Ventana al Espacio (LXVIII)

La supernova SN 1987A, desde XMM-Newton

Misión al Planeta Tierra: SMAP

Imaginamos que habréis paseado por el campo. ¡Qué pregunta más tonta! Por supuesto, lo habréis hecho. Pero, ¿alguna vez habéis tocado el suelo, la tierra? Seguramente sí, y la habréis encontrado seca y basta, o arenosa, todo depende del lugar. Claro, da que pensar. Si el suelo está seco, pero lo que te rodea está lleno de árboles, ¿cómo obtienen éstos todo lo que necesitan para crecer y florecer? Para eso tendríamos que coger una pala y escavar, y mucho. Entre los muchos ingredientes que toda vida vegetal necesita para prosperar está, obviamente el agua, pero a no ser que estés cerca de un rio, será difícil que consigas saber de dónde viene para que las plantas crezcan y den fruto. Porque, aunque la propia superficie esté completamente seca (a no ser que haya llovido, claro está), el agua que se precipita tiene que ir por obligación a algún lugar. Lo que ocurre es que ese líquido elemento acaba finalmente absorbido por la propia tierra, quedando almacenada bajo el suelo a varios centímetros o metros bajo la superficie, de ahí que las plantas necesiten raíces para llegar a esa zona húmeda del subsuelo.

Una presentación simple y tonta que todo el mundo conocerá sin duda, pero era necesario empezar así. Un suelo húmedo es la clave para el crecimiento vegetal, y es uno de los parámetros que, de conocerse, posibilitará mejores cosechas, o incluso evitar catástrofes naturales. Por supuesto, el ser humano ya es bastante catástrofe, pero cuando trabajamos bien somos capaces de conseguir cosas muy importantes. Cuando empezamos a lanzar chismes al espacio, pronto nos dimos cuenta que un satélite en órbita es una potentísima herramienta para monitorizar distintos aspectos del sistema terrestre, desde la atmósfera, los océanos o la propia superficie. Se han desarrollado todo tipo de instrumentos científicos: cámaras visibles, sensores infrarrojos o ultravioletas, y también detectores de microondas y potentes sistemas de radar. Todo esto junto proporciona una visión global de lo que acontece día a día, hora a hora, en cualquier parte de la Tierra. Para obtener información de los distintos elementos que forman el sistema terrestre hay sistemas específicos, pero hasta recientemente no había ninguno capaz de detectar y calcular la cantidad de humedad del suelo de forma global. Solo la inversión en tecnología y la inventiva fue necesaria, en el 2009, para colocar en órbita la primera misión con la dura tarea de extraer la cantidad de humedad del suelo por toda la superficie emergida 

de nuestro planeta. El satélite europeo SMOS lleva haciendo desde entonces un trabajo increíble, aunque en sus primeros meses las excesivas emisiones de radar procedentes de la Tierra interferían en su detector, lo que llevó a la ESA a obligar a reducir la potencia de esos radares. Su instrumento, el radiómetro de microondas MIRAS, emplea una nueva aproximación similar a la usada en los sistemas SAR para simular una antena de enorme tamaño con una estructura lo suficientemente compacta como para plegarse y caber en una cofia de cohete. En vez de situar una única gran antena, se dispusieron 69 pequeñas antenas en una estructura similar al aspa de un helicóptero. Sintonizado en banda-L, no solo es capaz de extraer la humedad del suelo, también fue diseñado para conseguir calcular la salinidad de los océanos. En su modalidad de humedad del suelo, es capaz de registrar la cantidad de agua en un volumen de tierra dado con una exactitud del 4% con una resolución espacial de 50 km, el equivalente a detectar una cucharada de agua en un puñado de tierra. Este curioso satélite continúa funcionando sin problemas, y ya se encuentra en misión extendida, tras superar su encargo primario de tres años.

¿Acaso es tan importante el estudio de la humedad del suelo? Lo es más aún, tanto, que el sensor Aquarius de la NASA aportado al satélite argentino SAC-D, encargado de calcular la salinidad oceánica, también está siendo capaz de obtener información acerca de esta humedad. No solo las plantas obtienen parte de lo que necesitan para su alimentación y crecimiento, sino que la atmósfera, cumpliendo a rajatabla el ciclo del agua, obtiene de la humedad del suelo (cuando hay una gran concentración), mediante la evaporación, la cantidad necesaria para equilibrarse. Claro, como en todo, demasiado poca humedad no es bueno, y demasiada concentración puede ser todavía peor. De esta forma, los científicos terrestres, en una de sus reuniones con las agencias espaciales, dieron forma a una hoja de ruta sobre las misiones que más hacían falta, y le dijeron a la NASA que pusiera, en el plazo de tiempo más breve posible, una misión exclusiva para la medición de la humedad del suelo.

