Sin armar mucho revuelo, Europa está preparando la que, de salir adelante, sería la misión espacial no tripulada más ambiciosa de la Agencia Espacial Europea (ESA). De hecho, no exageramos si decimos que quizá se trate de uno de los proyectos más ambiciosos de la historia de la exploración espacial. Hablamos de una misión para explorar Encélado, la pequeña luna de Saturno famosa por sus géiseres procedentes de un océano interno en el que, aparentemente, se reúnen las condiciones para que prospere la vida tal y como la conocemos. A diferencia de propuestas anteriores, la sonda europea no solo se limitaría a sobrevolar u orbitar Encélado para estudiar los chorros del polo sur, sino que también aterrizaría en esta región del satélite. Para ello, serán necesarios dos lanzamientos de cohetes Ariane 64 y un acoplamiento en órbita antes de salir fuera de la gravedad terrestre. Nunca antes una sonda planetaria ha requerido acoplamientos de varios elementos en órbita antes de partir hacia su destino.
La misión L4 a Encélado de la ESA despegaría entre 2042 y 2046 y se usarían dos cohetes Ariane 64 EVO —la versión evolucionada del Ariane 6— o un lanzador similar —por entonces, Europa debería tener algún lanzador más potente y capaz—: uno colocaría en órbita terrestre la etapa propulsiva y otro la sonda propiamente dicha. A su vez, cada uno de los dos elementos está dividido en dos partes: la etapa propulsiva consta de una etapa de propulsión química (CP) de alto empuje para abandonar la Tierra y de otra de propulsión SEP con motores iónicos o de plasma de bajo empuje para reducir el tiempo de vuelo hasta Saturno. Del mismo modo, la sonda incluye un orbitador y un aterrizador (lander) para explorar Encélado.
La misión L4 ha sido concebida para que la industria europea pueda acometerla en solitario. Son ya demasiadas veces las que Estados Unidos ha dejado tirada a la ESA en proyectos de este tipo —misiones Exomars, EJSM-Laplace, AIDA, etc.— y, por motivos obvios, tampoco se es posible contar con Rusia. La pega es que la sonda no podrá usar generadores de radioisótopos (RTGs) o calefactores (RHUs) de plutonio-238 para generar calor y electricidad y deberá conformarse con paneles solares (por ahora, el americio 241 sigue sin ser una opción). Aunque ya se han lanzado tres sondas con paneles solares a Júpiter (Juno, JUICE y Europa Clipper), Saturno está al doble de distancia del Sol —lo que se traduce en cuatro veces menos irradiancia solar— y el empleo de paneles solares, por muy avanzados que sean, supone todo un desafío técnico: La superficie de los paneles solares no podrá superar los 200 metros cuadrados (100 m² por ala), atendiendo a criterios de viabilidad técnica. En todo caso, no es la primera propuesta de sonda a Saturno con paneles solares, pues la ESA ya propuso hace una década las misiónes Hera y E2T (Explorer of Enceladus and Titan), mientras que la NASA hizo lo propio con varios proyectos como la sonda ELF (Enceladus Life Finder).
Primero se lanzaría el orbitador, con una masa de 8,3 toneladas (3,4 toneladas en seco), incluyendo el aterrizador, y luego, en la fecha adecuada para optimizar el acoplamiento, las etapas propulsivas, con una masa conjunta de 6,7 toneladas (2,6 toneladas en seco). Tras acoplarse en órbita, la etapa de propulsión química, de 3,6 toneladas, efectuaría el encendido de escape unos ocho meses después del primer lanzamiento. La etapa química emplearía un motor de 5 kilonewton de empuje alimentado por 2,5 toneladas de propergoles hipergólicos. Eso sí, el lugar del acoplamiento es objeto de debate en la arquitectura de misión. Aunque uno esperaría que se acoplasen en órbita baja, desde el punto de vista energético lo ideal es que se produzca en una órbita altamente elíptica (HEO), en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol (SEL2) o en el punto L2 del sistema Tierra-Luna (EML2), de tal forma que la etapa de propulsión tenga que aportar un mínimo de Delta-V para escapar de la gravedad terrestre. La arquitectura de la empresa OHB favorece el punto EML2 por ofrecer un equilibrio entre las dosis de radiación recibidas, el número de ventanas de lanzamiento, la cantidad de propelentes necesarios y otros factores. Para el acoplamiento se utilizaría un sistema andrógino similar al usado en la ISS.
