Siguiendo los pasos de la New Horizons: un orbitador para Plutón

Por Daniel Marín, el 7 noviembre, 2019. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Plutón • Sistema Solar ✎ 85

Antes de 2015 muchos esperaban que Plutón fuese un «aburrido» y pequeño mundo congelado sin ninguna actividad geológica digna de mención. Pero cuando la sonda New Horizons de la NASA sobrevoló el planeta enano el 14 de julio de ese año, la sorpresa fue mayúscula: inmensos glaciares de nitrógeno, montañas de hielo de agua, criovolcanes, cordilleras con picos cubiertos de nieve de metano, sustancias orgánicas en la superficie, varias capas de neblina flotando en la atmósfera y hasta un posible océano subterráneo global. En definitiva, un mundo complejo y fascinante. Pero todo lo que sabemos de Plutón fue gracias a un breve sobrevuelo de unas pocas horas y fuimos capaces de contemplar el 40% de la superficie en una resolución relativamente elevada. Seguro que este planeta enano guarda aún muchos misterios, aunque no volveremos allí hasta dentro de varias décadas. ¿O no?

Una sonda en órbita de Plutón pasa sobre Caronte. Se aprecia la estela de xenón de sus motores iónicos (Ron Miller para la revista Astronomy).

El sentido común y la opinión de la mayoría de expertos en la comunidad científica sugieren que, después de Plutón, deberíamos estudiar otro planeta enano del cinturón de Kuiper —o, al menos, Tritón— para comparar sus características y saber así hasta qué punto Plutón es único. Pero la complejidad de Plutón ha derribado este paradigma. Desde mediados de 2017 hasta mediados de este año el equipo de la sonda New Horizons del SwRI (Southwest Research Institute), liderado por el famoso Alan Stern, ha llevado a cabo un estudio para analizar la viabilidad de enviar un orbitador a Plutón. Es decir, una nave que no se limite a pasar de largo a toda velocidad, sino que se quede estudiando el planeta enano a su alrededor durante años.

La atmósfera de Plutón vista a contraluz por la New Horizons (NASA/JHUAPL/SwRI).

Propuestas de orbitadores de Plutón ha habido unas cuantas, pero el principal logro del estudio de Stern y su equipo ha sido demostrar que un orbitador podría usar Caronte, el mayor satélite de Plutón, para realizar maniobras de asistencia gravitatoria y estudiar así el planeta enano y el resto de lunas en profundidad. Además, Caronte permitirá que el orbitador abandone la gravedad de Plutón para seguir de largo y explorar otro planeta enano y varios objetos del cinturón de Kuiper más pequeños similares a Ultima Thule. Vamos, lo mismo que hizo la sonda Dawn, pero en el cinturón de Kuiper en vez de en el cinturón de asteroides. Al ser capaz de estudiar otro planeta enano, la propuesta de orbitador de Stern ya no entra en conflicto con los intereses prioritarios de la comunidad científica.

Sputnik Planitia, el mayor glaciar del sistema solar, compuesto por hielos de nitrógeno y monóxido de carbono (NASA/JHUAPL/SwRI).

El orbitador tendría una masa de 2340 kg, o sea, casi cinco veces más que la New Horizons (la mayor parte de la masa es combustible). Con el fin de desentrañar los misterios de Plutón, la nave llevaría nuevos instrumentos, como por ejemplo un radar que estudiará el subsuelo de Plutón —para averiguar la profundidad de los glaciares y si algunas montañas de hielo de agua flotan sobre los mismos—, un magnetómetro para aclarar —junto con el radar— si hay o no un océano subterráneo y un lídar para levantar un mapa en tres dimensiones de todo Plutón, incluyendo la región que esté en sombra por culpa del invierno cuando llegue la nave. Otra novedad es que usaría una antena de ganancia principal más grande y un transmisor diez veces más potente que los de la New Horizons. Para reducir costes, la New Horizons usó una antena relativamente pequeña, aunque, a cambio, el envío de datos del sobrevuelo se prolongó durante más de un año. Esta técnica es inviable para un orbitador, pero pese a todo es una buena estrategia, por lo que una solución de compromiso es que la sonda contacte con la Tierra solamente una vez cada mes o medio mes. Además, llevaría volantes de inercia para controlar la orientación de la sonda y reducir el gasto de combustible. De paso, al ser un orbitador, se podrán usar fácilmente las variaciones en la frecuencia de la señal de radio para estudiar el campo gravitatorio de Plutón y, por ende, su estructura interna.

