PROYECTO HUMANO

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    Doce nuevos conceptos de la NASA para explorar el Sistema Solar

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    Doce nuevos conceptos de la NASA para explorar el Sistema Solar

    Mensaje por Halfaro el Dom Jun 08, 2014 8:34 pm

    Doce nuevos conceptos de la NASA para explorar el Sistema Solar

    Daniel Marín
    8
    JUN
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    14 Comentarios

    El programa de la NASA para conceptos avanzados e innovadores (NIAC) decide financiar cada cierto tiempo una serie de proyectos para desarrollar nuevas tecnologías que nos permitan explorar el Sistema Solar. Este año, la NASA ha seleccionado doce conceptos que recibirán cien mil de dólares durante nueve meses. Si son aprobados para una segunda fase, la financiación aumentará a medio millón de dólares en dos años. Los conceptos avanzados elegidos, en riguroso orden subjetivo según mi criterio, son los siguientes:
    El Aragoscopio, el telescopio espacial definitivo
    ¿Se podría lograr una resolución de 7 centímetros usando un telescopio espacial del tamaño del Hubble (o de un satélite espía KH-11, tanto da) situado en la órbita geoestacionaria (36000 kilómetros de la Tierra)? Pues sí, de salir adelante este proyecto. El concepto es sencillo. Basta con colocar un gran disco de difracción delante de un sistema óptico convencional (el telescopio propiamente dicho) para aumentar de forma espectacular la resolución máxima que se puede obtener. En este caso el límite del sistema -el llamado límite de difracción- no viene dado por el diámetro del espejo principal, una pieza muy cara y compleja, sino por el diámetro del gran disco de difracción de bajo coste. El concepto no es nuevo y ya ha sido objeto de estudio de numerosos organismos, incluida la agencia militar DARPA. En este caso, el nombre del proyecto se debe a François Arago, uno de los pioneros en el estudio de la difracción. Conseguir un perfecto despliegue y alineación del disco externo es el principal obstáculo de esta técnica, pero a cambio promete obtener imágenes del cielo con una resolución mil veces superior a la del telescopio espacial Hubble. Eso sí que sería un espectáculo digno de mención.
    El Aragoscopio, un supertelescopio dotado de un disco de difracción (NASA).

    Un submarino en el Kraken Mare de Titán
    Titán es el único mundo del Sistema Solar junto con la Tierra al que podemos mandar sondas por tierra, mar y aire. La idea de enviar un submarino a los mares de metano del hemisferio norte no es en absoluto nueva, pero ahora el NIAC se interesa por ella. El concepto es desarrollar un submarino de pequeño tamaño denominado Titan Sub capaz de sumergirse en el mayor mar de Titán, el Kraken Mare, una gran masa líquida de hidrocarburos que, en realidad, se halla dividida en dos partes conectadas por un estrecho canal. El submarino sería capaz de sumergirse hasta los trescientos metros de profundidad máxima que se presupone tiene este gran lago para investigar su fondo. En concreto, se estudiaría la composición química, la existencia de corrientes, las posibles mareas, el oleaje -por ahora se supone prácticamente inexistente- y el viento. El cacharro sería totalmente autónomo y, aunque los autores de la propuesta no dicen nada porque se trata de un simple concepto, para garantizar su autonomía debería usar un generador de radioisótopos (RTG) como fuente de energía eléctrica si quiere durar más allá de unas pocas horas o días.

    Un submarino estudiaría el Kraken Mare de Titán (NASA).

    Un drone para Titán
    Seguimos en Titán, con permiso de Europa, la luna más fascinante del Sistema Solar. Esta propuesta pretende desarrollar un pequeño vehículo aéreo propulsado por hélices con una masa inferior a 10 kg para estudiar Titán desde el aire. Esta minúscula aeronave no viajaría sola, sino que alcanzaría la luna de Saturno junto con una sonda de superficie o atmosférica. Lo ideal sería que pudiese desplegarse desde una sonda tipo globo como la sugerida por la NASA y la ESA para la misión TSSM (Titan-Saturn System Mission). El drone se separaría de su nave nodriza y se acoplaría con ella regularmente después de cada vuelo para recargar sus baterías.

    El drone se separaría de un globo o sonda de superficie y volaría por Titán de forma autónoma (NASA).

    Propuesta de barco y globo para Titán de la ESA (ESA).

