En poco más de un año, comenzará una nueva década, y con ella se abrirá una corriente completamente nueva de ideas para las misiones de la NASA, algunas más cercanas, como Marte, otras más lejanas. Algunos muy lejanos. Algunas personas esperan que la era de los viajes robóticos a mundos que no son solo millones, sino miles de millones de kilómetros de nosotros se abra para nosotros. Estos incluyen Urano y Neptuno (los planetas que visitamos en 1986 y 1989, respectivamente), así como cientos de cuerpos de hielo fuera de la región conocida como cinturón de Kuiper.
El cinturón de Kuiper es el hogar de Plutón y miles de otros mundos de distintos tamaños. La mayoría de los cuerpos están formados por los componentes básicos de nuestro sistema solar, escoltados hace mucho tiempo a regiones heladas distantes. Una visita al Cinturón de Kuiper puede proporcionarnos pistas sobre cómo se formaron nuestro planeta y sus vecinos, por qué hay tanta agua y otros misterios.
En las fronteras del sistema solar
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Urano y Neptuno también encierran muchos misterios por sí mismos. Cuanto más aprendemos sobre los sistemas planetarios, más a menudo vemos que la mayoría de los mundos no son tan grandes como Júpiter ni tan pequeños como la Tierra. Muchos de ellos tienden a ser similares en tamaño a Urano y Neptuno, "gigantes de hielo" que reciben su nombre del estado exótico del hielo de agua que se encuentra bajo capas nubladas. Estudiar Urano y Neptuno no solo nos ayudará a comprender los planetas de nuestro sistema solar, también nos ayudará a comprender los planetas que giran alrededor de otras estrellas.
Muchas de estas misiones dependen del tiempo. La próxima encuesta Decadal, la "encuesta de diez años" de la NASA sobre cuándo la agencia envía naves espaciales en las décadas de 2020 y 2030, podría crear o interrumpir estos planes de gran alcance para explorar el sistema solar exterior.
Encuesta Decadal: Cómo progresará la Encuesta Decadal
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A partir de 2020, un grupo de la Academia Nacional de Ciencias (con la participación de varios interesados de la comunidad espacial) se reunirá y elaborará una lista de objetivos de investigación prioritarios. Los científicos ofrecerán sus opciones en forma de recomendaciones escritas conocidas como "informes técnicos" (lea: informe técnico).
De estas recomendaciones surgirá un consenso general sobre cuáles deberían ser las prioridades. Estos objetivos sirven como puntos de referencia para las ofertas de misiones de rango medio en la categoría New Frontiers (New Horizons y Juno estaban en esta categoría). La NASA primero compila una lista de misiones propuestas y luego las reduce gradualmente a una o dos finalistas. Una vez que un finalista recibe luz verde, el equipo detrás de él puede comenzar a planificar y diseñar, y esto lleva años.
Todo esto puede dificultar el acceso a una ventana específica a través de la cual será posible explorar Urano o Neptuno, así como mirar un objeto del cinturón de Kuiper. Por eso, los gráficos precisos son riesgosos.
Visitando al gigante de hielo
Uno de los grupos, en particular, consideró la opción de una misión para visitar Urano y Neptuno al mismo tiempo. La última iteración incluye un sobrevuelo de Urano y un orbital de Neptuno. Dirigidos por Mark Hofstadter y Amy Simon, los científicos planean ver un lado de Urano diferente al observado por la Voyager 2 en 1986 y estudiar Neptuno y su luna más grande, Tritón. Triton gira hacia atrás, lo que puede deberse al hecho de que alguna vez fue el objeto más grande en el cinturón de Kuiper, antes de que Neptuno tirara de Triton hacia sí mismo, expulsando muchos de sus satélites originales.
Simon dice que estas misiones deben desplegarse durante 15 años, incluido el tiempo de viaje e investigación. Esto se debe al tiempo que las partes individuales del vehículo pueden sobrevivir en el espacio con relativa certeza. Si bien una nave espacial puede vivir más tiempo, 15 años es el mínimo, durante los cuales se puede estar seguro de que la misión cumplirá al máximo con sus tareas científicas. Pero, ¿cómo asegurarse de que el viaje no desperdicie demasiados recursos en la fase actual de investigación? Una forma de acelerar una nave espacial es utilizar la fuerza gravitacional del planeta para acelerar.
“Por lo general, para llegar allí en menos de 12 años, vuelan alrededor de planetas, que suelen incluir la Tierra y Venus”, dice Simon. En tales escenarios, te sumerges en el pozo de gravedad del planeta, esperando un efecto de tirachinas que acelere tu nave y ahorre la mayor cantidad de combustible posible. Júpiter también es utilizado por la mejor de las opciones, ya que es el más masivo y puede acelerar enormemente la nave espacial.
New Horizons, por ejemplo, utilizó la ayuda de Júpiter para llegar a Plutón. Cassini usó cuatro sobrevuelos separados para acelerar con Saturno después de lanzarse desde la Tierra, recibiendo la aceleración de Venus dos veces, regresando a la Tierra y finalmente el salto final desde Júpiter.
