran lo que quieran, lo disfrutarán mis hijos, yo seré un viejito senil para entonces.

    1. Todas estas misiones están siendo propuestas bajo la premisa de usar lanzadores actuales como el Atlas de ULA.

      Y no lo termino de entender en serio.

      En teoría para 2025, EEUU, debería tener una más que decente colección de nuevos lanzadores, más capaces pero más baratos o mucho más baratos, en cuanto a la relación precio/masa.

      Y me refiero a cohetes como el NewGlenn de BlueOrigin, OmegA de NorthropGrumman, Vulcan de ULA, y por descontado StarShip+SuperHeavy de SpaceX.

      Pero es que si la excusa es que no se puede mirar a lo que habrá sino a lo que seguro que hay ahora mismo para misiones que requieren tantos años de planificación, construcción, etc, pues es que ahora mismo, usando un Falcon Heavy de SpaceX, (que cuesta 90/120 millones de $, según sea 100% recuperable o sólo parcialmente), pues se pueden hacer cosas, que hace unos años eran inviables por tiempos de misión o costes. Ya lo tenemos, ya está aquí, cuesta 90 millones de $, cuando un Atlas V majo cuesta más del doble. Y entiendo que cuanto una sonda cuesta 500/800/1200 millones pues 100 millones arriba o abajo pues importa pero no tanto. Pero es que …

      Vamos que todavía me cuesta entender porque la NASA no empieza a tener en cuenta ese lanzador, que permitiría poner en órbita sondas más grandes y pesadas, y acortar repito tiempos de misión y costes de forma importante.

      Entiendo que “Las Cosas de Palacio van despacio”, pero no sé, un Falcon Heavy por 90 millones puede poner 20/25 toneladas en órbita. Hablamos de una cantidad de masa en órbita, más que suficiente, como para mandar sondas grandes, con por ejemplo, suficientes paneles solares, para no depender de los escasos y muy caros Reactores de Desintegración de Isótopos, y con combustible suficiente para acorta sensiblemente los tiempos de vuelo, o para poder entrar en órbita sobre cuerpos como Triton, Io, Europa, Encelado, Neptuno, Urano, etc, etc.

      Además dicho todo lo anterior, sigo sin entender tampoco, porque la NASA no se embarca en definir un par de “buses”/chasis y componentes básicos estándar para sondas (un bus para sondas para explorar el sistema solar interior, y otro para explorar el sistema solar exterior), y así tratar de producir en serie, la mayor cantidad posible de componentes básicos, para así abaratar y de forma muy importante los costes.

      Con la llegada de lanzadores más capaces y baratos, la NASA, debería poder replantear su programa de Sondas, montando un programa tipo Voyager, con 8/10/12/14 o más sondas “similares” entre sí, y empezar a recopilar datos en mucha mayor cantidad y calidad.

      Cada vez tengo más la sensación de que se diseñan paquetes/cajas (sondas) ex profeso y de forma artesanal, (lo que hace que salga todo por un ojo de la cara), para llevar experimentos y esas cajas están diseñadas para que quepan en el “maletero” de ciclomotores con 50 años a sus espaldas. Y todo, cuando ya tenemos, una Gran Fuegoneta muy maja que saca el porte muy barato (Falcon Heavy), y están a punto de entrar en servicio auténticos camiones (NewGlenn y StarShip+SuperHeavy).

      Es como estar picoteando de aquí y de allá, con plazos ridículamente largos, y que encima, está saliendo a un precio de riñón y medio.

      Cada vez de verdad que le veo menos sentido.

      Espero que para 2025, con esos nuevos lanzadores ya listos, las cosas se replanteen.

      No podemos seguir planteando todo, en función de la Vespa, y de las cajas SuperArtesanales.

      Salu2

      1. Y añado con perdón:

        Es el eterno debate del equilibrio entre calidad de los datos recopilados, sobre la cantidad de los mismos.

        Pero a lo que voy es que con las incorporaciones actuales y próximas de nuevos lanzadores, es que ese equilibrio, se va a tener que replantear sí o sí.

        Y en mi opinión la NASA ya va tarde/muy tarde a ese respecto, teniendo en cuenta los plazos que maneja para muchas misiones. Y es que quizá el problema esté en los plazos o la forma de plantear las misiones de exploración por sondas.

        Salu2

  2. Estas misiones cuya concreción se anuncia en el medio-largo plazo son candidatas a ser guardadas en el baúl de los deseos incumplidos.

    He visto últimamente varios documentales editados a principios de esta década y que daban como seguro la puesta en servicio, y plenamente operativo, del James Webb para 2018. Y de momento, nada. Cito este caso a modo de ejemplo como demostración de que en materia espacial “del dicho al hecho…”

    Eso si, satélites espía y afines puntualmente en órbita…

    1. Totalmente de acuerdo, SB. La única forma de que una misión como esta saliese adelante y que le metieran propulsores iónicos para tardar menos es que China anunciase una misión similar. Pero como eso no va s pasar, no saldrá adelante.

