La historia de la sonda CRAF, la gemela olvidada de Cassini

por Daniel Marín

Una sonda espacial es un producto artesanal. De alta tecnología, pero artesanía al fin al cabo. Cada vehículo se diseña específicamente para una misión determinada y, como es normal, los costes se disparan. Por este motivo cada cierto tiempo surgen propuestas para crear una plataforma común que se pueda usar en varias misiones y que permita reducir la factura de cada proyecto. O lo que es lo mismo, una especie de Modelo T de las sondas espaciales. En 1981 la NASA se hallaba en una encrucijada. Casi todas las misiones espaciales habían resultado ser más complejas y caras que las precedentes. El precio de las sondas parecía seguir una función exponencial, lo que se tradujo en numerosas cancelaciones y en una sequía de misiones en la década de los 80. Para solucionar este problema se propuso crear dos familias de sondas espaciales. La serie Planetary Observer tendía un coste máximo de 150 millones (en dólares de principios de los 80) y estaría dedicada a misiones al sistema solar interior, mientras que la Mariner Mark II (MMII) se dedicaría a explorar el sistema solar exterior y su precio no superaría los 300 millones por misión.

CRAF (un diseño de principios de los 80) se acerca al cometa Kopff (NASA).

Las sondas Mariner Mark II debían ofrecer resultados científicos de calidad a una tercera parte del coste de misiones como Galileo —el primer orbitador de Júpiter—, aunque no estaba muy claro cuáles serían sus aplicaciones. Un objetivo evidente de las MMII, tras las misiones Voyager y Galileo, era enviar un orbitador a Saturno. Esta propuesta recibió el nombre de SFTP (Saturn Flyby/Titan Probe) y se transformaría con el tiempo en la misión Cassini. ¿Pero qué otros destinos podían visitar las sondas MMII además de Saturno? Mandar un orbitador a Urano o Neptuno no se consideraba una prioridad porque la Voyager 2 todavía no había visitado estos mundos. Así que se propuso una sonda a Plutón y, especialmente, varias misiones a los asteroides y cometas. A principios de los 80 los cuerpos menores del sistema solar eran unos completos desconocidos, pero la comunidad científica estaba de acuerdo en que estos pequeños objetos guardaban los secretos de la formación del sistema solar.

Uno de los primeros diseños de las Mariner Mark II de 1984 (NASA).

Variantes de la Mariner Mark II para distintas misiones (NASA).

Diseño original de la sonda de retorno de muestras CNSR entre ESA y NASA, básicamente una sonda Mariner Mark II con un tren de aterrizaje y una cápsula europeos. Este proyecto se transformaría en Rosetta (ESA).

Las sondas MMII, equipadas con generadores de radioisótopos (RTG) y amplias reservas de combustible, prometían ser capaces de estudiar varios asteroides y cometas en el transcurso de cada misión. La primera propuesta de esta familia en ser concretada fue la misión CRAF (Comet Rendezvous with Asteroid Flyby), que sería también la primera sonda Mariner Mark II en ser lanzada. CRAF no se limitaría a sobrevolar un cometa brevemente como la flotilla de sondas que visitaría el Halley en 1986, sino que lo orbitaría y seguiría durante varios meses, incluyendo el paso por el perihelio, con el fin de observar el incremento en la actividad cometaria. La mayoría de cometas están situados en órbitas excéntricas, así que para alcanzarlos es necesario un gasto energético considerable o llevar a cabo maniobras de asistencia gravitatoria con planetas. Esto implica que la elección del cometa objetivo condiciona toda la misión y la fecha de lanzamiento.

Una de las trayectorias de CRAF para visitar el cometa Kopff con lanzamiento en 1990 (NASA).

Otra trayectoria alternativa para visitar el cometa Kopff (NASA).

La lista de cometas elegidos inicialmente estaba formada, entre otros, por Encke, Kopff, Borrelly, Wild 2, Honda-Mrkos-Pajdusakova, Giacobini-Zinner, Tempel 1, Tempel 2, Tuttle-Giacobini-Kresak y Churyumov-Gerasimenko, aunque las ventanas de lanzamiento a cada uno de ellos eran muy variables tanto en fechas como en requisitos de Delta-V. De todos ellos se decidió que los mejores eran los cometas Kopff, Honda-Mrkos-Pajdusakova, Tuttle-Giacobini-Kresak y Wild 2, puesto que podían ser alcanzados siguiendo una trayectoria directa sin necesidad de asistencias gravitatorias en un periodo de tiempo de entre 3,5 y 5 años, siempre y cuando el lanzamiento tuviese lugar en 1990 o 1991. El cometa Kopff era el favorito porque había disponibles nada más y nada menos que cuatro ventanas de lanzamiento entre 1990 y 1991. En función del cometa seleccionado y la fecha de lanzamiento elegida se visitarían varios asteroides. Por ejemplo, en un lanzamiento al cometa Kopff en julio de 1990 se podrían visitar los asteroides 1327 Namaqua y 222 Lucia, o bien el asteroide 772 Tanete.

