La NASA imagina la implementación de nuevas tecnologías en misiones a Urano y Neptuno

Astrónomos preparan una misión “ideal” para explorar a los gigantes de hielo

Ciudad de México (N22/Redacción).- Si pudieras diseñar la misión de tus sueños a Urano o Neptuno, ¿cómo sería?, ¿explorarías el terreno de Miranda, una de las lunas de Urano?, ¿o los anillos grumosos de Neptuno?, ¿qué pasa con las extrañas interacciones de cada planeta con el viento solar?

Científicos diseñaron recientemente una misión hipotética a uno de los planetas gigantes de hielo en nuestro sistema solar. Exploraron cómo se vería una nave espacial para llegar a Urano si ésta incorporara las últimas innovaciones y tecnologías de vanguardia.

«Queríamos reflexionar sobre tecnologías que realmente pensábamos, “están empujando el límite”. […] No es una locura pensar que podrían estar disponibles para volar dentro de diez años», dijo para el medio Eos, Mark Hofstadter científico del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) y el Instituto de Tecnología de California, en Pasadena. 

Algunas de las innovaciones son iteraciones naturales de la tecnología existente, dijo Hofstadter, como el uso de hardware y chips de computadora más pequeños y livianos. El uso de los sistemas más actualizados puede reducir el peso y ahorrar espacio a bordo de la nave espacial. «Un cohete puede lanzar una cierta cantidad de masa, así que cada kilogramo menos de estructura de nave espacial que necesites, eso es un kilogramo adicional que se podría poner en los instrumentos científicos.»

La nave espacial soñada combina dos tecnologías probadas en el espacio en un motor completamente nuevo, llamado Propulsión eléctrica por radioisótopos (REP, por sus siglas en inglés).

Una nave espacial funciona como cualquier otro vehículo: una batería proporciona la energía para ejecutar los sistemas a bordo y arrancar el motor. La potencia mueve el combustible a través del motor, donde sufre un cambio químico y que da el empuje necesario para mover el vehículo. En la nave espacial soñada, la batería obtiene su energía de la desintegración radiactiva del plutonio, que es la fuente de energía preferida para viajar por el sistema solar exterior donde la luz solar es escasa. Voyager 1, Voyager 2, Cassini y New Horizons usaron una fuente de energía de radioisótopos, pero usaron combustible de hidrazina en un motor químico que los arrojó rápidamente a los confines del sistema solar.

El motor de iones de la nave espacial soñada utiliza gas xenón como combustible: el xenón está ionizado, un campo eléctrico de energía nuclear acelera los iones de xenón y éste sale de la nave como escape. Las misiones Deep Space 1 y Dawn utilizaron este tipo de motor, pero fueron alimentadas por grandes paneles solares que funcionan mejor en el sistema solar interno donde operaban esas misiones.

El gas xenón es muy estable. Una nave puede transportar una gran cantidad en un recipiente comprimido, lo que alarga la vida útil del combustible de la misión. «REP nos permite explorar todas las áreas de un sistema gigante de hielo: los anillos, los satélites e incluso la magnetosfera a su alrededor. Podemos ir a donde queramos. Podemos pasar todo el tiempo que queramos allí […] nos da esta hermosa flexibilidad», mencionó Mark Hofstadter.

Una nave espacial autónoma

Con REP se podría volar más allá de los anillos, las lunas y el planeta en sí unas diez veces más lento que una nave con un motor de combustión química tradicional. Moviéndose a una velocidad lenta, la nave podría tomar imágenes estables, de larga exposición y de alta resolución. Pero para aprovechar al máximo el motor de iones, la nave necesita navegación automática a bordo.

«No sabemos con precisión dónde está la luna o un satélite de Urano, o la nave espacial [en relación con la luna]», dijo Hofstadter. La mayoría de los satélites de Urano se han visto solo desde lejos, y los detalles sobre su tamaño y órbitas exactas aún no están claros. «Y así, debido a esa incertidumbre, siempre quieres mantener una distancia saludable entre tu nave espacial y lo que estás mirando para no chocar contra ella».

Ese nivel de navegación autónoma a bordo no se ha intentado antes en una nave espacial. El rover Curiosity de la NASA (Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio) tiene una capacidad limitada para trazar un camino entre destinos y orígenes, interpretación espectral, identificación de recursos, seguridad, Regolith Explorer (OSIRIS-REx) podrán detectar peligros y abortar su intento de recuperación de muestras. 

La nave espacial soñada sería más como un auto sin conductor. Sabría que necesita hacer un sobrevuelo de Ofelia (una de las lunas más pequeñas del Sistema Solar), por ejemplo, luego trazaría su propio camino a baja altitud sobre la superficie que visita puntos de interés como el terreno del caos. También navegaría por peligros inesperados como acantilados irregulares. 

Ideas de ensueño

Con espacio adicional a bordo de la electrónica más elegante, además de sobrevuelos bajos y lentos desde el REP y la navegación autónoma, la nave espacial de ensueño podría transportar aterrizadores a las lunas de Urano y dejarlos caer fácilmente en la superficie.

«Diseñamos una misión para transportar tres pequeños módulos de aterrizaje que podríamos dejar caer en cualquiera de los satélites», dijo Hofstadter. El tamaño, la forma y las capacidades de los módulos de aterrizaje pueden ser desde cámaras simples hasta un conjunto completo de instrumentos para medir la gravedad, la composición o incluso la sismicidad.

Esta nave espacial podría inspeccionar los 27 satélites de Urano, desde el más grande, Titania, hasta el más pequeño, Cupido, de solo 18 kilómetros de diámetro. El equipo de la misión podría decidir la mejor manera de desplegar los módulos de aterrizaje.

Un sueño… ¿posible?

Los científicos que compilaron el estudio interno reconocieron que probablemente no sea realista incorporar todas estas tecnologías innovadoras en una sola misión. Hacerlo implicaría un gran riesgo y un alto costo, dijo Hofstadter.

Por el momento, no hay ninguna misión de la NASA en consideración para explorar Urano o Neptuno. En 2017, Hofstadter y su equipo trabajaron sobre la necesidad de una misión en uno de los planetas gigantes de hielo y ahora esperan que estas tecnologías del futuro puedan inspirar una propuesta de misión.

Con información de la Smithsonian Magazine