La NASA apunta a misiones de "Gigante de hielo" en la década de 2030

Un estudio reciente de la NASA describe posibles misiones dedicadas a los planetas "gigantes de hielo" Urano y Neptuno.

Los planetas "gemelos" del sistema solar exterior se veían muy diferentes cuando fueron visitados por Voyager 2 durante la década de 1980. Urano, girando sobre su costado, tenía un disco casi sin características. Pero Neptuno mostró numerosos patrones de nubes brillantes y oscuras, incluida una característica similar a un huracán llamada Gran Mancha Oscura.

En 2003, la misión Galileo de la NASA llegó a su fin al sumergirse en la atmósfera de Júpiter. Más adelante este año, Cassini hará lo mismo, terminando una década y media explorando Saturno y sus lunas. ¿Qué sigue para la exploración planetaria? Algunos investigadores están impulsando el siguiente paso lógico: orbitadores dedicados para uno o ambos planetas exteriores del "gigante de hielo", Urano y Neptuno.

La NASA lanzó recientemente un estudio que describe cómo podría desarrollarse tal misión (o misiones). El estudio es parte de un período previo a la próxima Encuesta Decadal para 2022-2032, un momento en que los científicos planetarios priorizan su lista de deseos de futuras misiones. El último Decadal Survey, publicado por la Junta de Estudios Espaciales del Consejo Nacional de Investigación, cubrió oportunidades desde 2013 hasta 2022 y ofreció estudios de desarrollo detallados para el rover Mars 2020 y las misiones Europa Clipper, aunque un orbitador dedicado a Urano estaba en marcha como una tercera posibilidad distante .

"Este estudio fue uno de los muchos que se realizarán para respaldar las próximas deliberaciones del Estudio Decadal", dice Curt Niebur (NASA-HQ). "Una vez que la NASA reciba [el próximo Estudio Decadal], que debería ocurrir en 2022, la NASA comenzará a considerar qué prioridades perseguirá y cómo se implementará".

Hasta la fecha, solo una nave espacial ha visitado los dos planetas más exteriores durante su "gran recorrido" por el sistema solar exterior: la Voyager 2, que sobrevoló Urano en 1986 y Neptuno en 1989. Pero esas visitas fueron fugaces, y los científicos planetarios pudieron ver brevemente estos mundos y lunas distantes cuando la Voyager 2 salió del sistema solar. Un Orbitador Gigante de Hielo, como Cassini, pasaría el rato y exploraría Urano o Neptuno a largo plazo.

Viaje por carretera al sistema solar exterior

Pero será un largo recorrido, seguro. El problema con la exploración del sistema solar exterior es que desea que una nave espacial se mueva lo suficientemente rápido como para alcanzar su destino previsto en una década más o menos, pero demasiada velocidad hace que disminuya la velocidad para entrar en órbita fuera de cuestión. New Horizons fue un buen ejemplo, ya que tardó más de 9 años en llegar a Plutón y Caronte, a una velocidad de 13.8 km por segundo, con solo un agitado período de exploración de sobrevuelo posible.

En cambio, la misión a Neptuno o Urano se lanzaría en el período de tiempo 2030-31, demorando entre 12 y 13 años en alcanzar su objetivo. El estudio requiere una carga útil de 50 kg con tres instrumentos principales y una sonda atmosférica similar a la que Galileo entregó a Júpiter. Un "Orbitador Gigante de Hielo" utilizaría propulsión química tradicional en una trayectoria de honda, o tal vez un nuevo sistema de propulsión solar-eléctrica (SEP) actualmente en desarrollo. Similar a los propulsores a bordo de la misión Dawn de la NASA, la propulsión SEP ofrece la capacidad de mantener un empuje bajo durante largos períodos para aumentar la velocidad.

Una posible configuración para un orbitador de Urano y una sonda atmosférica de paseo. Los generadores ASRG en el fuselaje del orbitador ya no se consideran.
NASA / JHU-APL

El estudio señala que existe una ventana óptima para una misión de Urano utilizando una asistencia de sobrevuelo gravitacional de Júpiter en 2030 a 2034, mientras que la misma ventana para una misión de Neptuno se extiende desde 2029 a 2030. Podría ser un orbitador a Urano a través de la asistencia de Saturno realizado antes de 2028.

Un estudio de trayectoria posible temprano para una misión Uranus Pathfinder, utilizando un sobrevuelo de Saturno.
NASA / CSA

Un Orbitador Gigante de Hielo sería una misión emblemática de $ 2 mil millones, el extremo superior de lo que la NASA vuela para la exploración planetaria. Otros alumnos de la Insignia incluyeron Cassini y el rover Mars Curiosity. Otras clases de misiones de la NASA incluyen rango medio ($ 500 millones a $ 1 mil millones ) Nuevas misiones de Fronteras como Juno y OSIRIS-Rex y misiones de Discovery de menos de $ 500 millones como Lunar Prospector o Mercuryy's Messenger.