La respuesta está a punto de enviarse al espacio, y responde al acrónimo de SMAP, Humedad del

Suelo por medios Activos y Pasivos. Su propósito es estudiar la concentración de humedad globalmente, con una alta resolución espacial y con una gran capacidad de retorno sobre áreas de interés. El resultado final es uno de los satélites más inusuales que hayamos visto. A diferencia de la mayoría de satélites lanzados por la NASA en los últimos tiempos, la construcción de todo el conjunto se ha hecho en el propio JPL. El satélite en sí es una caja de aluminio de 1.5 x 0.9 x 0.9 metros, que almacena en torno a ella todo lo que necesita para funcionar. Gran parte del hardware es herencia de proyectos anteriores, por lo que son sistemas más que fiables y probados, como su ordenador (controlado por un procesador RAD750, complementado por un grabador de datos de enorme capacidad), sistema de comunicaciones (transmisor-receptor de banda-S para la recepción de comandos y envío de telemetría de los sistemas del satélite, más un transmisor de banda-X para la transmisión de la información científica generada por la instrumentación), control termal (calentadores, radiadores y mantas multicapa) o el sistema de control de actitud. Estabilizado en sus tres ejes, mantiene su orientación usando una unidad de referencia inercial, un escáner estelar, propulsores, sensores solares, unas ruedas de reacción especiales y sistemas de desaturación magnéticos, mientras que carece de los cada vez más habituales receptores GPS, usando el sistema de banda-S para realizar seguimiento Doppler para conocer su posición y órbita exactas. La generación energética depende de un panel solar fijo de tres secciones y 7 metros cuadrados de superficie activa, que genera lo suficiente como para alimentar todos los sistemas de a bordo, y se encuentra apoyado por una batería de ion-litio. El 

sistema científico está dominado por tres elementos: los dos sensores y la característica principal de SMAP. El satélite dispone de una enorme antena de rejilla de 6 metros de diámetro, inclinada 35.5º con respecto a la vertical, unida por un mástil a la estructura. Acoplado al Ensamblaje de Plataforma Rotatoria o SPA, este sistema está diseñado para rotar entre 13 y 14.6 rpm, proporcionando un ancho de escaneo de aproximadamente 1.000 km., lo suficiente como para cubrir toda la Tierra en dos o tres días. Esta estructura estará plegada y fijada al resto del satélite durante el lanzamiento para después liberarse en órbita y adoptar su forma y posición. La propia estructura de la antena es la que ha motivado en gran parte el diseño del propio satélite. Dada la posición de esta, en la zona superior de la estructura, la utilización de receptores GPS quedaría severamente degradada al impedir la recepción de estas señales. También las ruedas de reacción son específicas para SMAP para compensar la enorme inercia que la rotación de la antena generará. Esta antena sirve a los dos sensores. El elemento pasivo en un radiómetro de microondas que está sintonizado en banda-L. Está colocado en el centro de la plataforma rotatoria que comparte con la antena, de manera que se mantiene constantemente enfocado sobre ella. Dispone de cuatro canales para obtener sus mediciones, consiguiendo una resolución espacial de 40 km. En cuanto al elemento activo, se trata de un Radar de Apertura Sintética, o SAR. También sintonizado en banda-L, se encuentra localizado en la estructura del satélite, en un lateral que nunca ofrecerá al Sol para evitar un sobrecalentamiento al sistema. A pesar de estar desenfocado de la antena (aunque comparte el receptor cónico que también sirve al radiómetro), la utilizará para enviar su señal a la superficie y para luego recibir la señal rebotada de ella. Emplea tres canales de polarización con un amplificador de alta potencia que consume el solo 500 W. Su resolución espacial varía de 1 a 3 km. en el 70% exterior del escaneo de la antena. El peso en báscula de todo el conjunto en el momento del lanzamiento será de 944 kg.

Su lanzamiento está previsto para el 5 de noviembre, y el encargado será uno de los últimos Delta 2-7320 que quedan. Los requisitos de su órbita (sincrónica solar, casi polar, a 685 km. de altitud, cruzando el ecuador a las 18 horas) obliga a que el despegue se produzca desde la base de Vandenberg, en California. Tras separarse del lanzador el satélite seguirá una coreografía bastante compleja hasta que todos los apéndices, sobre todo la importantísima antena reflectora, estén en su sitio. Tras esto habrá un periodo de tres meses en el que el satélite estará a prueba antes de dar por empezada la tarea primaria, de 3 años de duración.