Una vez completada la función de la etapa de propulsión química CP, con una masa al lanzamiento de 3,1 toneladas, sería desechada. El viaje a Saturno duraría unos once años (la duración exacta dependerá de la ventana de lanzamiento), por lo que la sonda llegaría entre 2053 y 2057 (de hecho, toda la arquitectura de misión está concebida para que el aterrizaje en Encélado tenga lugar en 2055 como muy pronto, con el fin de asegurar las condiciones de iluminación adecuadas en el polo sur de la luna y aprovechar la reducción de la distancia de Saturno al Sol en su órbita elíptica). La etapa de propulsión solar eléctrica funcionaría durante unos cuatro años, incluyendo dos sobrevuelos con la Tierra, y después sería desechada, dejando el conjunto orbitador/aterrizador en dirección a Saturno. Esta etapa emplearía seis motores iónicos (uno de ellos de reserva) que se alimentarían de un tanque de 1,6 toneladas de xenón. Después de soltar la etapa SEP, el conjunto orbitador/aterrizador viajará durante unos 5 años hasta llegar a Saturno.
Una vez en órbita de Saturno, la sonda pasaría unos cinco años estudiando el sistema y efectuando más de cincuenta sobrevuelos de los satélites, incluyendo al menos cinco sobrevuelos cercanos de Titán y más de diez sobrevuelos de Encélado pasando a través de los géiseres. El orbitador estaría dotado de un motor hipególico de 1 kilonewton de empuje, que usaría para la inserción en órbita de Saturno y otras maniobras (el empuje, relativamente bajo para el tamaño del orbitador es menos eficiente, pero tiene por objeto limitar las tensiones de los paneles solares durante los encendidos). Finalmente, la sonda se colocaría en órbita de Encélado, curiosamente una órbita NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit), similar a la propuesta para la estación lunar Gateway, aunque en este caso tendría un periodo de 12 días y un apoastro de 1200 kilómetros, con un periastro de solo 50 a 100 kilómetros. La sonda permanecería en esta órbita 30 días, estudiando Encélado de cerca con el fin de seleccionar el lugar idóneo para el aterrizaje.
La etapa final sería la separación del aterrizador, que descendería sobre el polo sur de Encélado para estudiar in situ las «rayas del tigre», las fracturas por las que escapan los chorros de hielo, polvo y partículas orgánicas procedentes del océano interior. Limitado por el uso de baterías, el aterrizador solo podría estar unas dos semanas funcionando en la superficie de Encélado. Aunque este es el mínimo de la misión, no se espera que pueda sobrevivir mucho más tiempo. Durante su misión, los datos del aterrizador serían enviados a la Tierra a través del orbitador.
El aterrizador tendría una masa de 700 kg, con 100 kg de propelentes para el aterrizaje, y su forma recuerda a la de la sonda Huygens, el primer artefacto humano que aterrizó en Titán, o al de la sonda marciana Schiaparelli. Con un diámetro de 2,5 metros, carecería de tren de aterrizaje y la base sería una estructura colapsable que amortiguaría el impacto. Sería esterilizado concienzudamente antes del despegue y durante el trayecto a Saturno estaría protegido por una ‘biobarrera’ para evitar contaminación por el resto del vehículo, de forma parecida a las sondas marcianas Viking de los años 70. Una vez concluida la misión del aterrizador, el orbitador se trasladaría a una órbita estable de 200 kilómetros de altitud y 48º de inclinación alrededor de Encélado, donde permanecería hasta el fin de su misión.