Posible arquitectura de misión de una sonda en el sistema de Plutón con trayectoria de escape usando maniobras de asistencia con Caronte (SwRI).

De ser aprobada, la misión despegaría en 2028 mediante un cohete gigante tipo SLS y realizaría una maniobra de asistencia con Júpiter en octubre de 2030. Esta maniobra es similar a la que realizó la New Horizons y servirá para acelerar la velocidad de la sonda y, por consiguiente, reducir el tiempo de vuelo significativamente. Pese a todo, recordemos que hablamos de un orbitador, así que la nave no puede ir demasiado rápido o, si no, no tendrá combustible suficiente para colocarse en órbita alrededor de Plutón. Por eso la sonda llevará un sistema de propulsión eléctrico con motores iónicos basados en los de la sonda Dawn. De esta forma, comenzará a frenar años antes de llegar y así reducirá la masa de propergoles hipergólicos necesaria para el impulso de inserción orbital definitivo. En el caso de la propuesta de Stern, la sonda comenzará a frenar en 2046 y finalizará la maniobra en 2059 (!!). Como eso significa que es muy probable que muchos no estemos por aquí para verlo, Stern y su equipo dejan la puerta abierta a usar un reactor nuclear —como el Kilopower— en vez de generadores de radioisótopos (RTGs) que puedan acortar estos tiempos. Después de dos años estudiando el sistema de Plutón, la sonda usaría la gravedad de Caronte para seguir hacia otros objetivos del cinturón de Kuiper y completar así su misión de varias décadas.

Ejemplo de misión que, tras orbitar Plutón, sobrevolaría otros cuerpos del cinturón de Kuiper antes de entrar en órbita alrededor de 2002 MS4 (SwRI).

Esta propuesta de Stern y su gente es fascinante, pero todavía tiene unos cuantos flecos que hay que detallar, como es el empleo de motores iónicos alimentados por RTG o reactor nuclear, las comunicaciones o la trayectoria tras el estudio del sistema de Plutón. Por este motivo, la NASA ha accedido a financiar un estudio adicional al del SwRI para saber hasta qué punto una misión así es factible. A partir de este nuevo estudio la comunidad científica deberá decidir si incluye a Plutón en el Decadal Survey de 2022, la «biblia» que recogerá las prioridades a la hora de explorar el sistema solar a lo largo de la próxima década.

Referencias:

  • http://www.astronomy.com/magazine/2019/10/return-to-pluto


85 Comentarios

  1. Este concepto de mision es muy impresionante, un orbitador a Pluton tendria retornos cientificos muy importantes, pero el desafio esta en emplear la propulsion necesaria para llegar tan lejos y frenarla…
    Asi como praparan misiones de orbitadores a Pluton, me gustaria ver misiones de sobrevuelo a otros mundos lejanos del S.S. como el planeta enano Eris, Haumea, asi como tambien Sedna, Orcus, Varuna, Vard, a 2007 OR, etc….

  2. A ver amigos..31 años para llegar..¡por favor!, parece que se burlaran de nosotros, es indignante…¡no estàn viajando a Alfa Centauri con la iniciativa Start Shot!..busquen una alternativa.. o esperen…yo apostaria 10 a 1 que en menos de 25 años van a tener alternativas de impulsión mucho más veloces…no sea cosa que en el 2059 los esté esperando el amigo ELON desde mucho antes..cosa que en mi fuero intimo es probable que les pase los de la Nasa con el viaje tripulado a Marte…¡coherencia por favor Sres de la NASA!