El objetivo de SMAP, como hemos dejado claro, es el cálculo de la humedad del suelo en todas las superficies emergidas de la Tierra, y para lograrlo empleará la combinación del radiómetro de microondas (en concreto su exactitud en la detección de la energía emitida naturalmente) y el sistema SAR (concretamente su alta resolución espacial), juntando la información adquirida por ambos sistemas, consiguiendo penetrar hasta un metro bajo la superficie y obteniendo mapas de humedad con una resolución de 10 km. A partir de la información enviada al centro de control, se podrán hacer los siguientes estudios: comprender los procesos que unen los ciclos del agua terrestre, de la energía y del carbono; estimar los flujos globales de agua y energía en las tierras emergidas de nuestro planeta; cuantificar el flujo neto de carbono en las regiones boreales; mejorar la capacidad de realizar mejores pronósticos meteorológicos y climatológicos; y mejorar la capacidad de monitorización de sequías y predicción de inundaciones.

Entre las aplicaciones prácticas de sus resultados, SMAP permitirá lo siguiente: la información acerca de la humedad del suelo se introducirá en los modelos numéricos de predicción meteorológica, permitiendo pronósticos más exactos y una mayor rapidez en la emisión de estos; detectará cuando un área superficial se está acercando a una condición de grave sequía, lo que permitirá tomar las decisiones más apropiadas con mayor antelación; a partir del estado congelación-descongelación del hielo y la nieve se podrá pronosticar el riesgo de inundaciones graves, así como el de corrimientos de tierra provocados por una excesiva saturación de humedad en el subsuelo; ayudará a una mejor producción agrícola al indicar cuándo es el mejor momento para iniciar una plantación o una cosecha, así como evitar la pérdida de una cosecha por un exceso de humedad; además, con el exceso de humedad en diversas áreas, vigilará el riesgo de aparición de enfermedades, tratará de evitar problemas de hambrunas, u otras catástrofes asociadas al ciclo del agua.

De todas las misiones de la NASA declaradas como urgentes por la comunidad científica, esta será la primera en ser lanzada. Su misión corre prisa, ya que como este es uno de los elementos del sistema terrestre menos entendidos, cuanto antes se tenga información de alta calidad y resolución mucho mejor. Cuanto mayor sea la utilidad de los satélites que tenemos allí arriba, la forma en que observaremos nuestro planeta sin duda mejorará. Mucha suerte.

Aventureras del sistema solar: New Horizons

Todo comenzó en noviembre de 1980 cuando, estando cerca Saturno, Voyager 1 alteró su rumbo para realizar un sobrevuelo al satélite gigante Titán. Después de este hecho, la gran sonda planetaria fijó rumbo de escape del sistema solar, dejando a los entusiastas de la exploración espacial medio deprimidos por no poder acercarse ni siquiera un poco a Plutón. Esto quedó confirmado cuando Voyager 2 finalizó la misión planetaria después de visitar Neptuno en 1989. A partir de entonces, entre los científicos empezaron a levantarse las voces para que alguien preparara una misión espacial hacia ese desconocido, lejano y congelado lugar del sistema solar.

A mediados de la década de 1990 llegó a los despachos de la NASA una propuesta. Se llamaba Pluto Fast Flyby, y como su nombre implicaba debía realizar sobrevuelos sumamente rápidos a Plutón después de seguir una ruta enormemente rápida. Se hablaba de enviar dos sondas gemelas, siguiendo el ejemplo de misiones anteriores, llegando al último planeta separadas la una de la otra seis meses con el objetivo de cubrir cada una un hemisferio. Estas sondas serían muy pequeñas, con apenas 200 kg. o menos, obtendrían su energía de un único RTG, hibernarían la inmensa mayoría del viaje, y su único instrumental científico sería un compacto sistema que combinaría cámaras visibles y espectrómetros infrarrojos y ultravioletas en una misma carcasa: el llamado instrumento PICS, Cámara y Espectrómetro Integrado para Plutón (cuyo único ejemplar de vuelo ha sido el sistema MICAS de Deep Space 1), además de usar la radio de la sonda para el habitual experimento de radio ciencia. La misión se complementó con aterrizadores en miniatura proporcionados por Rusia, y serian lanzadas por sendos lanzadores Proton desde Baikonur en el año 2000 para llegar al sistema de Plutón en el 2010. La falta de presupuesto provocó su cancelación. Inmediatamente después apareció una nueva propuesta llamada Pluto-Kuiper Express. Esta era una versión algo mayor que recurriría a instrumentación separada (el llamado paquete PERSI) que cubría el mismo rango de visión de PICS: cámaras visibles, espectrómetro infrarrojo y espectrómetro ultravioleta, además de la radio de la sonda. El vuelo comenzaría en diciembre del año 2004 en la punta del más potente de las configuraciones del Delta 2, para sobrevolar Venus y Júpiter para llegar a Plutón como muy pronto en el 2012. En el 2000 el proyecto también cayó, a causa de nuevos recortes presupuestarios.