La ESA seleccionó Saturno como el objetivo de su misión L4 en marzo de 2024, aunque en ese momento no se había decidido si el fin último de la misión sería Encélado o Titán. Ahora acaba de finalizar la Fase 0 de desarrollo —equivalente a lo que la NASA llama Fase A—, en la cual las empresas candidatas a contratista principal pueden proponer diseños más concretos para los sistemas de la sonda y, por tanto, concretar sus características y presupuesto. Normalmente, para las misiones científicas, esta fase la gestiona la ESA, pero en este caso ha sido realizada por los dos consorcios europeos que compiten por fabricar la sonda: OHB System y Thales Alenia Space, por un lado, y Airbus por otro. De ser aprobada, sería la cuarta gran misión científica de la ESA, o L4 (las tres elegidas hasta ahora son la sonda JUICE para el estudio de Júpiter y sus lunas, ya lanzada, el observatorio de rayos X Athena, que despegará en 2035, y el interferómetro espacial para estudio de ondas gravitacionales LISA, que también debe despegar a mediados de la próxima década). Los instrumentos científicos todavía no se han concretado, aunque para la Fase 0 se presupone una carga útil estándar que incluye un conjunto de cámaras, espectrómetros, magnetómetros, etc. Un grupo de trabajo compuesto por cientificos se ha puesto en marcha para concretar la definición de los instrumentos, teniendo en cuenta la importancia de la miniaturización y optimización de la potencia.
La NASA planea una misión parecida a Encélado, Orbilander, una sonda que en estos momentos es la segunda prioridad de la comunidad científica estadounidense tras la sonda UOP a Urano. Orbilander es un concepto más original, pues todo el vehículo debe aterrizar en Encélado, pero también es mucho más ambicioso. En todo caso, la NASA dispone de la gran ayuda que significa disponer de Pu-238 para RTGs y RHUs, un lujo del que Europa no puede disfrutar. En la próxima Conferencia Ministerial 2025 de la ESA se decidirá si este ambicioso proyecto sigue adelante. De ser así, entre 2026 y 2034 se desarrollaría la fase de definición de la misión de cara a un lanzamiento en 2042 como muy pronto. Europa está a punto de decidir si sigue adelante con su misión espacial más ambiciosa, una sonda que a partir de 2055 podría darnos claves inequívocas sobre la presencia de vida en el océano de Encélado.
Mi profundo agradecimiento a Álvaro Sanz Casado, ingeniero de sistemas del departamento de predevelopment de OHB, por colaborar en la redacción de este artículo.
Referencias:
- Enceladus Exploration with Orbiter and Lander: Phase 0 Mission and Spacecraft Design and Challenges (IAC-25-A3.5.11), Álvaro Sanz Casado et al.
- The Future European Large-Class Science Mission with the Theme «Moons of the Giant Planets» (IAC-25-97395), Silvia Bayón et al.
- Cassini proves complex chemistry in Enceladus ocean
Yo creo que hay que ir perdiendo el miedo a los acoplamientos en la zona cislunar, así que me parece bien. Los acoplamientos te permiten olvidarte de la necesidad de un cohete gordo, una arquitectura distribuida también me parece bien.
Además, para cuando vuele la misión lo mismo en Europa ya habrá algún cohete semi reutilizable, supongo.
Estaba chequeando por ahí y los paneles solares de la ERO dan algo así como 41 kW así que entiendo que, para cuando esta sonda esté lista, la ESA ya tendría dominado el manejo de sondas con paneles solares grandes. Hay que perderle el miedo a manejar sondas con paneles de ese tipo, es un avance importante.
Lo que sí me parece que no tiene perdón es no ponerle calefactores al aterrizador. Siendo una misión de tipo L y con la cantidad de tiempo que tiene por delante, con suerte salió adelante lo del americio y se puede aprovechar para esta sonda.
También es interesante lo de los acoplamientos en el espacio cislunar, con el remolcador hipergólico. Cualquier avance temprano en este sentido se podría aprovechar en el futuro para poder enviar cargas a la Gateway, por parte de la ESA. Además, en el espacio cislunar será necesario efectuar repostajes de propelentes (hipergólicos, xenon y similares), con multitud de aplicaciones para alargar la vida de sondas y naves que se encuentren por la zona.
