La recta final para Dragonfly y CAESAR, las próximas sondas New Frontiers de la NASA
En diciembre de 2017 la NASA seleccionó las dos sondas finalistas para la cuarta misión de tipo New Frontiers de la NASA, o sea, las misiones de medio coste —unos mil millones de dólares— de la agencia espacial (más caras que las de tipo Discovery y más baratas que las de tipo Flagship). Las elegidas fueron Dragonfly, un dron que debe volar por los cielos de Titán, y CAESAR, una sonda de retorno de muestras del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko (sí, el mismo que exploró la sonda europea Rosetta). La NASA debe decidir a mediados o a finales de este año cuál de las dos propuestas será finalmente la ganadora, de ahí que los equipos de ambas sondas se hallen en plena «campaña» intentando que se hable de ellas. Aunque todavía no sabemos cuál será la seleccionada, estos últimos meses se ha perfilado el diseño y objetivos de ambos proyectos.
Empecemos por Dragonfly, sin duda una de las propuestas más ambiciosas y «molonas» del panorama espacial de las últimas décadas. Un dron que volará por los cielos de Titán, la mayor luna de Saturno, no puede dejar indiferente a nadie. Si es aprobada, Dragonfly despegará en 2025 y llegará a Titán en 2034. Durante dos años explorará las regiones ecuatoriales de Titán, dominadas por los mayores campos de dunas del sistema solar. Eso sí, estas dunas no están formadas por arena, sino por partículas orgánicas. Dragonfly usará cuatro parejas de rotores para volar por los cielos titánicos —es un octocóptero— para garantizar la redundancia adecuada (podrá mantenerse en vuelo con solo cuatro rotores funcionando) y llevará un generador de radioisótopos de tipo MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator) para producir electricidad a 1500 millones de kilómetros del Sol.
La atmósfera de Titán es 4,4 veces más densa que la terrestre, un dato que, combinado con su baja gravedad (el 14% de la de la Tierra), hace que sea considerablemente más fácil hacer volar un dron en Titán que en la Tierra. De hecho, para volar en Titán un dron solo requiere el 2,4% de la potencia que necesita en la Tierra. O, dicho con otras palabras, con la misma potencia se puede levantar una masa 12 veces mayor en Titán que en nuestro planeta. Dragonfly es una propuesta del APL (Applied Physics Laboratory) de la universidad Johns Hopkins y Elizabeth Turtle es su investigadora principal. La sonda viajará hasta Saturno dentro de un escudo térmico de 3,7 metros de diámetro, un tamaño comparable al de las sondas marcianas Viking (la sonda europea Huygens que aterrizó en Titán tenía un escudo de 2,7 metros) y entrará en la atmósfera de Titán a 7,4 km/s. Usará un paracaídas piloto supersónico para estabilizarse y, una vez alcanzada la atmósfera baja, desplegará un paracaídas principal más grande (el esquema de dos paracaídas es necesario para evitar que la nave pase demasiado tiempo descendiendo). Luego la sonda se separaría del escudo térmico y comenzaría a volar, escaneando el terreno mediante LIDAR y cámaras hasta encontrar un lugar idóneo para posarse.
A pesar de ser un artilugio volador, Dragonfly pasará el 99% de su tiempo sobre la superficie. En cada vuelo podrá desplazarse hasta cien kilómetros y usará la larga noche de Titán —ocho días— para recargar las baterías. Durante cada viaje podrá desplazarse decenas de kilómetros, por lo que a lo largo de su misión recorrerá mucha superficie. Entre los instrumentos que llevará la sonda, además de las cámaras principales DragonCAM, se incluye la estación meteorológica DraGMet. Esta estación medirá la humedad de metano en el aire mediante un sensor óptico —el metano en Titán juega el mismo papel que el agua en la atmósfera terrestre—, un detector de hidrógeno y, por supuesto, sensores de presión y temperatura, además de cuatro sensores de viento, cada uno de ellos instalados en una de las parejas de rotores (el viento también se podrá medir durante el vuelo de forma indirecta comparando la velocidad de la sonda relativa al aire con la velocidad relativa al suelo). DraGMet llevará además sensores para medir el campo eléctrico, la temperatura de la superficie y un sismómetro.
Otro instrumento será un espectrómetro de rayos gamma y neutrones (DraGNS), que analizará la composición de la superficie junto a un espectrómetro de masas (DragMS), este último un instrumento que estudiará muestras obtenidas mediante un taladro (DragMS estará basado en el instrumento SAM de Curiosity). Además de las dunas y la atmósfera, Dragonfly también buscará cráteres de impacto y posibles criovolcanes para analizar indirectamente el interior de Titán. En estas regiones es posible que el agua líquida entre en contacto con el metano y las sustancias orgánicas de la superficie, creando un entorno potencialmente habitable. Por supuesto, enviar a Titán una sonda y no explorar los lagos y mares de metano del polo norte parece un pecado, pero Dragonfly no explorará esta zona tan interesante porque en 2034 se encontrará en pleno invierno, así que deberá evitar las zonas nocturnas y de baja temperatura (a pesar de usar un RTG, Dragonfly también llevará baterías, que se resienten con las bajas temperaturas), zonas desde las que, además, será imposible comunicarse directamente con la Tierra.
El gran desafío de Dragonfly es cómo asegurar una navegación totalmente autónoma a casi 1500 millones de kilómetros de la Tierra. No en vano, conocemos peor la superficie de Titán que la de Marte cuando las sondas Viking se posaron en su superficie a mediados de los 70. ¿Y si el artilugio despega y luego no encuentra un lugar seguro donde aterrizar? Para evitar esta, y otras, eventualidades Dragonfly seguirá un patrón de vuelo cuidadosamente estudiado. Tras despegar de la zona en la que se hallaba posado, primero se dirigirá a otra zona previamente estudiada desde el aire y comprobará que es adecuada para aterrizar, luego seguirá volando para buscar otras zonas de aterrizaje válidas y regresará a la zona anterior para posarse en ella. Si la primera zona presenta algún problema, la sonda aterrizará en el punto de partida y esperará instrucciones desde la Tierra.