  3. Y respondiendo a tu pregunta… Yo creo que sí, vale la pena. Y tanto que vale la pena. Por dos motivos, primero que igual no hay misión Flaghsip a Urano y Neptuno en los 40 y porque el retorno científico de una primera misión más simple, permitiría afinar mucho más las posteriores misiones.

  4. Por no hablar del escándalo del SST y de la Orión. ¡Hay si todo ese dinero se hubiera destinado a investigación!
    Cuantas barrigas agradecidas pululan alrededor de la NASA! Tiene parte de responsabilidad del retraso de la investigación planetaria

    1. Perd’on, es claro que la mision de la NASA es generar contratos Multimillonarios, para que las empresas aeroespaciales no cierren, y, si sobra algo sale alguna investigacion.
      No se dejen confundir, es un modo facil de vender subsidios como si todavia fueran la superpotencia qeu eran en 1960…
      Cada vez que cambia la politica del presidente de EEUU cambia la politica de la NASA.

  5. Este año hará 30 que la Voyager 2 pasó junto a Tritón. A pesar de lo estimulante que fueron sus descubrimientos, me parece escasísimo el esfuerzo en exploración espacial desde entonces. Quizá se deba a que seguimos partiendo de la superficie terrestre, de donde cuesta muchísimo vencer la gravedad. Hace falta industria espacial ubicada fuera, ya sea en órbita o en la Luna.

    De momento, al menos espero que aprueben misiones como esta.

    Fuera del tema:
    Hecho en falta un debate sobre lo que habrá descubierto el telescopio de horizontes de sucesos, cuyos resultados se darán a conocer hoy.
    Mi apuesta sería por la siguiente idea:

    No hay singularidad en un agujero negro, sino que toda su masa consiste en un anillo de luz del mismo radio que el horizonte de sucesos. El anillo estaría atravesado perpendicularmente en su centro por un eje de luz, que se extendería por el universo en ambos sentidos. Cuando cae materia a esta estructura, su masa se convierte en radiación, parte de la cual se suma al anillo y el resto es expulsado por el eje.

  6. OFF TOPIC:

    “EL MUNDO” publica un interesante artículo interactivo sobre PLD SPACE y sus cohetes:

    amp.elmundo.es/tecnologia/innovacion/2019/04/09/5cac614021efa0ce058b461b.html

    Saludos

  7. 2038???
    Para entonces tendré 50 tacos!!!
    Me revientan las misiones con asistencias Tierra y Venus. O cohete directo o a la basura con la misión.

    1. Treintañera, estudias o trabajas? Hoy día la mujer de 50 es joven, yo creo que vas a estar muy bien allá por 2038😉

      Mas problemático es para los que hoy tienen cincuenta y tantos, que quizás ya no lo vean o estén seniles por entonces

      1. Bueno, o para la década del 40 tendré 70 y pocos pero creo que puedo estar muy bien y lúcido. Mi padre, que colaboró con la NASA en algunos proyectos falleció a los 96 y hasta el último día estaba ala tanto de los avances. Era un espacio trastornado de ley.

  8. Ante todas estas misiones a los planetas exteriores pienso lo mismo. Cuando llegue la sonda puede que no esté vivo o puede que no me entere.
    Es necesario un nuevo sistema de propulsión, más rápido, que nos permita a las personas de mi edad poder ver la llegada y conocer los resultados de la misión.

  9. Un Falcon Heavy es un lanzador (relativamente) asequible – un lanzamiento de este vector cuesta menos que el de un Atlas V -. Usémoslo para dejar los 12 años de trayecto con asistencias gravitatorias en un vuelo directo de apenas 5 años.

          1. Burno… Si la sonda acelera en dirección al sol para usar su fuerza gravitatoria para acelerar… La sonda Parker ha acelerado a los 360.000 km/h y se espera que llegue a los 700.000 km/h… Es cuestión de planteárselo y tirar del Kerbal…

          2. Evidentemente en un vuelo directo con wse lanzador y tecnología química sería difícil acortar los tiempos de viaje a Neptuno, a no ser que usases dos lanzadores y acoplases la sonda a una fase criogénica y quemases todo el combustible… Pero acortar tiempos sí que es posible si te lo propones.

          3. Yo creo que este tipo de misiones podrían acortarse bastante usando un súperHeavy reutilizable combinado con una especie de pseudo-starship no reutilizable, algo parecido al hopper de las pruebas, sencillo, sin acabados bonitos, todo depósitos de combustible con un espacio para la sonda en el morro.