Por último, tener capacidad de acoplamiento te permitiría, por ejemplo, acoplarte en L2 Tierra – Sol con el futuro HWO u otros grandes telescopios similares, para repostarlos, mejorarlos, repararlos… lo que sea necesario. (me estoy imaginando ahora mismo que se hubieran podido reponer los consumibles que necesitaba Gaia para seguir con su misión…)
Así que supongo que tenemos que ver esta arquitectura de sonda no sólo como una sonda científica en sí misma sino por todos los desarrollos tecnológicos y operativos que conlleva y que serán importantes para no quedarse atrás.
Como ya habéis comentado muchos, ya seré un abuelete muy mayor para entonces, aunque feliz, si llego a verlo, de saber si hay calamares en encelado. Por otra parte, los desafíos tecnicos son demasiados grandes, a no ser qué se usen tecnologías que todavía estén por descubrir. Pilas radioactivas no desde luego, con los políticos que tenemos…
Parece algo más que un powerpoint, ojalá llegue a algo.
Este proyecto es apasionante y augura grandes logros, no cabe duda de ello y seguro que de manera unánime todos le desearíamos los mejores resultados.
Sin embargo, entre la propuesta básica, los necesarios acuerdos, la fase de diseño y pruebas, el plan de lanzamiento y la trayectoria escogida pueden pasar multitud de cosas que lo trasladen a 2050 o más allá… es decir, a unos 25 años vista con respecto a la fecha actual.
Si queremos explorar a fondo el Sistema Solar en unos términos de tiempo humanamente razonables necesitamos desarrollar métodos de propulsión mucho más rápidos y eficientes que los de hoy en día. Es un anhelo complejo, sí, pero también una aspiración compartida a la que no deberíamos renunciar nunca.
Mentes creativas, formulen ideas.
Para los defensores de la opción Falcon Heavy (pero en qué quedamos ¿va a seguir existiendo el Falcon Heavy en 2042?) no tengo claro que lanzarlo de una pieza aporte demasiado. Hablamos de un pack de 14 Tm. No tengo claro que fuera capaz de ponerlo en velocidad de escape o lo haría por los pelos, no?
Por otro lado, considerando las políticas de retorno geográfico que rigen la ESA ¿qué país pagaría por el lanzador USA? tened en cuenta que es un pastón y no creo que ni Francia ni Italia estuvieran por la labor ¿Alemania, UK? …allá ellos.
Para 2042 la Starship sera la norma y los vuelos de recarga orbital seran algo cotidiano, ya habra 1 o 2 depots en orbita cargados para cualquier mision que quiera enviarse al espacio profundo, lo inteligente aqui seria contratar una starship para lanzar la sonda a encelado, que se cargue en el depot en LEO y lance a la sonda con toda la delta V que tal recarga permitiria, no existiria nada igual en cuanto a cantidad de delta V aportada para llegar lo antes posible
Pues eso a la NASA le vendrá fenomenal. Pero a nosotros nos dará igual para misiones europeas.
No me preocupa lo del lanzador de esta misión. Para entonces, ya estará en servicio el Miura Next Super Heavy con sus hasta 53 toneladas de carga. Está todo previsto 😉😉😉.
Espetacular misión pero creo que lo del lander es difícil de llegar a cabo no por la complejidad técnica sino por lo del protocolo de seguridad planetario es decir que no hay garantía de que no llevemos baterías a encelados y la contaminemos
PD hoy vuelve a volar el new glem ojalá que puedan recuperar la primera etapa para el disgusto de elon musk 😈
Muchísimas gracias a Daniel y a Alvaro por compartir este trabajo con nosotros. Me parece super interesante y me ha encantado ver una misión a los planetas exteriores que incluye el acoplamiento con una etapa propulsiva, es un método que hace años que pienso que debería utilizarse. Yo habría propuesto algo diferente en cualquier caso. ¿Por qué no aprovechar la segunda etapa del Ariane 6 como etapa propulsiva? Se que se quiere hacer un orbitador y aterrizador super-ambiciosos (y grandes) pero, si el lanzamiento 1 fuese carga útil + etapa SEP y el lanzamiento 2 fuese un Ariane 64 sin carga útil, solo con el sistema de acoplamiento, se podrían encontrar en órbita HEO de 8h o 12h y re-encender la segunda etapa dando un Delta v de más de 2 km/s al conjunto. Suficiente para la transferencia a Saturno directa llegando allí en menos de 6 años y sin necesitar diseñar la etapa química. ¿Son los paneles solares gigantes el condicionante o la necesidad de hacer un orbitador enorme?