Y es que las comunicaciones son otro quebradero de cabeza, ya que la enorme distancia, la atmósfera de Titán y el ciclo día-noche hacen que sea complicado asegurar un enlace de alta ganancia (la sonda Huygens que aterrizó en Titán empleó a Cassini como repetidor). El laboratorio APL es consciente de que el software de la misión es un elemento crítico y alega que se basará en la experiencia con las misiones TIMED, MESSENGER, STEREO, New Horizons y PSP a la hora de desarrollarlo. Claro que, por muy complejas que fuesen estas misiones, ninguna incluía el detalle de hacer volar un artilugio por la atmósfera de otro mundo.
La misión rival de Dragonfly también sigue allanando el terreno por si es elegida. CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return) tiene como investigador principal a Steve Squyres, famoso por también haber sido el PI de los rovers marcianos Spirit y Opportunity. Esta misión, liderada por la Universidad de Cornell y el Centro Goddard de la NASA, puede parecer una especie de repetición de OSIRIS-REx, aunque con un cometa como objetivo en vez de un asteroide. Pero no olvidemos que la comunidad científica ha declarado en innumerables ocasiones que traer una muestra de un cometa a la Tierra es un objetivo prioritario. Lamentablemente, traer un pedazo de cometa es una hazaña compleja. Por un lado, igualar la órbita de un cometa, bastante excéntrica, requiere mucha más energía que viajar a un asteroide cercano, pero es que además en este caso la nave debe volver a la Tierra.
El segundo desafío consiste en asegurar que las muestras llegan a la Tierra convenientemente conservadas en unas condiciones de muy baja temperatura para preservar los volátiles (hielos de agua, metano, amoniaco, etc.). No sirve de nada traer muestras de un cometa a la Tierra y descubrir posteriormente que estas preciosas sustancias se han sublimado. Sin embargo, mantener las muestras a temperaturas criogénicas hasta su recogida en la Tierra es algo enormemente complicado. Por eso CAESAR usará un sistema muy ingenioso. Primero recogerá las muestras de la superficie usando un brazo recolector TAG y una maniobra muy similar a la que ejecutará OSIRIS-REx en el asteroide Bennu, pero la diferencia es que la muestra se introducirá en el contenedor SCS (Sample Containment System) estando todavía muy fría, por debajo de —80 ºC (el contenedor se meterá posteriormente en la cápsula SRC, Sample Return Capsule). El contenedor SCS es hermético y, una vez sellado, se calentará para permitir que se sublimen los volátiles, que se almacenarán en un contenedor separado o GCS (Gas Containment System). Una vez sublimados los volátiles, la muestra sólida será expuesta al vacío para garantizar su preservación. Se recogerán muestras de hasta tres lugares distintos del cometa como mínimo.
Otro problema al que se enfrenta CAESAR es cómo aproximarse a la compleja y torturada superficie de un cometa. Por este motivo el objetivo elegido es nuestro viejo amigo el cometa 67P. No en vano, Chury es el cometa mejor estudiado y de ahí que haya sido elegido para minimizar los riesgos de esta misión. De ser elegida, CAESAR despegará en 2024 y llegará al cometa 67P en diciembre de 2028. Con suerte podrá sobrevolar el asteroide 2809 Vernadskij de camino a su objetivo. CAESAR estudiará el núcleo del cometa desde varias órbitas cada vez más cercanas (55, 20, y 10 kilómetros) antes de recoger las muestras en 2031 (un mínimo de 80 gramos, aunque se espera recolectar 300 gramos aproximadamente). En 2034 pondrá rumbo a casa y el 20 de noviembre de 2038 la cápsula con las muestras cometarias aterrizará en Utah (es necesario esperar a que Chury y la Tierra se alineen para regresar, de ahí la elevada duración del vuelo de vuelta). La cápsula con las muestras será suministrada por la agencia espacial japonesa JAXA y usará un diseño similar al empleado en las misiones de retorno de muestras de asteroides Hayabusa y Hayabusa 2.
Para viajar y regresar del cometa, CAESAR usará enormes paneles solares flexibles de tipo ROSA (Roll-Out Solar Arrays), capaces de generar un máximo de 30 kilovatios, que alimentarán tres motores iónicos NEXT-C. También llevará a cabo un sobrevuelo de la Tierra a la ida y otro a la vuelta, principalmente para cambiar el plano de la órbita. La sonda será construida por Northrop Grumman tomando como base la plataforma GEOStar-3 de satélites geoestacionarios y elementos de la sonda Dawn que estudió Ceres y Vesta.
Ambas misiones son interesantes, pero es evidente que el hecho de viajar a un objetivo ya explorado hace que sea muy difícil «vender» CAESAR entre el gran público. Dragonfly es mucho más apasionante, pero también infinitamente más arriesgada y, lo más importante, no está dentro de las prioridades del último Decadal Survey de la comunidad científica (por este motivo, los encargados de la misión se han apresurado a añadir el objetivo de explorar posibles zonas de criovulcanismo). Personalmente, y por mucho que me guste Dragonfly, el hecho de viajar tan lejos y «desaprovechar» la única oportunidad que tendremos durante décadas de visitar los lagos y mares del sistema solar fuera de la Tierra me parece un error casi imperdonable. En cualquier caso, solo puede quedar una. Este año sabremos qué misión es la elegida.
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