            Al menos no nos moriríamos de viejos esperando llegar la sonda a Neptuno.

          4. Ya puestos a imaginar, lo lógico sería abordar esta misión con un sistema de propulsión eléctrica (iones, plasma).

            Pongamos una sonda tipo Voyager de una tonelada dotada de un sistema iónico normalito alimentado por un generador nuclear capaz de ofrecer 150 kilovatios de energía: estaríamos hablando de una velocidad de escape de 40-70 km/segundo. El motor funcionaría durante dos años (unas 20.000 horas). En este escenario, el viaje a Neptuno llevaría menos de seis años.

            No estamos hablando de “Star Trek”, sino de tecnología disponible.

          5. A mi me encanta todo lo que lleve un reactor nuclear, en serio, pero si con propulsión convencional con un SuperHeavy que estará en servicio de todas formas para otras cosas, puedes lanzarlo y que llegue en el mismo tiempo que con la propulsión iónica, pues mejor lanzarlo así y ahorrarnos la complejidad de una sonda que integré un reactor nuclear como ese

  10. Una sonda con muchas posibilidades (no hablo de que se apruebe si no en cuanto a retorno científico) aunque lo del Atlas V como comentan arriba me parece cada día más ridículo (está madrugada hora española despega por fin excepto sobresalto de una última hora el FH en misión comercial y en unos 2/3 meses despega otro) y después ese acercamiento a Io me hizo dar un bote de alegría me parece un satélite fascinante aunque jamas justificara un desembolso grande de dinero porque hay otros por ahí que por mucho que me guste Io Europa es más importante y otros muchos están por delante y después para ser una sonda tan barata y con RTG ¿no lleva mucho instrumental científico? Hablo desde la mayor de las ignorancias.
    Un saludo.

    1. Por cierto alguien sabe en qué estado se encuentran aquellas propuestas de la ESA para acompañar a Europa Clipper. Una de ellas era un Lander y el otro una sonda de sobre vuelo de Io ambas interesantes y con pros y contras pero desconozco en qué estado se encuentra

  11. Repito el comentario que hice hace unos días…

    Hablando de sondas vienen a cuento los últimos tweets del Evangelio según Musk:

    Primero, acerca del Falcon Heavy B5:

    “Yeah, Falcon Heavy Block 5 has way more performance than last year’s vehicle. Lot of room to increase side booster load transfer & max Q without changing any parts. FH Block 5 can launch more payload to any orbit than any vehicle currently flying.”

    “Annoying that @ULA perpetuates myth that Delta IV Heavy or Atlas V can do some orbits that Falcon Heavy can’t. This is absolutely false. FH would have to go full expendable for GEO direct, but that’s very rare.”

    Es decir: el Falcon Heavy puede lanzar más carga a cualquier órbita que cualquier otro cohete en funcionamiento.

    Y ahora viene lo bueno: sondas al sistema solar exterior con un semi-Starship de carga desechable:

    “Massive delta velocity slam from highly elliptical Earth orbit using a fully retanked, but lightened up Starship with no heat shield or fins/legs. Best choice for the impatient. Ion engines are too slow.”

    “Probably no fairing either & just 3 Raptor Vacuum engines. Mass ratio of ~30 (1200 tons full, 40 tons empty) with Isp of 380. Then drop a few dozen modified Starlink satellites from empty engine bays with ~1600 Isp, MR 2. Spread out, see what’s there. Not impossible.”

    – De entrada está diciendo que Starship lleva 1160 ton de propelente.

    – Musk sugiere lanzar sondas con un Starship desechable aligerado (40 t) sin cofia, aletas ni protección termal, con sólo 3 Raptors Vacuum y transportando las sondas en los compartimentos de carga posteriores alrededor de los motores.

    – Es muy positivo que Musk considere usar el bus de Starlink para realizar sondas baratas y producidas en masa. El bus dispone de propulsión iónica, control de actitud, paneles solares y comunicaciones por radio y por haz láser.
    Parece que Musk sueña con lo mismo que nosotros: lanzar enjambres de sondas para explorar todo el Sistema Solar.

    – Calculemos el Delta-V del invento.

    Para Starship-3:
    ∆V = 9,8 x 380 x ln(1200/40)
    ∆V = 12,666 km/s
    aunque lo hemos calculado sin carga.
    Añadamos 100 ton de carga (un poco bestia, ya que en la práctica es posible que las sondas no sumen ni 20 ton):
    ∆V = 9,8 x 380 x ln(1300/140)
    ∆V = 8,3 km/s (con 100 t de carga)

    Para las sondas:
    ∆V = 9,8 x 1600 x ln(2)
    ∆V = 10,8 km/s

    Musk dice que Starship es repostado en órbita elíptica alta (HEO) antes de partir hacia su destino. Eso son unos 3,2 km/s extra a partir de LEO (según un comentario de NSF).