Es una misión super ambiciosa y que ojalá sea seleccionada. Eso si, la estrategia de planificar misiones a 30 años vista creo que nos mata la ilusión por estas misiones que serían tan apasionantes si fueran a un plazo a 10 años.
La segunda etapa del Ariane es criogénica, lo mismo es complicarte la vida con los tiempos.
La etapa criogénica necesitaria hacer una corrección en el apogeo para situarse en orbita de ‘intercepcion’ con la sonda y en la segunda orbita se acoplaría para en el segundo perigeo hacer el encendido de escape.. Se supone que puede hacer inserción en GEO así que pedir un segundo encendido después de 16 horas en orbita no me parece descabellado… Pero si tienes razón que podría requerir una certificación de la etapa para duración más larga de la diseñada.
Afinando un poco más los cálculos de DeltaV me sale que la etapa 2 del Ariane 6 tendrá una masa en seco de 5170 kg o así, y que había subestimado la capacidad de carga a HEO (que serían unas 13 toneladas) pero que también he sobreestimado la capacidad de una segunda etapa como etapa impulsora por lo que no tendría suficiente impulso para enviar la sonda en transferencia a Saturno. Así que supongo que la arquitectura propuesta por nuestro compañero Billy es probablemente mejor opción (para sorpresa de nadie)
Un proyecto impresionante. Me alegro por los que vivan para verlo terminado.
Lo de encadenar propulsores desechables en órbita me parece digno de usarlo a menudo en misiones de espacio profundo, porque es una manera no demasiado complicada, y probada, de aplicar propulsión a una nave sin obligarle a transportar grandes depósitos. Para mí que tiene mucho más sentido que rellenar de propelentes, en órbita, a base de muchos lanzamientos, una nave gigante que al llegar al destino lleva mucha más masa de depósitos y de motores que de carga útil.
«La superficie de los paneles solares no podrá superar los 200 metros cuadrados (100 m² por ala), atendiendo a criterios de viabilidad técnica»
¿Sería técnicamente viable hacer paneles solares inflables, para ahorrar masa de sus estructuras y para facilitar su despliegue sin necesidad de mecánica compleja y pesada?
¿Se ha probado alguna vez a obtener energía solar térmica en el espacio por efecto invernadero, por ejemplo mediante un globo con gas?
Si empiezan mañana mismo a regularla, quizás para 2046 ya acaben y puedan empezar a construirla!
Bromas aparte, suena a una misión súper interesante y es una lástima que no tenga RTGs; una misión de este valor debería tenerlos y me sorprende que no se tenga en ESA un plan a 10 años para desarrollar los propios… Europa aún es una potencia nuclear y me parece increíble que no lo logren.
En fin, en 2040 esperemos la tecnología de baterías sea mucho mejor
Ojalá lo logren! Ya sea que lo lancen en un New Armstrong, o una starship
La misión en si me encanta. La estrategia ingenieril me parece floja.
El lanzador debería ser un Starship para limitar los requisitos de peso y volumen al máximo y llegar más rápido. La NASA no es confiable políticamente. SpaceX lanza Kuipers y lo que haga falta. El cohete hoy en día es un servicio técnico.
Con un cohete grande no hay ensamblaje orbital. Poder se puede hacer, pero el mandato es hacer la sonda lo más segura, sencilla, barata, funcional… si puedes comprar un cohete grande pues no te arriesgues ni aumentes el precio de la sonda con complicaciones.
2055 para aterrizar son 30 años joder, el mandato debería ser estar allí en 5 o 10 años, esnifar los géiseres, traer información y luego mandar otra sonda. Si la cosa se complica tantísimo, volvamos a lo esencial que es analizar el agua de los géiseres y hagámoslo en un tiempo razonable y con los equipos necesarios.