Los científicos propusieron un retorno dedicado a Urano y Neptuno al comienzo del desarrollo de Nuevos Horizontes. Tal misión "New Horizons 2" habría sido un clon del original, pero luego se eliminó del programa debido a limitaciones de costos.

Los objetivos principales para cualquiera de las misiones incluirían un estudio de la atmósfera, el interior y el sistema de anillos del planeta, así como un estudio de las principales lunas y la búsqueda de más. La gran y extraña luna retrógrada de Neptuno, Tritón, es de particular interés, ya que los investigadores creen que es un objeto capturado del Cinturón de Kuiper (KBO). Como mínimo, una misión del Orbitador Gigante de Hielo llevaría un espectrómetro de masas, cámaras de ángulo ancho y estrecho, un magnetómetro y sensores de polvo.

El telescopio espacial Hubble espió la aurora (parches blancos) en Urano en noviembre de 2011. Los anillos delgados son un compuesto de imágenes de la Voyager 2.
NASA / Hubble / ESA

Urano en particular ofrecería un objetivo desafiante, ya que el planeta gira inclinado hacia un lado. Cuando la Voyager 2 voló más allá de Urano en 1986, su hemisferio sur estaba en medio de un verano de 21 años y sus latitudes septentrionales estaban ocultas en la sombra. Una futura nave espacial llegaría con las estaciones invertidas.

"La rápida mirada que obtuvimos de los sobrevuelos del Voyager 2 de Urano y Neptuno nos enseñó muchas cosas, pero quedan misterios críticos", dice Mark Hofstadter (NASA / JPL). En comparación con los mundos terrestres rocosos o los gigantes gaseosos, los planetas cargados de hielo parecen estar en una clase por sí mismos. "Otra cosa importante sobre Urano y Neptuno es que parecen similares a la mayoría de los exoplanetas que estamos descubriendo alrededor de otras estrellas", dice Hofstadter. "Para comprender esos sistemas planetarios distantes, necesitamos comprender dos ejemplos que realmente podemos visitar".

Las misiones planetarias pueden proporcionar una gran cantidad de descubrimientos científicos durante las próximas décadas. Por ejemplo, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia anunciaron recientemente que la magnetosfera de Urano se comporta como un interruptor de luz, un descubrimiento que utilizó datos de la Voyager 2 recopilados hace más de tres décadas.

Nuevos horizontes en el laboratorio. Su RTG (generador termoeléctrico de radioisótopos) es un objeto con aletas negras que sobresale de la nave espacial a la izquierda.
NASA / KSC

Al igual que con cada misión del sistema solar exterior a Saturno y más allá, un Orbitador Gigante de Hielo estaría equipado con un Generador Termoeléctrico de Radioisótopos Multi-Misión alimentado con plutonio (MMRTG) para energía lejos del Sol. La NASA y el Departamento de Energía de EE. UU. Anunciaron en 2016 que este último reiniciaría la producción de Pu-238 (un isótopo diferente al fisionable Pu-239 utilizado en armas nucleares) para la exploración espacial, y este caché exótico debería estar disponible en la década de 2020 para la exploración espacial La NASA también eligió detener el desarrollo de un motor de generador de radioisótopos avanzado Stirling (ASRG) en 2013, que habría sido cuatro veces más eficiente que los RTG tradicionales. Esa decisión difícil se debió a los recortes presupuestarios, aunque el estudio anticipa que los eMMRTG mejorados y un Heatshield para Extreme Entry and Environment Technology (HEEET) estarán disponibles para una misión gigante de hielo a fines de la década de 2020.

Esta idea llega en un momento emocionante de crisis y oportunidad para la exploración de la NASA y el sistema solar. Por un lado, nuestros ojos en el sistema solar exterior se están oscureciendo, ya que Juno, Cassini y Dawn terminan sus respectivas misiones. La NASA también parece favorecer actualmente la selección de misiones más pequeñas y de bajo costo como Mars InSight, Lucy y Psyche, tal vez en un esfuerzo por asegurar que todos sus "huevos no estén en una sola canasta", a diferencia de las grandes y costosas misiones que podrían parecer atractivo para el hacha financiera.

Y tal vez, los largos plazos de la misión que se extienden hasta la década de 2040 son un poco deprimentes para los niños de la era de Apolo ... ¿no se suponía que íbamos a estar de vacaciones en Marte en 2017?

Sorprendentemente, las misiones interplanetarias que podrían atravesar la mitad del camino para este siglo están ahora bajo seria consideración.