La luz al final del túnel se llamó programa New Frontiers. Este programa, abierto a principios del año 2001, se creó como un hermano mayor del Discovery, debido a que algunas de las propuestas de misión presentadas al programa de proyectos baratos estaban por encima de las posibilidades técnicas, y sobre todo, presupuestarias impuestas. New Frontiers comparte filosofía con Discovery, es decir, administraría misiones altamente enfocadas científicamente y perfiles novedosos para llevarlas a cabo, con la diferencia de que tendrían presupuestos bastante superiores a los que concedía el Discovery, para así subsanar las complejidades de los proyectos propuestos. Dos grupos científicos distintos desarrollaron propuestas muy similares. Por un lado, POSSE (Explorador de Plutón y del Sistema Solar Exterior), y por el otro, New Horizons. En este último estaba el equipo que había propuesto el paquete sensor PERSI para Pluto-Kuiper Express, pero esta era una misión más potente y capaz. Las dos propuestas, entregadas en junio del 2001, estuvieron sujetas a estudios exhaustivos de viabilidad, y finalmente, el 29 de septiembre, la elegida fue New Horizons.

La misión hacia Plutón y el cinturón de Kuiper es una colaboración conjunta entre instituciones. El Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI), a través de su Departamento de Estudios Espaciales, dirige el proyecto y ha elaborado varios de los experimentos, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (JHU/APL) construyó la sonda y algunos instrumentos científicos, y otros centros y empresas, como el Centro de Vuelos Espaciales Goddard (GSFC), Ball Aerospace Corp. (constructora de sondas como Deep Impact, entre otras), Universidad de Stanford, el Laboratorio de Físicas Atmosféricas y Espaciales (LASP) de la Universidad de Colorado o el Jet Propulsion Laboratory también colaboraban. El objetivo principal del proyecto era elaborar la sonda más avanzada tecnológicamente posible para poner cara a Plutón y Caronte de la manera más precisa posible. A pesar de poseer más presupuesto que una misión clase Discovery, una de las claves del proyecto, y por lo tanto, del mismo programa New Frontiers, era usar tecnologías nuevas y elementos probados para reducir la factura total lo máximo posible. Para ello, el APL sacó del armario toda su experiencia y sus desarrollos para dar forma definitiva a la sonda, que comenzó a construirse en el año 2002.

New Horizons es una sonda de forma triangular, elaborada en aluminio. Se estructura de manera similar a la sonda solar Ulysses, disponiendo de unas medidas de 0.7 metros de alto (sin contar con la antena), 2.1 de ancho en la plataforma instrumental, y 2.7 de largo desde la fuente de energía hasta el compartimento de la electrónica, partiendo de un cilindro central que sirve a la vez como soporte estructural primario y unión a la última fase del cohete lanzador. La altura total, juntando la antena principal y el soporte de unión a la última fase del cohete, es de 2.2 metros. En su interior se colocó el tanque de combustible, fabricado en titanio, y a su alrededor, una estructura en forma de panal de abeja, sellada con paneles ultrafinos, completa la forma de la sonda. Está dividida internamente en dos secciones: la parte alta dedicada a la fuente de energía, y la inferior a las electrónicas de la nave y al instrumental científico. Para hacerla más sencilla de operar, carece por completo de partes móviles. Su interior está dispuesto como una botella termo, para así retener el máximo calor en su interior, facilitado porque la sonda por dentro está pintada de color negro. El ordenador de control y sistema de orientación de New Horizons deriva de anteriores proyectos del APL. El sistema de manejo de comandos y datos es herencia de la desdichada sonda cometaria CONTOUR, realizada por la misma institución, que a su vez era una actualización, preparada para resistir la dureza del espacio profundo, proveniente del satélite terrestre de alta atmósfera TIMED. Posee dos módulos de electrónica integrada, cada uno poseyendo un ordenador, estructurado alrededor de un procesador Mongooose-V, y dirige todas las tareas de a bordo, muchas de ellas autónomamente, una necesidad debido a la lejanía de su destino, siendo capaz de distribuir los comandos al resto de elementos de la sonda, adquirir y procesar datos, enviar las secuencias de datos, monitorizar el estado de los sistemas de a bordo, corregir problemas, encender los sistemas de repuesto y llamar a casa por si ocurre alguna anomalía incapaz de ser resuelta.  Para el almacenamiento, dos grabadores de estado sólido de 8 GB cada uno servirán para guardar en ellos los datos adquiridos por los sistemas científicos. Otra herencia de CONTOUR es el sistema de control de actitud, que se estructura alrededor de dos unidades de medición inercial, dos escáneres estelares y un grupo de sensores solares digitales. 