Simon dice que para llegar a Urano en un horario apretado, se podría usar un sobrevuelo de Saturno, por ejemplo, en una ventana entre 2024 y 2028, para atrapar al gigante gaseoso en el lugar correcto en su órbita de 29 años. Tal misión requerirá una consideración rápida por los estándares de la NASA; generalmente las misiones se planean diez años antes del lanzamiento, luego se planean, diseñan y lanzan dentro de los cinco años, por lo que tendrá que confiar en la siguiente ventana, un sobrevuelo de Júpiter entre 2029 y 2032, seguido de una salida. a Neptuno. La próxima oportunidad aparecerá no antes de diez años a partir de ahora.
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Una misión a Urano puede usar propulsores y motores tradicionales para llegar más rápido a los puntos de aceleración, ya sea un cohete Atlas V o un cohete Delta IV Heavy. Pero debido a que Neptuno está tan lejos y la trayectoria exacta no se alinea tan perfectamente como nos gustaría, la misión a este planeta se basará en el Sistema de Lanzamiento Espacial, los cohetes de próxima generación de la NASA con mayor carga útil (y ni siquiera ha volado todavía). Si no está listo a tiempo, tendremos que confiar en otra tecnología de próxima generación: la propulsión eléctrica solar, que utiliza energía solar para encender gas ionizado para acelerar el vehículo. Hasta ahora, solo se ha utilizado en la nave espacial Dawn en misiones a West y Ceres y en dos misiones a pequeños asteroides.
“Incluso en el caso de la electricidad solar, los motores químicos siguen siendo necesarios en caso de que la energía solar se vuelva ineficaz y para frenar en órbita”, dice Simon.
Por tanto, el calendario es bastante ajustado. Pero si nos movemos más activamente, ambas misiones pueden tener un propósito diferente: llegar a los mundos inexplorados del cinturón de Kuiper.
Gran desconocido
Otro artículo, escrito por tres miembros del equipo de New Horizons, examina la posibilidad de regresar al cinturón de Kuiper después de una exitosa caminata de sonda a Plutón. “Vimos lo interesante que era y queríamos saber qué más había”, dice Tiffany Finley, ingeniera en jefe del Southwest Research Institute (SWRI) y coautora de un artículo publicado en el Journal of Spacecraft and Rockets.
El cinturón de Kuiper contiene restos de hielo de la formación del sistema solar, y los objetos en él incluyen una gran variedad de materiales diferentes. Plutón, por ejemplo, es un poco más grande que Eris. Pero Plutón está hecho de hielo, por lo que tiene menos masa. Eris está compuesto en su mayor parte por rocas, por lo que es más denso. Algunos mundos parecen estar compuestos de metano, mientras que otros contienen mucho amoníaco. En algún lugar del patio trasero de nuestro sistema solar, hay muchos planetas enanos y mundos pequeños que contienen puntos clave para nuestra comprensión de cómo surgen los planetas y si otros sistemas planetarios podrían ser como el nuestro.
Los científicos utilizaron restricciones estrechas: limitaron la misión a 25 años y examinaron 45 de los objetos más brillantes del cinturón de Kuiper, comparándolos con respecto a diferentes escenarios de sobrevuelo planetario. Júpiter, sorprendentemente, ha descubierto la mayoría de los objetivos de la lista. Pero la ventana de Júpiter se abre una vez cada 12 años, lo que hace que las misiones de Júpiter dependan del tiempo. Un simple sobrevuelo de Saturno proporciona una lista bastante buena de objetivos del cinturón de Kuiper.
Pero cuando emparejas estos mundos con Urano o Neptuno, tienes la oportunidad de descubrir nuevos hechos sobre nuestros misteriosos y más distantes planetas e incluso algunos planetas enanos de una sola vez.
El efecto tirachinas ayudará a llegar a estos mundos, primero desde Júpiter y luego desde otro planeta. Cada uno de estos planetas se alinea con Júpiter en una ventana estrecha en la década de 2030 y encaja perfectamente en diferentes partes de esa década. Por ejemplo, para llegar a la lista de mundos en el camino con Neptuno, debe llegar a Júpiter a principios de la década de 2030, y llegar al cinturón de Kuiper a través de Urano requeriría un lanzamiento a mediados de la década de 2030. Júpiter y Saturno se alinean a tiempo para una honda en el cinturón de Kuiper a fines de la década de 2030.
La lista de objetivos ofrece muchas posibilidades interesantes. Varuna, un mundo alargado que ha adquirido esta forma debido a su rápida velocidad de rotación, es perfecto para volar alrededor de Júpiter-Urano. Neptuno, como ya se mencionó, ofrece un vistazo de Eris. La misión a través de Júpiter-Saturno permitirá la observación de Sedna, un gran planeta enano con una órbita que podría señalar el camino hacia un planeta diez aún no descubierto. Júpiter-Saturno te permitirá detenerte en uno de los planetas enanos más interesantes: Haumea.
Al igual que Varuna, Haumea tiene forma de huevo, mientras que la mayoría de los grandes planetas enanos del cinturón de Kuiper suelen ser redondos. Pero Haumea obtuvo esta forma de una antigua colisión que le dio dos lunas, un sistema de anillos y una cola hecha de escombros. Cuando los asteroides tienen una composición similar, se les llama la "familia de colisiones". Haumea produjo la única familia conocida de colisiones en el cinturón de Kuiper.
Elijamos lo que elijamos, no tendremos mucho tiempo. Por lo tanto, si queremos ver los anillos de Haumea o incluso la luz alienígena roja de Sedna, el trabajo debe comenzar lo antes posible. Estos mundos son tan pequeños que solo hay una forma de descubrir sus secretos: llegar a ellos.
Ilya Khel