    1. Puedes buscar por Youtube (y si no está ahí en google), un divague de Neil deGrasse Tyson (el presentador de la reedición de Cosmos), donde especula qué sucedería si se descubriera que una estrella de neutrones va a colisionar con la Tierra dentro de 75 años. Habría que abandonar no ya la Tierra, sino….El Sistema Solar!!!! En ese divague (el video dura entre 1 y 2 horas), deciden construir una nave espacial basada en el cilindro de O’Neill https://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro_de_O%27Neill, en el que 250000 personas viajarían a un exoplaneta ubicado en la Estrella de Barnard. Esa nave, en lugar de propulsión química, tendría impulsión nuclear de pulso https://es.wikipedia.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_nuclear_de_pulso y permitiría llegar a un 14% de la velocidad de la luz. Y sería construida en LEO. Como argumento para un libro de ciencia ficción está muy bien. Pero si Neill de Grasse piensa que es en serio, tendré que pensar que al igual que Michio Kaku está ingresando en la zona oscura

    2. Aparentemente, no puedo poner dos enlaces en el mismo comentario. Así que la respuesta que di ayer a Berni la repetiré en mitades. 1º) Puedes buscar por Youtube (y si no está ahí en google), un divague de Neil deGrasse Tyson (el presentador de la reedición de Cosmos), donde especula qué sucedería si se descubriera que una estrella de neutrones va a colisionar con la Tierra dentro de 75 años. Habría que abandonar no ya la Tierra, sino….El Sistema Solar!!!! En ese divague (el video dura entre 1 y 2 horas), deciden construir una nave espacial basada en el cilindro de O’Neill https://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro_de_O%27Neill, en el que 250000 personas viajarían a un exoplaneta ubicado en la Estrella de Barnard

    3. 2ºparte) . Esa nave, en lugar de propulsión química, tendría impulsión nuclear de pulso https://es.wikipedia.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_nuclear_de_pulso y permitiría llegar a un 14% de la velocidad de la luz. Y sería construida en LEO. Como argumento para un libro de ciencia ficción está muy bien. Pero si Neill de Grasse piensa que es en serio, tendré que pensar que al igual que Michio Kaku está ingresando en la zona oscura.

  3. Tecnología a control remoto, naves espaciales teledirigidas:

    La automatización, electrónica, é informática para el desarrollo de naves espaciales teledirigidas NO tripuladas, solo fueron desarrolladas en la Unión soviética.

    Los ingenieros Norteamericanos no fueron capaces de desarrollar naves espaciales no tripuladas y que estuvieran teledirigidas a control remoto, desde la tierra. Ni una…

    Como ya hemos mencionado en artículos anteriores, los Norteamericanos no fueron capaces de desarrollar la eficiente tecnología de motores coheticos de ciclo cerrado NK-33, tampoco fueron capaces de desarrollar un sistema automatizado para el acoplamiento a grandes velocidades en la órbita terrestre IGLA, y hoy revelamos a ustedes la incapacidad de los Norteamericanos para desarrollar naves teledirigidas a control remoto, lo que ustedes bien podrian llamar: Drones.

    Pues los primeros Drones espaciales (naves teledirigidas) de la historia son las naves cosmos 186 y cosmos 188. La OKB-1 dirigida por Korolev, necesitaba probar los primeros sistemas de acoplamiento automatizados del mundo, y para ello tuvieron que simular la gravedad cero con arnés y ganchos para elevar dos modelos de naves soyuz y asi verificar en tierra los posibles fallos del nuevo sistema de acoplamiento.
    https://es.m.wikipedia.org/wiki/Cosmos_186

    Una vez mejorado el sistema en tierra, se necesitaba realizar una prueba de acoplamiento con otra nave en la órbita terrestre donde los objetos se desplazan a 28,000 kilómetros por hora, demasiado arriesgado y peligroso para los cosmonautas, asi que los ingenieros soviéticos se vieron en la necesidad de desarrollar un sistema para pilotar ambas naves desde tierra y a la vez permitir que el sistema de acoplamiento automatizado, hiciera posible la Unión de ambas naves. Asi nacio la tecnología teledirigida por control remoto desde tierra para dos naves en diferentes tiempos de vuelo con la misión de acoplarse sin estar tripuladas.