Con los paneles estoy dividido, ya que en plutonio la NASA no es confiable, Rusia no está. Si China entrara en juego se debería intentar. Lo del Americio no se cuan disponible está, así que las opciones están agotadas, pues ahí si nos complicamos un poco de más con paneles.
Me parece que esfe no es el camino de hacer ciencia y me da la sensación que a los ingenieros se les aceptan opciones complejas sin sentido y poco prácticas. Los mandatos no están claros y el resultado es una misión cara, compleja y con unas fechas demenciales. Pediría que se vuelva a la mesa de diseño a lo Koroliev con el primer Sputnik que le presentaron, que se miren un vídeo de Zubrin indignado y se apliquen un poco el cuento:
Cual es la manera de analizar el contenido de los géiseres de Encélado con la mayor simplicidad, celeridad, seguridad y economía con un buen retorno científico: buenos experimentos, entrada en órbita, misión de larga duración…
Algunos gobiernos europeos relevantes no consideran que esto de los lanzamientos sea un «servicio técnico». Mientras eso siga siendo así, poco más hay que hablar.
Piensa que dos A-64 son 8 sólidos… es como lanzar 8 Vegas. Lo mismo a los italianos les interesa.
Por otro lado, las arquitecturas distribuidas son una alternativa seria y asequible que es necesario explorar y apoyar.
El JWST se lanzó en un Ariane V porque era una buena opción. Meter polítca proteccionista en una misión flagship es una mala idea, que lo hagan para satélites comerciales o estatales meteorológicos. Que jueguen a ensamblar en órbita donde tenga sentido. En una misión tan cara, tan compleja y tan a futuro lo importante es simplificar al máximo, reducir presupuesto y riesgo. Llegar a encélado ya es una misión en si misma, hay que evitar añadir más presión sobre el diseño, evitar complicarse la vida y ir a por el diseño que tenga más sentido para la misión.
El lanzamiento del Webb fue parte de la contribución europea a la misión. La NASA no le pagó mi un euro a Arianespace ni nunca la NASA pagó un euro a nadie, hasta donde yo recuerde.
Si la NASA está interesada en cooperar en esta misión puede ofrecernos gratuitamente el lanzamiento en una Starship y que ellos le paguen a SpX por ese servicio. Ya es cuestión de que a la ESA le interese o no el colaborar.
Me parece ridículo que se plantee una mision a 15-20 años vista que tenga una masa de 8 toneladas, por favor, para entonces Starship estara lanzando cientos o miles de veces al año, e incluso una Starship Europea debería estar más que operativa. Como te vas a gastar una millonada haciendo un cacharro de 8 toneladas y que requiere 2 lanzamientos, si puedes hacerlo 10 veces mas grande, por menos dinero y con muchas mas prestaciones? Europa tiene un potencial enorme, pero con estos gestores que se enorgullecen mas de regular que de construir, vamos de mal en peor.
Cuando la Starship haga esos miles de vuelos al año que dices ya veremos. Mientras tanto, hay que planificar.
La Starship ha demostrado cadencia y está a un paso de entrar en servicio. Para entonces tendrás un NG maduro y espero que alguna solución europea para lanzae de una pieza. Planificar un ensamblaje en base al Ariane 6 de hoy es ser muy corto de miras. A malas probablemente un FH te lo lanza de una pieza, abaratas costo, simplificas la misión, la ingeniería y el riesgo de la misión.
Es que quizá no se pretende minimizar la ingeniería… que para eso esto es una misión de tipo L.
¡¡ La misión largamente deseada por todo el mundillo astro, biológicotrastornado y más allá !!!
A mí, con mucha suerte, me rondará casi el centenario, de circunvalaciones solares.
¡¡ No se la haré fácil a la parca; le cobraré caro su osadía y atrevimiento !!!
Pues, que decepción tener que esperar algo que realmente vale pena tanto tiempo, y dudo que llegue a verlo (nací en 1966)… las cacharradas de Elon & Jeff me parecen absolutamente aburridas en cambio… ojalá haya alguna innovación que permita acelerar estos tiempos
Encelado.
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¿Estará… en celo? Badum-tssss.
😀