Carece de ruedas de reacción, como medida de ahorro de peso. New Horizons posee realmente dos modos de estabilización. El considerado principal es el modo de estabilización de crucero, en el cual la sonda posee una rotación de 5 rpm mientras apunta su antena principal hacia la Tierra (por ello las medidas de la sonda son mayores de lo estrictamente necesario, para ofrecer una plataforma equilibrada para la rotación), mientras que el modo de apuntamiento provoca que cambie a estar estabilizada en sus tres ejes para poder dirigir sus instrumentos para que adquieran datos científicos, usando los propulsores de a bordo. Estos se estructuran en dos grupos, estando formado el más potente por cuatro pequeños motores, para correcciones de rumbo, mientras que el menos poderoso, formado por 12 diminutas aberturas, controla la actitud, es decir, controla el ratio de giro, lo detiene, y se encarga de apuntar la sonda para la adquisición científica. El control termal se asegura, además de por su diseño, mediante mantas aislantes multicapa, calentadores eléctricos, y ventanillas de apertura electrónica para conseguir que el interior de la sonda se encuentre entre los 10º C y los 30º C, la óptima para los sistemas electrónicos. Para las comunicaciones dispone de un nuevo sistema, el más avanzado jamás montado en una sonda espacial, y que además consume un 66% menos de energía que componentes similares. Dispone de una nueva característica: la medición regenerativa, que es un modo mediante el cual las electrónicas de a bordo amplifican la señal que recibe desde Tierra, eliminando todo el “ruido” que pudiera tener, para que luego al reenviar esa señal hacia las antenas terrestres su recepción sea mucho más clara, redundando ello en una sustancial mejora en los cálculos para una mejor determinación sobre la posición de la sonda. El transmisor trabaja en banda-X, y se apoya principalmente en la antena de alta ganancia, de 2.1 metros de diámetro, y una arquitectura Cassegrain. Está unida en el lado opuesto al del soporte de unión al cohete, y por primera vez en la historia, su cara interna también está cubierta de mantas aislantes multicapa, como el resto de la nave. La antena de media ganancia consiste en un pequeño plato de 30 centímetros de diámetro colocado en la estructura superior de la antena, y comunica con Tierra durante la larga etapa de crucero. Dos antenas de baja ganancia (una en lo alto de la estructura de la antena principal, otra en la parte trasera, en el centro del soporte de unión al cohete) proporcionaron las comunicaciones durante las primeras etapas del viaje y eventos de modo seguro. El sistema de comunicaciones tiene otra peculiaridad: New Horizons se ha convertido en la primera sonda que hace uso operacional de la baliza de monitorización, ese sistema probado con éxito en la sonda multitecnológica Deep Space 1. Para su adopción en el proyecto a Plutón, se ha alterado un poco el código para hacerlo más sencillo. A tal efecto, conserva el tono verde para indicar que todo transcurre sin problemas, y sustituye los tonos naranja, amarillo y rojo para usar hasta siete tonos rojos distintos, para indicar los diversos tipos de problemas que pudieran surgir a bordo. A tal efecto el ordenador realiza un diagnóstico a todos los componentes de la sonda, y la antena de media ganancia genera y envía al centro de control semanalmente el tono más apropiado. Gracias a esto se consigue una comunicación más sencilla durante el largo crucero entre Júpiter y Plutón, reduciendo de esta manera el personal de la misión durante todo ese tiempo, provocando así una reducción drástica de la factura total del proyecto. En la parte alta del triangulo de la sonda está el soporte para colocar su fuente de energía, una estructura elaborada en titanio (que actúa a la vez como escudo térmico) para apoyar ahí el único generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) que proporcionará la electricidad necesaria para los sistemas de a bordo. Su colocación en la parte más lejana del instrumental, acompañada de mucho espacio vacío dentro de la sonda, se ha buscado para 