    PRIDE: usando los rayos cósmicos para estudiar el interior de las lunas
    Uno de los principales enigmas del Sistema Solar exterior son los océanos o mares de agua líquida que se cree existen en el interior de lunas como Encélado, Europa o Ganímedes. Para estudiarlos directamente es necesario enviar sondas dotadas de un potente y pesado radar, pero podría existir otra opción mucho más económica en términos de masa. La idea consiste en usar los neutrinos solares, esas partículas que atraviesan la materia normal como si fuera transparente, para determinar el espesor de los hipotéticos océanos. El principio es el siguiente: cuando un neutrino pasa a través del hielo o el agua emite un pulso de luz conocido como radiación de Cherenkov. Este fenómeno es precisamente el usado por los detectores de neutrinos para sentir su presencia.

    Funcionamiento de PRIDE (NASA).

    Obviamente, una sonda no puede ver directamente esta radiación Cherenkov, pero sí puede detectar el pulso de radio asociado a la cascada de partículas de esta radiación, un fenómeno denominado Efecto Askaryan. Los neutrinos altamente energéticos emitirían pulsos de radio de 0,2-2 GHz, pulsos que podrían ser captados por una sonda siempre y cuando se generasen a menos de varias decenas de kilómetros profundidad (unos 50 km), suficiente para determinar el espesor de la corteza de hielo. La tecnología ya se ha ensayado con éxito a bordo de globos en la Antártida dentro del marco del proyecto ANITA, pero el objetivo de esta propuesta es crear un experimento funcional denominadoPRIDE (Passive Radio Ice Depth Experiment) que pueda volar a bordo de una sonda que visite Júpiter o Saturno.

    Esquema de la antena PRIDE (NASA).

    Ahora bien, si la idea es tan buena, ¿por qué no es algo de lo que se hable con frecuencia? Pues porque alcanzar una relación señal ruido adecuada no es nada sencillo. Garantizar una gran sensibilidad del instrumento conlleva aumentar su masa y si ésta crece mucho las ventajas frente a un radar convencional de desvanecen. Para colmo, si el hielo contiene gran cantidad de impurezas -algo probable- la determinación precisa del espesor de la corteza puede ser una tarea imposible.
    El autoestopista cometario
    Mucha gente se pregunta por qué no usamos los cometas o asteroides como autobuses para viajar por el Sistema Solar acoplados a ellos. La imposibilidad radica en que para alcanzar y abandonar un asteroide o cometa se necesita la misma energía que para viajar entre dos puntos del Sistema Solar de forma directa. O sea, que el viaje no nos sale gratis. De hecho, nos puede salir más caro. Pero en realidad esto sólo es cierto si usamos un sistema de propulsión localizado en la nave. Si al acercarnos a un asteroide o cometa nos unimos a él mediante un cable y un arpón podemos extraer energía de la maniobra de replegado del cable siempre y cuando la velocidad del objetivo sea superior a la de la sonda (hasta 25 GJ para una sonda de dos toneladas). Una vez acoplado al asteroide, podemos abandonarlo en un punto de su órbita previamente elegido desenrollando el cable y ganando velocidad en el proceso. La idea es ciertamente elegante y atractiva, aunque tampoco debemos creer que se puede disponer de toda la Delta-V que queramos.

    Principio del autoestopista cometario (NASA).

    Usando un cable de nanotubos de carbono se podrían generar hasta 10 km/s de Delta-V, lo que no está nada mal y nos permitiría visitar objetos del Cinturón de Kuiper. También sería posible combinar esta técnica con sistemas de propulsión eléctricos para alcanzar objetivos lejanos en menos tiempo. Por ejemplo, acoplándose a un cometa que pase a tan solo 75 millones de kilómetros del Sol, el autoestopista cometario alcanzaría Plutón (situado a casi cinco mil millones de kilómetros) en tan sólo 5,6 años, o el planeta enano Haumea, que está a 7600 millones de kilómetros, en 8,8 años. Además de estudiar KBOs, la sonda también podría analizar la distribución de luz zodiacal, o sea, polvo interplanetario.

    Posibles trayectorias del autoestopista (NASA).