Uno de los diseños originales de CRAF (NASA).

Diseño ligeramente posterior de 1984 (NASA).

Penetrador cometario de CRAF del centro Ames de la NASA (NASA).

CRAF, como el resto de sondas Mariner Mark II, estaría a cargo del JPL y usaría un diseño estándar con el mayor número de componentes comunes que fuese posible. El cuerpo central de forma toroidal estaba basado en el de las Voyager, mientras que el motor sería similar al de Galileo. Los tanques de combustible provenían de los orbitadores Viking a Marte, al igual que la antena de alta ganancia. Las partes más llamativas serían dos brazos desplegables, uno con los RTG (de tipo GPHS) y otro con la plataforma móvil para los instrumentos científicos. Como habían demostrado las Voyager, esta plataforma era un elemento esencial, ya que permitía que los instrumentos apuntasen en una dirección distinta a la del eje principal de la nave, reduciendo el gasto de combustible y maximizando el retorno científico.

Diseño de CRAF de mediados de los 80. Destaca el protector térmico del penetrador (NASA).

CRAF en configuración de lanzamiento (NASA).

En la segunda mitad de los 80 se decidió incluir una segunda plataforma móvil para los instrumentos. CRAF emplearía un motor principal INSAT y doce propulsores de bajo empuje, mientras que su masa al lanzamiento sería de unos 1.320 kg (1.025 sin combustible). Todas las MMII serían lanzadas mediante el transbordados espacial usando etapas superiores IUS o Centaur-G. Además del conjunto habitual de instrumentos, CRAF llevaría un «penetrador», es decir, un dispositivo que se clavaría en el núcleo cometario a alta velocidad sin destruirse para transmitir información científica del interior del cometa (debía clavarse hasta 30 centímetros de profundidad). El diseño del penetrador evolucionó desde un pequeño cohete de combustible sólido a un artilugio avanzado a base de combustible líquido con una longitud de 1,18 metros, un diámetro de 6 centímetros y una masa de 18 kg.

Diseño de CRAF de 1987. Por entonces se había añadido una segunda plataforma de instrumentos y un módulo de propulsión común (NASA).

Variantes de la Mariner Mark II de 1987 (NASA).

Trayectoria de CRAF para alcanzar el Tempel 2 tras un sobrevuelo de la Tierra (NASA).

En 1987 la fecha de lanzamiento se había retrasado a septiembre de 1992, por lo que se decidió enviar la nave al cometa Tempel 2 en vez del cometa Kopff. Eso sí, se introdujo un sobrevuelo de la Tierra en la trayectoria debido a la elevada inclinación del plano de este cometa con respecto a la eclíptica. De camino al Tempel 2 CRAF visitaría los asteroides 1415 Malautra y 46 Hestia. Estaba previsto que CRAF llegase al cometa Tempel 2 en 1996. Lamentablemente, el programa Mariner Mark II vio como su presupuesto se disparaba sin control a lo largo de los años 80. El desastre del Challenger supuso rediseñar una vez más la familia Mariner Mark II para introducir un módulo de propulsión común (Cassini volaría con los tanques medio llenos por requerir menos Delta-V). CRAF ya no podía ser lanzada por el transbordador, así que se optó por usar un lanzador Titan IV/Centaur, al igual que Cassini.

A pesar de ser misiones modulares destinadas a abaratar los costes de la exploración del sistema solar, lo cierto es que ambas eran demasiado ambiciosas para la época, especialmente la sonda Cassini, que también llevaba la sonda europea Huygens para el estudio de Titán. Con el fin de salvar el programa, en 1989 se cancelaron todas las misiones Mariner Mark II a excepción de Cassini y CRAF. Como contrapartida, Alemania e Italia se sumaron al proyecto CRAF. Por entonces el lanzamiento de CRAF se había retrasado a 1996 y el cometa Tempel 2 seguía siendo su objetivo principal (aunque durante estos años también se estudió la posibilidad de enviarla al Wild 2 y, otra vez, al Kopff). En 1991 se añadió un sobrevuelo de Venus —posteriormente serían dos— a la trayectoria para compensar el incremento en la masa de la sonda, que ya alcanzaba las cuatro toneladas.