evitar cualquier interferencia con los sistemas de control. Carece de cualquier tipo de batería en la que almacenar la energía, disponiendo de un pequeño regulador que tiene la función de disipar cualquier exceso de energía. Una unidad de distribución de energía administra eficientemente el manejo y el consumo eléctrico de los componentes de a bordo, que por cierto, son los más eficientes energéticamente hablando jamás colocados en una nave de espacio profundo. Esta es una circunstancia obligada a causa del limitado suministro que proporciona el RTG, por lo que se ha tenido que ajustar todo lo posible el consumo. Los elementos principales de la sonda son plenamente redundantes, provocado por la enorme distancia que viajará y el largo tiempo que transcurrirá entre el lanzamiento y el periodo de misión principal. Los instrumentos son siete, que son a la vez los más 

energéticamente eficientes de la historia y los más sensibles jamás colocados en el espacio. El principal es Ralph, que es un sistema de adquisición de imágenes muy complejo que combina cámaras monocromáticas y a color junto a un muy sensible espectrómetro infrarrojo, que reciben la luz mediante un único telescopio anastigmático de tres espejos elaborado enteramente en aluminio, de 75 milímetros de apertura y una longitud focal de 657.5 milímetros (f/8.7). Este sistema está estructurado de dos formas: MVIC, Cámara de Imágenes Visibles y Multiespectrales, un dispositivo con siete detectores CCD, tres preparados para imágenes en blanco y negro, y cuatro para tomas a color a través de cuatro longitudes de onda (azul, rojo, infrarrojo cercano, y la línea de emisión del metano), que tiene el encargo de realizar un mapa global de Plutón y Caronte, con una resolución esperada de unos 250 metros, y capaz también de generar secuencias estereoscópicas, a la vez que con ella se determinará el tamaño exacto de ambos cuerpos y sus trayectorias, intentará ver la cara nocturna de Plutón iluminada por Caronte, además que tratará de ver alguna niebla en la atmósfera del planeta; y LEISA, Conjunto de Adquisición de Imágenes Espectrales Lineales mediante Etalon, que es un espectrómetro infrarrojo (una versión mejorada del instrumento AC que probó con éxito el satélite Earth Observing-1) que emplea un sensor Pushbroom de mercurio-cadmio-telurio (HgCdTe) tras un filtro especial con el encargo de caracterizar lo más precisamente posible la composición superficial de Plutón y Caronte, buscando nitrógeno, metano, monóxido de carbono, agua congelada e incluso componentes orgánicos, a la vez que realiza mapas de temperatura en el hemisferio iluminado de ambos cuerpos a través de 256 longitudes de onda distintas. Y todo esto, trabajando con niveles de iluminación más de 1000 veces inferior al que existe en la órbita terrestre. Alice es un muy sensible espectrómetro ultravioleta que es capaz de adquirir imágenes para estudiar en profundidad la atmósfera de Plutón. Es una cámara sensible al ultravioleta lejano y al ultravioleta extremo mediante el cual New Horizons será capaz de determinar qué ingredientes conforman la atmósfera del planeta, junto con sus relativas abundancias. Trabajará con dos modos de funcionamiento: el modo de brillo de aire (la apertura principal del aparato, de 40 x 49 milímetros cuadrados) será usado para observar cómo los gases atmosféricos emiten luz ultravioleta, mientras que el modo de ocultación (una apertura de 1 milímetro de diámetro perpendicular al lateral de la sección telescópica del instrumento) permitirá conocer la densidad de la atmósfera, la cantidad de los distintos gases, a la vez que tratará de buscar ionosfera en Plutón y una atmósfera en Caronte. En conjunción, también podrá realizar mapas de temperatura atmosférica en función de la altitud, para así compararla con la superficial. Ambos canales entregan la luz a un espejo primario paraboloide fuera de ejes de aluminio recubierto de níquel (f/3), a una rejilla de difracción holográfica también de aluminio recubierto de níquel (ambas secciones recubiertas por carburo de silicio para una óptima reflectividad) y un detector de placa microcanal sirviendo a dos fotocátodos de bromuro de potasio y de ioduro de cesio. Una versión menos sensible de este instrumento se encuentra a bordo de la sonda cometaria de la ESA Rosetta. Los nombres Ralph y Alice provienen de los personajes de un Show estadounidense titulado The Honeymooners. REX, Experimento de Radio, es el sistema radiocientífico a bordo de New Horizons. Este instrumento no es más que un pequeño circuito impreso situado en el sistema de comunicaciones, que dispone de electrónicas integradas de procesamiento de la señal. REX será utilizado mediante la técnica de ocultación para realizar estudios atmosféricos relacionados con la densidad y la temperatura. Para conseguirlo, se ha tenido que cambiar el procedimiento habitual llevado con otras sondas. Debido a la enorme distancia entre la Tierra y Plutón en el momento del encuentro, no era posible que la distorsión de la señal de radio de New Horizons llegara a la Tierra, por lo que, en vez de ser las antenas terrestres el elemento pasivo, éstas pasan a ser el activo. De esta manera, y teniendo en cuenta el tiempo que las ondas de radio tardan en viajar de un punto a otro, las antenas de 70 metros de diámetro de la Red de Espacio Profundo enviarán en el momento preciso una potente emisión de radio para que, cuando la sonda pase por detrás de Plutón, pueda recibir la señal distorsionada. A este modo novedoso se le ha llamado experimento de radio de carga. A la vez, REX servirá como radiómetro, por lo que será capaz de calcular las temperaturas globales de los cuerpos que investigue en su lado diurno y, sobre todo, en su lado nocturno, mientras determina su distribución de masas. Como el sistema de comunicaciones está duplicado, existe una segunda copia de REX, y de esta manera trabajarán en conjunto para mejorar la resolución de las mediciones. LORRI, Cámara de 

