Europa en Encélado: la misión L4 de la ESA irá a Saturno

Por Daniel Marín, el 27 marzo, 2024. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • ESA • Saturno • Sistema Solar • Titán ✎ 114

La próxima gran misión espacial europea en el Sistema Solar estudiará Encélado, la luna de Saturno, a partir de 2050. Así lo ha decidido un comité de expertos de la Agencia Espacial Europea (ESA). En 2021 la ESA ya había llegado al consenso de que la siguiente misión planetaria de elevado coste —de tipo ‘Grande’ o L (Large) en el argot de la NASA—, la L4, tendría como destino las ‘lunas de los planetas gigantes del Sistema Solar’, un eufemismo para designar tres mundos con océanos internos que poseen potencial astrobiológico: Europa, Encélado y Titán (Ganímedes y Calisto ya son el objetivo de la sonda JUICE, mientras que otras lunas con posibles océanos alrededor de Urano y Neptuno son mucho más complicadas de estudiar).

Recreación de una fractura del polo sur de Encélado con géiseres y Titán encima del horizonte (ESA/Science Office).

Ahora había que decidir a qué luna de las tres había que viajar y el consenso ha sido Encélado, con Titán y Europa como segunda y tercera opción, respectivamente. Un resultado, por otra parte, más que esperado. Efectivamente, además de JUICE, dentro de unos meses partirá hacia Júpiter la sonda Europa Clipper de la NASA, por lo que el sistema joviano está cubierto perfectamente durante la próxima década. Por contra, no hay ninguna misión planeada para Encélado y solo una para Titán (Dragonfly). Naturalmente, una vez que elegido Encélado, hay varias opciones: ¿nos limitamos a sobrevolar este mundo o podemos orbitarlo? ¿Mandamos alguna sonda a la superficie? Y ya que estamos, ¿por qué no aprovechamos para estudiar Titán?

Cuatro mundos océanos del Sistema Solar a escala (NASA/ESA).

Primero, debemos recordar que Encélado es una prioridad para la comunidad científica con respecto a Titán u otros mundos océano porque esta pequeña luna de Saturno no solo posee un manto de agua interno, sino que además tiene actividad hidrotermal en el fondo, un rango de salinidad y pH compatible con la vida que conocemos y unos estupendos y magníficos géiseres en el polo sur que escupen hielo y partículas al espacio exterior. Por contra, el océano interno de Titán no está en contacto directo con el núcleo caliente y de roca (silicatos), sino que, al igual que en el caso de Ganímedes y Calisto, está en medio de dos capas de hielo —la corteza de hielo ‘normal’ (hielo I o hielo II) y la capa más interna de hielo VI—. Además, no exhibe géiseres, sino criovolcanes, que son mucho más complicados de estudiar porque tienes que acceder a la superficie. Aparte de su mayor potencial astrobiológico, la ventaja de Encélado es precisamente la posibilidad de estudiar directamente el océano interno analizando los géiseres mediante una misión de sobrevuelo, sin necesidad de aterrizar.

Características de los cuatro mundos océano de Júpiter y Saturno (ESA).

Aunque el comité de expertos de la ESA no entra en detalles técnicos muy específicos (todavía es pronto), la misión elegida incluiría un orbitador de Encélado para analizar repetidamente los géiseres y una sonda de aterrizaje (‘aterrizador’) para estudiar in situ la superficie del polo sur de la luna. El orbitador requeriría enormes paneles solares para generar la energía eléctrica necesaria. Antes de colocarse en órbita de Encélado, la misión sobrevolaría Encélado unas diez veces y Titán en varias ocasiones, además de otras lunas (en especial Mimas, por su posible océano interno, pero también Tetis, Dione y Rea). Los sobrevuelos iniciales de Encélado tendrían lugar a una velocidad de entre 3 y 5 km/s para evitar la fragmentación de las moléculas orgánicas de los géiseres al chocar contra la nave. Eso sí, algunos sobrevuelos serían rápidos, alrededor de 5 a 9 km/s, para comparar el análisis de las moléculas fragmentadas con respecto a las intactas.

Órbita intermedia para estudiar Encélado y Titán mediante sobrevuelos antes de colocarse en órbita de uno de los dos (ESA).

El orbitador se situaría más adelante en una órbita inclinada de tipo NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit) y, tras soltar la sonda de aterrizaje, alcanzaría una órbita circular de 200 kilómetros de altura con una inclinación inferior a 48º. Su misión científica duraría al menos cuatro años. Llevaría instrumentos estándar tales como cámaras en el visible y en el infrarrojo cercano, espectrómetros varios y, para analizar los géiseres, un instrumento para analizar el polvo de los mismos y otro para los gases. También usaría un radar para medir el espesor y características de la corteza de hielo.

Órbitas de tipo NRHO alrededor de Encélado (ESA).

La sonda de aterrizaje del polo sur de Encélado tendría una masa de unos 800 kg. No llevaría RTGs o RHUs con radioisótopos, por lo que duraría un mínimo de dos semanas (el objetivo sería un mes) gracias a unos 250 kg de baterías. Incorporaría una carga de instrumentos de 20 kg como mínimo, que transmitirían 500 Mb de data (otro requisito mínimo). Aterrizaría a pocos kilómetros de alguna fractura activa del polo sur por la que salen los géiseres y efectuaría hasta tres análisis del terreno. Esta misión requeriría dos lanzamientos del Ariane 64 (o cohetes similares) y un acoplamiento en órbita baja (LEO). Incorporaría propulsión solar eléctrica (SEP), o sea, emplearía motores iónicos o de plasma para reducir el tiempo de vuelo hasta Saturno. Pasaría 2,7 años realizando hasta cincuenta sobrevuelos de las principales lunas de Saturno antes de situarse en órbita de Encélado. Otra versión de la misión solo requeriría un Ariane A64, pero a cambio la sonda de aterrizaje en Encélado sería mucho más simple e impactaría a alta velocidad.