    WRANGLER, capturando asteroides
    Uno de los principales proyectos de la NASA en la actualidad es lanzar una sonda que capture un asteroide y lo traiga hasta las cercanías de la Luna para que una misión tripulada SLS-Orión pueda recuperar muestras del mismo. Pero capturar un asteroide, aunque sea muy pequeño, no es nada sencillo. Si el pedrusco rota a gran velocidad hay que eliminar un exceso de momento angular que puede dar al traste con la misión. La propuesta de la NASA emplea una bolsa para frenar y capturar el asteroide, y por eso el proyecto WRANGLER pretende estudiar estas tecnologías en primer lugar usando pequeños satélites -del tamaño de un nanosatélite- y, por tanto, de bajo coste. WRANGLER (Weightless Rendezvous And Net Grapple to Limit Excess Rotation) incluiría una red para capturar la roca espacial -obviamente no podría ser muy grande- que se desplegaría usando un cable de gran longitud. Este cable es precisamente el elemento principal del sistema, ya que permitiría extraer el momento angular de un asteroide rotatorio de tal forma que hasta un pequeño satélite sea capaz de capturar un asteroide.

    Red WRANGLER para capturar asteroides (NASA).

    Una sonda interestelar para el estudio de la heliopausa
    Propuestas de sondas interestelares que viajen hasta la heliopausa hay muchas, pero ésta pretende alcanzar el límete del Sistema Solar mediante una vela electrostática, un concepto del que ya hemos hablado en Eureka. La misión conocida como HERTS (Heliopause Electrostatic Rapid Transit System) dispondría de una vela formada por varios cables cargados con una extensión de entre diez y treinta kilómetros y que aprovecharía la energía de los protones del viento solar (con velocidades de 300 a 700 km/s). Con esta vela se podría acelerar la nave hasta los 100-150 km/s, es decir, una velocidad de 20 a 30 Unidades Astronómicas por año (la Voyager 1 viaja a 3,6 UA/año).

    Vela electrostática para el estudio de la heliopausa (NASA).

    Gravimetría de enjambre
    Cuando una sonda sobrevuela u orbita un cuerpo planetario podemos inferir su estructura interior gracias a las mediciones detalladas de su campo gravitatorio. Estas técnicas gravimétricas aumentan su precisión cuantos más sobrevuelos tengamos, así que el concepto básico tras esta propuesta reside en lanzar todo un enjambre de pequeñas subsondas alrededor de un asteroide o cometa para estudiar su interior en poco tiempo. Estas subsondas deberían viajar junto a otra misión principal, lógicamente.

    Un enjambre de subsondas permitiría determinar la estructura de un asteroide o cometa (NASA).

    ¿Pueden las formas de vida terrestre sobrevivir en Marte?
    El concepto Mars Ecopoiesis Test Bed pretende demostrar hasta qué punto las formas de vida terrestres podrían vivir en el Marte actual. La idea sería seleccionar uno de los lugares de Marte donde todavía fluye el agua líquida en ocasiones y posar allí una sonda que penetraría en el regolito con un taladro. A continuación el regolito húmedo se expondría a ciertos microorganismos terrestres -extremófilos y cianobacterias- y luego se vería si generan oxígeno u otro subproducto metabólico. Los resultados se retransmitirían a las sondas que se hallan en órbita. Aunque los microorganismos irían en una cápsula completamente sellada y aislada del exterior, algo me dice que las agencias que se encargan de controlar una posible contaminación biológica del planeta rojo nunca dejarán que una misión así salga adelante.

    Sonda para estudiar si las formas de vida terrestres podrían vivir en Marte (NASA).

    Generando oxígeno en el espacio
    Esta idea se parece a otras propuestas ya presentadas por el NIAC en el pasado, pero sigue siendo muy curiosa. Consiste en usar la luz solar, que en el espacio no está filtrada por la atmósfera y por tanto también incluye longitudes de onda ultravioleta, para generar oxígeno a partir de un proceso catalítico mediante dióxido de titanio. El reactor catalítico construido por impresión 3D permitiría ahorrar una gran cantidad de masa destinada a los sistemas de soporte vital de las naves espaciales.

    Reactor de oxígeno catalítico en la ISS (NASA).

    PERISCOPE, estudiando las cuevas lunares
    Las cuevas lunares y marcianas nos abren un infinito número de posibilidades a la hora de estudiar el interior de estos cuerpos. PERISCOPE (PERIapsis Subsurface Cave OPtical Explorer) pretende desarrollar sistemas capaces de reconocer estas cuevas desde la órbita sin necesidad de enviar complejas sondas a la superficie. Para ello haría uso de la técnica de fotografía mediante medida del tiempo de vuelo de los fotones (photon time-of-flight imaging).

    Esquema de funcionamiento de PERISCOPE (NASA).

    La inmensa mayoría de estas propuestas tienen muy pocas probabilidades de salir adelante, pero sin duda hay alguna que merece la pena seguir de cerca.

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