Reconocimiento de Largo Alcance, es un telescopio de observación remota acoplado a una cámara monocromática CCD que carece de rueda de filtros. El telescopio es un reflector Ritchey-Chretien de 20.8 centímetros de apertura y 2.63 metros de longitud focal (f/12.6), elaborado mediante compuestos especiales (principalmente carburo de silicio) para evitar deformaciones causadas por las bajísimas temperaturas alrededor de Plutón. Su ancho campo de visión le proporcionará a la sonda las primeras vistas desde Plutón, aproximadamente unos 200 días antes del sobrevuelo, mientras que 90 días antes del encuentro podrá sobrepasar la resolución del Telescopio Espacial Hubble. En el momento de máximo acercamiento, se espera que pueda alcanzar la mejor resolución de la misión, distinguiendo formaciones de hasta 50 metros, por lo que proporcionará detalles importantes sobre la historia geológica de los cuerpos que observe. Para protegerlo durante los primeros meses de vuelo dispone de una tapa, que lo protegió del exceso de luz solar en el sistema solar interior. SWAP, Viento Solar Alrededor de Plutón, es un analizador extraordinariamente sensible dedicado a estudiar la interacción viento solar-atmósfera de Plutón. Para conseguirlo, este instrumento dispone de la mayor apertura que un aparato de sus características haya sido colocado en el espacio. Formado por un analizador de potencial retardante, un deflector y un analizador electrostático, está dedicado principalmente en determinar el ratio de escape de material atmosférico provocado por las partículas del viento solar, que aunque es increíblemente débil en comparación con su densidad en el sistema solar interior, puede provocar que Plutón tenga un comportamiento similar al de un cometa. Para determinarlo, estudiará las interacciones entre las partículas en fuga de la atmósfera plutoniana y las que existen en el viento solar y así calcular la cantidad de material que fluye al espacio. PEPPSI, Espectrómetro para Investigaciones Científicas de las Partículas Energéticas de Plutón, es el instrumento de sus características más pequeño y eficiente energéticamente de los diseñados hasta la fecha, y tiene el encargo de complementar a SWAP, mediante el estudio de la composición y distribución energética de las partículas que expulsa la atmósfera plutoniana y acaban transformadas en partículas cargadas por el viento solar. Antes incluso del sobrevuelo al planeta podrá determinar el ratio de pérdida de partículas antes que SWAP, para proporcionar un punto de partida para cuando esté allí, y además, debido a esto, podrá determinar los componentes de la atmósfera de Plutón. Es casi idéntico al instrumento EPS, uno de los dos que dan forma al paquete EPPS de la sonda MESSENGER a Mercurio, solo que con las modificaciones necesarias para su misión al sistema solar exterior. Y por último, SDC, Contador de Polvo Estudiantil. Colocado en la cara frontal de la sonda (es decir, la que se encuentra en la dirección del vuelo), son dos placas medidoras encargadas de medir el tamaño, velocidad y el ratio de impacto de las partículas de polvo cósmico durante todo el vuelo hacia Plutón. Este es el primer aparato de sus características situado más allá de la órbita de Saturno, por lo que nos ampliará los conocimientos sobre el entorno de polvo en el exterior del sistema solar. Este es el primer instrumento científico diseñado, construido y operado por estudiantes (de la Universidad de Colorado), bajo supervisión científica de sus profesores. Una vez en configuración de vuelo, New Horizons declaraba una masa de 478 kg.