    Esta demás decir. … que ambas tecnología fueron un éxito para los soviéticos. Cuando alguien te diga que los soviéticos no realizaron vuelos espaciales entre 1966 y 1968 es porque los Norteamericanos no desarrollaron estas tecnologías, y se saltaron la torera. Es mas, para tapar su precaria tecnología le vendieron al ciudadano de a pie, que sus héroes (astronautas) eran capaces de acoplarse en la órbita terrestre de forma Manual tan suave como una pluma y a ritmo de Vals.

    Con esta, son ya tres tecnología que no desarrollaron los gringos y que hoy, son vitales en la industria espacial. En realidad mientras vamos avanzando en el resumen de los libros que me lei, se mencionan 14 tecnologías que no desarrollaron los estadounidenses en el período de una decada, entre 1965 y 1975; y que los ingenieros soviéticos si.
    https://youtu.be/9sa9AVh8Rlo

    Mas en proximos comentarios.

    Paz y bien.

    1. Entre las tecnologias que los norteamericanos no pudieron desarrollar a pesar de los ingentes esfuerzos de Grumann y Rockwell respectivamente, estuvieron el samovar de gravedad cero y la balalaika hipersonica.

      Guerra y Maldad

  4. Creo que es muy humano y muy legítimo esperar/desear ver el resultado de nuestro esfuerzo. Nadie proyecta cosas ‘para que’ otros las terminen, ni siquiera los faraones del antiguo Egipto. Que yo sepa, hasta ahora no ha habido ninguna misión espacial a la que no haya sobrevivido alguno de sus responsables primeros. En los equipos de seguimiento siempre hay algún/una joven, que será algo así como la ‘memoria viviente’ de todo el proyecto si este se prolonga mucho en el tiempo. Pero claro, hay un límite biológico: una misión no debería llevar más de 40-50 años.

    En todo caso hay otro motivo para la “prisa” en los viajes espaciales: no sabemos si en el futuro la sociedad mantendrá el mismo interés por llevar a término esos viajes emprendidos. Y es que, aunque no lo queramos creer, podemos caer (como ya sucedió en el pasado) en una fase de decadencia, estancamiento e incluso de involución científica, tecnológica y cultural. ¿Cómo? Colapso económico global, pandemias varias, guerra nuclear, cambio climático, degeneración genética… o, simplemente, insuficiencia presupuestaria.

  5. Hace casi 10 años me sentí motivado de escribir un cuento corto de ciencia ficción. El disparador fue el descalabro económico que se desató por el 2009.
    No está publicado ni nada, duerme en mi celular.
    Pero me viene a cuento por esta misión y su duración. Les dejo el epílogo.

    Se desataron rebeliones y multiplicidad de situaciones anárquicas para finalizar en la secesión y el colapso de estados.
    El tribalismo volvía a se la estructura social imperante.
    Millones murieron en pocos años. Fue el fin de un mundo tal como se lo había conocido. Otro surgía.

    El sistema automático de sondas que nos había visitado, hacía 700 años estaba estudiando y relevando distintos sistemas en este sector de la galaxia.
    Cuando luego de cuatro años finalizó la tarea sobre nuestro mundo, partió a continuar su rutinaria misión en los planetas externos del sistema solar.
    Entre las directrices de su diseño estaba la no interferencia ni alteración en modo alguno de los sistemas y objetos estudiados. En particular si manifestaban características que presumieran la existencia de algún tipo inteligencia.
    Un mecanismo de auto preservación solo eludía o apartaba a cualquier elemento que se les aproximara y pudiere significar un riesgo a su integridad.
    Su misión se estimaba que finalizaría en 600 años más. Hasta dentro de los próximos 1.300 años, sus constructores no esperaban recuperar la información recopilada durante la travesía.
    No existiendo modo alguno de que una entidad viva pudiera emprender y sobrevivir a una empresa semejante como la del viaje interestelar, los planes de exploración se planificaban para que los conocimientos los legaran futuras y lejanas generaciones por venir.

    FIN

    Roberto H. Rodríguez – 2010

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Por Daniel Marín, publicado el 7 noviembre, 2019
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