    Por tanto, el total de Delta-V a partir de LEO es brutal:
    3,2 km/s (órbita elíptica).
    8,3 km/s Starship-3 con 100 t de carga.
    10,8 km/s para cada sonda.

    ¡Más de 22 km/s de Delta-V!

    Dejaos de Atlas, Delta IV Heavy o FH…
    El semiStarship que propone Musk tiene un coste mínimo! Consiste en unos tanques de acero con 3 motores… Sin TPS, sin aletas, sin cofia…
    ¡Y más de 100 t de capacidad!
    Se pueden lanzar enjambres de sondas baratas fabricadas en serie con componentes standard y con un coste de lanzamiento insignificante.

    Este Short Starship puede ser la contribución más grande de la Historia a la exploración del Sistema Solar.

    His Truth is marching on.

    1. Cuando (si) exista este Short Starship, no tendrá sentido el lanzar sondas con cualquier otro cohete, Atlas, FH, etc.

      No sólo será más barato y fácil de fabricar, sino que también será muchísimo más potente.

      Y lo realmente importante: podríamos lanzar sondas a Neptuno en una fracción del tiempo que necesitan los demás sistemas y por una fracción del coste.

      Imaginaos si en vez de en la década de los 40 pudieran llegar a Neptuno a finales de los 20, o a principios de los 30. Todo es cuestión de Delta-V.

      Realmente, creo que nadie se esperaba esto. Una vez más, Musk demuestra que piensa más a lo grande -y mejor- que la mismísima NASA.
      SpX está abriendo nuevos caminos, también en exploración del Sistema Solar.

    2. Y hablando del FH, ¿cuál fue la reacción de la NASA cuando Musk lo anunció en 2011?

      I’ll never forget being at Marshall with the leadership team the day that SpaceX announced the Heavy,” said Lori Garver, NASA’s deputy administrator from 2009 to 2013.
      She recalls NASA officials telling her: “Lori, you have got to tell your friend Elon he can’t do that. He’s in our lane. You made us get out of low-Earth orbit, so we’ve given him that lane, but this is our lane. We build the big rockets.

      Lori, tienes que decirle a tu amigo Elon que no puede hacer eso. Está en nuestro carril. Nos hiciste salir de la órbita baja, así que le hemos dado ese carril, pero este es nuestro carril. Nosotros construimos los grandes cohetes.

      https://www.nbcnews.com/mach/science/nasa-s-17-billion-moon-rocket-may-be-doomed-it-ncna991061

      Pues si pensaban eso del Falcon Heavy, ¿como deben sentirse con el SuperHeavy/Starship?

      1. Elon ha cogido lo que comentabais tú e Hilario más arriba (menos los motores nucleares) y lo ha unido en un proyecto común:

        – Aprovechar el ∆V de un Starship reducido al mínimo y repostado en órbita
        +
        – Propulsión iónica de las sondas (ISP: 1600 s) a partir de ahí.

        “Lo que Elon ha unido, que no lo separe el hombre” (Mateo 19:16).

        Cualquier proyecto de espacio profundo mejora con un reactor nuclear, pero no es estrictamente necesario: con la arquitectura propuesta por Musk podemos propulsar una sonda al sistema solar exterior con motores químicos (fácil, barato, tecnología ya existente) en tiempos impensables con cualquier otro cohete.

  12. OFF TOPIC:

    En esos planes “rápidos” de alunizaje para 2024/28 de la Casa Blanca:

    ¿Podría merecer la pena a la ULA rescatar su propuesta de módulo lunar (aunque sin utilizar ISRU, al menos en un principio) XEUS, tras la entrada en servicio del Vulcan ACES en 2023. Utilizando la Gateway y alrededores de la misma como lugar de transbordo de tripulación y repostaje del XEUS con etapas ACES?

    ¿Ante la posibilidad de que el Falcon Heavy pueda conseguir integrarse verticalmente, no le merece la pena a la ULA buscar soluciones, como las propuestas para el Cislunar-1000 Vision, para poder utilizar el Delta IV Heavy (en dos lanzamientos desde Cabo Cañaveral) y la ICPS (modificada con un IVF) para la Orión EM-1; con el fin de evitar que SpaceX les quite el resto de contratos DoD que no puede tener por las características de la integración de la carga en el lanzador?

  13. Nunca me canso de decirlo, la actual perspectiva de la exploración espacial, en lugar de la innovación es ver hacia el futuro como hacen las películas de ciencia ficción (y me refiero alas de bajo presupuesto) donde solo agarran la tecnología del momento y solo cambian al fecha, por eso se ven pantallas CRT en en año 2040 o elefantes blancos… eh… Space Shuttle orbitando marte…

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Por Daniel Marín, publicado el 10 abril, 2019
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