El próximo objetivo de la NASA para explorar el Sistema Solar es Urano. Desde 2022, la comunidad científica estadounidense considera que la misión UOP (Uranus Orbiter Probe) es la máxima prioridad. El problema, como vimos con el concepto de misión europea L4 a Encélado, es que viajar al Sistema Solar exterior lleva tiempo. Mucho. En comparación con los periodos de tiempo impuestos por la mecánica celeste más allá de Marte, nuestras vidas son un breve parpadeo. Y es que la sonda UOP, de unas cinco toneladas de masa, tardaría unos trece o catorce años en llegar a Urano, incluso usando un cohete potente como es el Falcon Heavy y un sobrevuelo de Júpiter. ¿No podemos ir más rápido? Pues sí, estos tiempos de vuelo se pueden acortar usando etapas de propulsión eléctrica (solar o nuclear) o mediante el empleo de cohetes más grandes, lo que incrementa los costes.

Pero en cualquier conversación relativa a la exploración el Sistema Solar es inevitable que, más pronto que tarde, se saque el «comodín Starship». La idea es más o menos la siguiente: «si la Starship es capaz de alcanzar cualquier rincón del Sistema Solar, ¿por qué no nos olvidamos de sondas y sus lanzadores y los sustituimos por el sistema de lanzamiento de SpaceX?». La respuesta, obviamente, es que en los programas espaciales juegan un papel importante otros factores, como pueden ser el prestigio nacional o favorecer diferentes empresas de los países participantes. Segundo, porque no nos olvidemos que, incluso si usamos los lanzadores más caros, el coste de lanzamiento suele ser una parte relativamente menor del presupuesto de una misión compleja (por ejemplo, la misión Cassini salió por unos 3300 millones de dólares, de los cuales 422 millones correspondían al lanzamiento).

En cualquier caso, un reciente estudio del MIT ha decidido agarrar el toro por los cuernos y analizar las ventajas del uso de la Starship en una misión a Urano. El estudio es categórico: la Starship podría reducir el tiempo de vuelo de 13-14 años a solo 6,5 años, o sea, la mitad. En realidad, este tiempo de vuelo es solo si la Starship realiza aerocaptura en la atmósfera de Urano, una maniobra que no es trivial. Y es que aunque la Starship dispone, como todos sabemos, de un escudo térmico, otra cosa es que aguante los rigores de una aerocaptura tras siete años de exposición al espacio exterior. Sin aerocaptura, la Starship puede enviar una sonda de 5 toneladas como la UOP en una trayectoria directa hacia Urano de diez años con nueve vuelos de recarga de propelentes (usando características del vehículo de hace unos años). En este caso, la sonda se encargaría de efectuar el encendido de frenado alrededor de Urano. Si este encendido lo hiciera la propia Starship, el tiempo de vuelo sería inferior a nueve años y se podría lograr con solo siete vuelos de transferencia de propelentes. Si en vez de reducir el tiempo de vuelo, lo que queremos es aumentar la carga útil, podemos enviar una sonda de 25 toneladas (!) a Urano —sin aerocaptura— con nueve vuelos de repostaje que tardaría lo mismo en llegar que la UOP (un ejemplo de esta capacidad lo hemos visto en el concepto de misión Arcanum, que usa la Starship como vehículo de lanzamiento).

La gran ventaja de Starship es al mismo tiempo su gran debilidad: el repostaje en órbita. Starship, que no deja de ser la segunda etapa de un sistema totalmente reutilizable, requiere de trasvase de propelentes en órbita para salir del pozo gravitatorio terrestre. Se trata de un desafío tecnológico considerable, pero tiene la gran ventaja de permitir «resetear» la ecuación de Tsiolkovsky (la ecuación del cohete). Para alcanzar los planetas del Sistema Solar, la mayor parte de la Delta-V (energía) requerida se gasta simplemente en alcanzar la órbita baja terrestre (LEO). Al repostar en órbita, la Starship puede, en teoría, alcanzar cualquier cuerpo del Sistema Solar (otra cosa es descender a su superficie y regresar, pues ahí el gasto energético puede ser mucho mayor).

Nadie espera que UOP despegue antes de 2035, por lo que no podrá realizar un sobrevuelo de Júpiter y, aunque pasará por Venus para compensar en algo está desventaja, el tiempo de vuelo hasta Urano será de más de catorce años. Esto es importante porque la única sonda que sobrevoló Urano ha sido la Voyager 2 en 1986 y lo hizo durante el solsticio de verano del hemisferio sur. Debido a que el eje de Urano está «tumbado», la Voyager solo pudo contemplar el hemisferio sur del planeta y de sus lunas. Por este motivo se considera prioritario llegar antes de 2049, cuando tendrá lugar el equinoccio. De esta forma se podrán observar los dos hemisferios, especialmente el septentrional. Al fin y al cabo, las lunas de Urano son los mayores cuerpos sólidos del Sistema Solar que peor conocemos.

Starship puede efectuar, en teoría, una transferencia directa hacia cualquier planeta del Sistema Solar exterior, con una ventana de lanzamiento que se repite cada año, sin necesidad de sobrevuelos de otros planetas para asistencias gravitatorias. La capacidad de carga y el número de lanzamientos requeridos para cargar de propelentes una Starship siguen siendo objeto de debate y dependerán de las prestaciones del diseño final (¿versión Block 4?).

El gran problema de toda esta arquitectura es que, si queremos aprovechar al máximo las capacidades de la Starship —aerocaptura, inserción orbital usando los motores de la nave, etc.—, SpaceX debe lograr mantener el metano y el oxígeno en estado líquido durante muchos años, algo que está muy lejos de lograr (incluso para mantener los propelentes en estado líquido en órbita terrestre durante meses se requerirán depósitos especiales). Y, para colmo, no podrá aprovecharse de la energía solar para refrigerar los propelentes, salvo en las etapas iniciales del vuelo, por lo que se requerirán reactores nucleares, que son muy masivos. En el caso de que optemos por la aerocaptura, como ya hemos comentado, habrá que ver si el escudo térmico de cerámica aguanta las temperaturas y radiación del espacio interplanetario durante siete o más años.

Sea como sea, el estudio demuestra el gran potencial de Starship para explorar el Sistema Solar exterior y, en concreto, la gran ventaja que ofrece la aerocaptura a la hora de reducir los tiempos de vuelo y aumentar la masa útil. Sin aerocaptura no importa lo potente que sea nuestro lanzador, ya que estamos limitados a unas velocidades de llegada a la órbita de Urano de unos 2 km/s. Si recortamos el tiempo de vuelo, la velocidad de llegada será mayor y, por tanto, el gasto en propelentes también lo será. Por supuesto, esto no es nuevo: la NASA lleva estudiando décadas la aerocaptura para reducir la duración de misiones a Urano y Neptuno, e incluso recientemente se ha contemplado esta técnica para la misión UOP. Es decir, con el fin de que la Starship se convierta en una opción viable para estudiar Urano tenemos que esperar que el sistema cumpla sus especificaciones prometidas.

Referencias:

• https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/163232/Starship_for_Uranus_IEEE_2025.pdf