Siguiendo los pasos de la New Horizons: un orbitador para Plutón

Por Daniel Marín

Antes de 2015 muchos esperaban que Plutón fuese un «aburrido» y pequeño mundo congelado sin ninguna actividad geológica digna de mención. Pero cuando la sonda New Horizons de la NASA sobrevoló el planeta enano el 14 de julio de ese año, la sorpresa fue mayúscula: inmensos glaciares de nitrógeno, montañas de hielo de agua, criovolcanes, cordilleras con picos cubiertos de nieve de metano, sustancias orgánicas en la superficie, varias capas de neblina flotando en la atmósfera y hasta un posible océano subterráneo global. En definitiva, un mundo complejo y fascinante. Pero todo lo que sabemos de Plutón fue gracias a un breve sobrevuelo de unas pocas horas y fuimos capaces de contemplar el 40% de la superficie en una resolución relativamente elevada. Seguro que este planeta enano guarda aún muchos misterios, aunque no volveremos allí hasta dentro de varias décadas. ¿O no?

Una sonda en órbita de Plutón pasa sobre Caronte. Se aprecia la estela de xenón de sus motores iónicos (Ron Miller para la revista Astronomy).

El sentido común y la opinión de la mayoría de expertos en la comunidad científica sugieren que, después de Plutón, deberíamos estudiar otro planeta enano del cinturón de Kuiper —o, al menos, Tritón— para comparar sus características y saber así hasta qué punto Plutón es único. Pero la complejidad de Plutón ha derribado este paradigma. Desde mediados de 2017 hasta mediados de este año el equipo de la sonda New Horizons del SwRI (Southwest Research Institute), liderado por el famoso Alan Stern, ha llevado a cabo un estudio para analizar la viabilidad de enviar un orbitador a Plutón. Es decir, una nave que no se limite a pasar de largo a toda velocidad, sino que se quede estudiando el planeta enano a su alrededor durante años.

La atmósfera de Plutón vista a contraluz por la New Horizons (NASA/JHUAPL/SwRI).

Propuestas de orbitadores de Plutón ha habido unas cuantas, pero el principal logro del estudio de Stern y su equipo ha sido demostrar que un orbitador podría usar Caronte, el mayor satélite de Plutón, para realizar maniobras de asistencia gravitatoria y estudiar así el planeta enano y el resto de lunas en profundidad. Además, Caronte permitirá que el orbitador abandone la gravedad de Plutón para seguir de largo y explorar otro planeta enano y varios objetos del cinturón de Kuiper más pequeños similares a Ultima Thule. Vamos, lo mismo que hizo la sonda Dawn, pero en el cinturón de Kuiper en vez de en el cinturón de asteroides. Al ser capaz de estudiar otro planeta enano, la propuesta de orbitador de Stern ya no entra en conflicto con los intereses prioritarios de la comunidad científica.

Sputnik Planitia, el mayor glaciar del sistema solar, compuesto por hielos de nitrógeno y monóxido de carbono (NASA/JHUAPL/SwRI).

El orbitador tendría una masa de 2340 kg, o sea, casi cinco veces más que la New Horizons (la mayor parte de la masa es combustible). Con el fin de desentrañar los misterios de Plutón, la nave llevaría nuevos instrumentos, como por ejemplo un radar que estudiará el subsuelo de Plutón —para averiguar la profundidad de los glaciares y si algunas montañas de hielo de agua flotan sobre los mismos—, un magnetómetro para aclarar —junto con el radar— si hay o no un océano subterráneo y un lídar para levantar un mapa en tres dimensiones de todo Plutón, incluyendo la región que esté en sombra por culpa del invierno cuando llegue la nave. Otra novedad es que usaría una antena de ganancia principal más grande y un transmisor diez veces más potente que los de la New Horizons. Para reducir costes, la New Horizons usó una antena relativamente pequeña, aunque, a cambio, el envío de datos del sobrevuelo se prolongó durante más de un año. Esta técnica es inviable para un orbitador, pero pese a todo es una buena estrategia, por lo que una solución de compromiso es que la sonda contacte con la Tierra solamente una vez cada mes o medio mes. Además, llevaría volantes de inercia para controlar la orientación de la sonda y reducir el gasto de combustible. De paso, al ser un orbitador, se podrán usar fácilmente las variaciones en la frecuencia de la señal de radio para estudiar el campo gravitatorio de Plutón y, por ende, su estructura interna.

Posible arquitectura de misión de una sonda en el sistema de Plutón con trayectoria de escape usando maniobras de asistencia con Caronte (SwRI).

De ser aprobada, la misión despegaría en 2028 mediante un cohete gigante tipo SLS y realizaría una maniobra de asistencia con Júpiter en octubre de 2030. Esta maniobra es similar a la que realizó la New Horizons y servirá para acelerar la velocidad de la sonda y, por consiguiente, reducir el tiempo de vuelo significativamente. Pese a todo, recordemos que hablamos de un orbitador, así que la nave no puede ir demasiado rápido o, si no, no tendrá combustible suficiente para colocarse en órbita alrededor de Plutón. Por eso la sonda llevará un sistema de propulsión eléctrico con motores iónicos basados en los de la sonda Dawn. De esta forma, comenzará a frenar años antes de llegar y así reducirá la masa de propergoles hipergólicos necesaria para el impulso de inserción orbital definitivo. En el caso de la propuesta de Stern, la sonda comenzará a frenar en 2046 y finalizará la maniobra en 2059 (!!). Como eso significa que es muy probable que muchos no estemos por aquí para verlo, Stern y su equipo dejan la puerta abierta a usar un reactor nuclear —como el Kilopower— en vez de generadores de radioisótopos (RTGs) que puedan acortar estos tiempos. Después de dos años estudiando el sistema de Plutón, la sonda usaría la gravedad de Caronte para seguir hacia otros objetivos del cinturón de Kuiper y completar así su misión de varias décadas.

Ejemplo de misión que, tras orbitar Plutón, sobrevolaría otros cuerpos del cinturón de Kuiper antes de entrar en órbita alrededor de 2002 MS4 (SwRI).

Esta propuesta de Stern y su gente es fascinante, pero todavía tiene unos cuantos flecos que hay que detallar, como es el empleo de motores iónicos alimentados por RTG o reactor nuclear, las comunicaciones o la trayectoria tras el estudio del sistema de Plutón. Por este motivo, la NASA ha accedido a financiar un estudio adicional al del SwRI para saber hasta qué punto una misión así es factible. A partir de este nuevo estudio la comunidad científica deberá decidir si incluye a Plutón en el Decadal Survey de 2022, la «biblia» que recogerá las prioridades a la hora de explorar el sistema solar a lo largo de la próxima década.

Fuente:  danielmarin.naukas.com