Resumen de la arquitectura de la misión L4 a Encélado prefrida, con dos lanzamientos de Ariane A64 (ESA).

La siguiente opción de arquitectura en cuanto a prioridad sería un orbitador de Titán equipada con una sonda de aterrizaje para esta fascinante luna. No obstante, antes de entrar en órbita de Titán sobrevolaría varias veces Encélado —en cinco ocasiones como mínimo— para analizar la composición de los géiseres. El orbitador de Titán también analizaría directamente las capas altas de la atmósfera de la luna. A diferencia de lo que nos dice el sentido común, la sonda de aterrizaje no se posaría en un lago o mar de metano-etano, sino en alguna zona seca próxima que en el pasado albergó líquido. Estos lagos secos se cree que almacenan depósitos de sustancias orgánicas complejas que se pueden encontrar en los actuales lagos y mares de metano, pero en unas concentraciones muchísimo más elevadas y, por consiguiente, más fáciles de analizar. Los requisitos de esta sonda de aterrizaje serían similares a los del aterrizador de Encélado, aunque lógicamente llevaría paracaídas para aterrizar y una estación meteorológica, entre otras diferencias.

Depósitos de sustancias evaporadas (en negro) de Titán, que serían las zonas ideales para una sonda de aterrizaje (NASA/ESA).

La misión L4 despegará entre 2040 y 2045 y debería mandar la sonda de superficie al polo sur de Encélado en 2054 (antes no es posible porque las horas de luz serían escasas o nulas). Por contra, si la misión va a Titán, la sonda de aterrizaje debería estar en la superficie de esta luna en 2054 como muy tarde, porque si no se enfrentaría a noches cada vez más larga (2054 es el equinoccio en Saturno, pero la diferencia es que los géiseres de Encélado están en el polo sur del satélite y los lagos de metano de Titán en el hemisferio norte.

Condiciones de iluminación de los polos de Encélado de 2040 a 2065. La sonda de aterrizaje debe posarse en el polo sur a partir de 2054 para garantizar una iluminación adecuada (ESA).
Iluminación de los polos de Titán de 2040 a 2065 (ESA).

Como hemos visto, el gran handicap de la ESA es que no dispone de generadores de radioisótopos (RTG) o de calefactores de radioisótopos (RHU) para generar electricidad y calentar las sondas espaciales sin depender del Sol. Aunque la tecnología actual permite enviar una misión a Saturno a base de energía solar (ya se han propuesto varias misiones de este tipo, como E2T o ELF), el uso de RTGs o RHUs aumentaría significativamente la flexibilidad de la misión, especialmente en el caso de la sonda de aterrizaje (sin RHUs no RTGs es difícil que la misión pueda durar más allá de un mes, mientras que el empleo de radioisótopos le permitiría funcionar durante meses o años). La ESA no dispone de plutonio-238 como EE.UU. o Rusia, pero tiene en marcha varias iniciativas para desarrollar RTGs y RHUs de americio-241. Como la misión L4 no está previsto que despegue antes de 2040, está claro que Europa tiene tiempo de sobra para fabricar estos sistemas si finalmente así lo decide. Otra posibilidad, claro está, es colaborar con Estados Unidos para que suministre RTGs y RHUs. Sea como sea, el informe es conservador y ha optado por arquitecturas totalmente europeas y, por tanto, sin RTGs o RHUs.

Ventajas de diferentes tipos de misiones a Encélado y Titán o combinación de las dos. La preferida por la ESA es un orbitador de Encélado con sonda de aterrizaje que previamente también sobrevuele Titán varias veces (ESA).

El concepto de misión de la ESA para el estudio de Encélado es diferente del Orbilander de la NASA, una misión que es la segunda prioridad de la comunidad científica de EE.UU. tras un orbitador a Urano o Neptuno. El comité de expertos no especifica por qué la arquitectura de esta misión es mejor que la de Orbilander, aunque probablemente se deba a que esta propuesta de la NASA es, además de original, relativamente más arriesgada. La misión europea a Encélado, si es finalmente aprobada, será la cuarta misión de tipo L tras JUICE, LISA y NewAthena, y la primera de la hoja de ruta Voyage 2050 que plantea nuevos objetivos para las misiones científicas de la agencia europea.

Referencias:

  • https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Saturn_s_moon_Enceladus_top_target_for_ESA
  • https://cosmos.esa.int/documents/1866264/1866292/ESA_L4_Expert_Committee_report_Voyage_2050_Moons_of_the_Giant_Planets.pdf


114 Comentarios

  1. Yo tendría 92 y dudo mucho que llegue, je, je. Por otro lado pude ver, en directo, como Amstrong pisaba la luna, que mi padre me despertó para verlo cuando tenía siete años. Sin problemas, tampoco me voy a poner «pedante» mencionando naves por la puerta de Tanhausser y rayos C en Orión, ja, ja, ja.

    Por cierto eso de empezar a dejar la «chatarra» de una nave ya inservible en un satélite virgen, a mi no me acaba de gustar, no sé.
    Abrazos.

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