Trayectoria de CRAF para alcanzar el cometa Kopff con un lanzamiento en 1997 y tres asistencias gravitatorias (NASA).

Diseño de CRAF de 1992. Se aprecian las defensas de los instrumentos para proteger la nave del polvo cometario y los motores principales redundantes (NASA).

Instrumentos de CRAF (NASA).

Pero los problemas presupuestarios continuaron y en 1990 se canceló el penetrador para el estudio del núcleo cometario, un duro golpe para el interés científico de la misión. Después de que en 1989 CRAF y Cassini recibiesen financiación adecuada por primera vez, en 1991 el Congreso se negó a entregar los fondos necesarios para que las dos sondas saliesen adelante. Como resultado, la fecha de lanzamiento de ambas naves se retrasó nuevamente a 1997 y se cambió otra vez el objetivo de CRAF, que volvió a ser el cometa Kopff. CRAF debía llegar al cometa mediante tres asistencias gravitatorias, dos con la Tierra y una con Marte (trayectoria MEEGA). De camino al cometa Kopff visitaría los asteroides 88 Thisbe y 19 Fortuna. La sonda se encontraría con el cometa Kopff en enero de 2006 y lo acompañaría hasta su paso por el perihelio en mayo de 2009. La misión primaria terminaría en septiembre de ese año, aunque CRAF podría aguantar muchos años estudiando el cometa gracias a sus RTG.

La primera órbita científica alrededor del cometa Kopff tendría un periodo de dos semanas y estaría a una distancia de 79 kilómetros. La sonda se iría acercando progresivamente, para retirarse otra vez a medida que la actividad del núcleo aumentase por la cercanía al Sol. CRAF llevaría dos cámaras de gran angular y una cámara con teleobjetivo agrupadas en el instrumento ISS, además del espectrómetro visible e infrarrojo VIMS, el radiómetro infrarrojo TIREX, un magnetómetro y varios instrumentos dedicados a analizar el gas y el polvo del cometa, estos últimos con colaboración alemana (Alemania había desarrollado instrumentos parecidos para las sondas soviéticas Vega y la sonda europea Giotto que estudiaron el Halley). Los instrumentos ISS, VIMS o el magnetómetro eran calcados a los de Cassini. La resolución de las cámaras se esperaba que alcanzase los 5 centímetros.

Diseño final de CRAF de 1993 (NASA).

Diseño de Cassini de 1993. Justo ese año se cambió el diseño y se cancelaron las plataformas de instrumentos para ahorrar dinero, lo que supuso un duro golpe para la misión (NASA).

No obstante, seguía sin ser suficiente. La agencia espacial no tenía dinero para desarrollar al mismo tiempo Cassini y CRAF. Para entonces el presupuesto de CRAF ya alcanzaba los 1.850 millones de dólares, muy lejos de los 300 millones previstos. La NASA tenía que tomar una decisión pronto o Cassini podía ser cancelada. Dicho y hecho. En 1993 CRAF fue eliminada de los presupuestos de la NASA. La misión había muerto. La «maldición cometaria» de la NASA no terminó con CRAF. En julio de 2002 la sonda de bajo coste CONTOUR (COmet Nucleus TOUR), que debía sobrevolar los cometas Encke y Schwassmann-Wachmann se perdió poco después del lanzamiento. La primera sonda que orbitó y siguió un cometa durante su paso por el perihelio fue, como es sabido, la misión Rosetta. Lanzada en 2004, esta sonda europea fue capaz de estudiar en detalle el cometa Churyumov-Gerasimenko entre 2014 y 2016. Rosetta, equipada con tecnología casi una década más moderna que CRAF, era superior en muchos aspectos a su predecesora de la NASA, aunque la carencia de RTGs limitó considerablemente su misión. Paradójicamente, Rosetta nació en un principio en los 80 como una misión de retorno de muestras en la que debía colaborar la NASA, pero la agencia estadounidense se retiró del proyecto precisamente para concentrarse en CRAF. Dicen que la vida da muchas vueltas, así que la gran esperanza de la NASA para estudiar un cometa es ahora mismo es la sonda CAESAR (Comet Astrobiology Exploration SAmple Return), que, en caso de ser aprobada, deberá traer muestras de… el cometa Churyumov-Gerasimenko.

CRAF suelta el penetrador (NASA).

Visto en retrospectiva, el sacrificio de CRAF fue necesario para que su hermana gemela Cassini se convirtiese en una de las misiones espaciales más importantes de la historia. Desgraciadamente, el fracaso de CRAF también supuso el abandono del programa Mariner Mark II y, con él, la idea de crear una plataforma común para sondas espaciales complejas.

Fuente: danielmarin.naukas.com