El período de construcción estuvo plagado de problemas, que amenazaban con retrasar el lanzamiento. Un primer problema surgió en uno de los dos ordenadores, cuando observaron una serie de problemas. Tuvieron que desmontarlo, estudiar los problemas y repararlo. El segundo estaba relacionado con la cámara Ralph, ya que su construcción, encargada a la empresa Ball Aerospace Corp., iba enormemente retrasada. Por suerte pudo llegar a tiempo para su integración. Y el tercero, y aún más importante, surgió a mediados del 2004, cuando la institución encargada de la elaboración del combustible del RTG, el Laboratorio Nacional Los Álamos, en nombre del Departamento de Energía de EE.UU., había perdido un disco con información acerca de los procesos de fabricación de las pastillas de dióxido de plutonio que necesita. Como consecuencia, paralizaron el proceso, y debido a esto, informaron a los administradores del proyecto que no llegaría la totalidad del plutonio necesario para la fecha de lanzamiento. Esto provocó una reunión bastante peliaguda entre todas las partes. De ese encuentro salieron dos alternativas: una era esperar a que se pudiera terminar todo el material necesario para los requisitos de la misión, lo que significaba que el despegue se retrasaría un año; la otra, lanzar en la fecha fijada, pero sin todo el combustible nuclear. Las dos alternativas eran malas, aunque aún peor la primera. Las ganas provocaron que se respetara la fecha de despegue, por lo que New Horizons solo pudo contar con entre un 85 o un 90% del total necesario. La consecuencia de esta decisión era que los instrumentos, a pesar de su ridículo consumo energético (todos juntos apenas consumen 21 Vatios, menos de la mitad que una bombilla tradicional), no podrían funcionar a la vez. Por lo menos, a causa del largo viaje, se podría programar a New Horizons de forma que pueda hacer un uso óptimo de los recursos de a bordo según las necesidades del momento. En total, el RTG cargó, de los 10.9 kg. de capacidad total, 9.74 de dióxido de plutonio.

Para alcanzar Plutón, New Horizons debía utilizar el lanzador más potente del inventario de la NASA, y este era el Atlas V, en su configuración 551. Esta misión también resultó un hito para este tipo de lanzador. Esta fue la segunda vez que un Atlas V colocaba en el espacio profundo una sonda espacial, y supuso la primera aplicación práctica de esta configuración con cinco aceleradores sólidos y cofia de 5.4 metros de diámetro. Hubo también un tercer detalle que lo hacía novedoso: era la primera vez que este cohete utilizaba una tercera fase para dar un último empujón, equipando un propulsor de combustible sólido y estabilizado por giro Star-48B. Gracias al empuje proporcionado por todo el conjunto, superaba en potencia al Delta 4-Heavy, y le daría a la sonda la velocidad de escape necesaria para llegar lo más rápidamente posible a su destino. El lanzamiento estaba fijado para el 11 de enero del 2006.

Antes de enviar a New Horizons a Cabo Cañaveral para que allí pasara las últimas pruebas, se colocaron en su interior varios objetos simbólicos. El más significativo fue que, en un contenedor más pequeño que una pila de botón, había una pequeña cantidad de las cenizas del descubridor de Plutón, Clyde Tombaugh, para así, “llevarlo” al lugar que encontró aquel lejano 1930. A la vez, el lanzador Atlas estaba siendo montado, cuando el 24 de octubre del 2005 el huracán Wilma pasó por Florida, y los fuertes vientos provocaron que una de las puertas de la torre de montaje impactara contra uno de los aceleradores sólidos. Esto obligó a cambiarlo por otra unidad que estaba por allí, pero no retrasó el lanzamiento.

Una revisión a fondo del tanque de queroseno de la primera fase del lanzador obligó a aplazar una semana el lanzamiento, al día 17. La ventana de lanzamiento se extendía un total de 29 días, del 17 de enero hasta el 14 de febrero. Sin embargo, el deseo de la gente de la misión era aprovechar los diez primeros días, que eran los que permitían aprovechar al máximo un sobrevuelo a Júpiter, con el cual se acortaría el tiempo de viaje entre dos y cuatro años, además de proporcionar un extra de velocidad. Hasta el 2 de febrero, la asistencia gravitaroria joviana era todavía posible, pero el planeta se encontraría en una peor posición, provocando un viaje más largo y lento. El resto de fechas, hasta el 14 de febrero, enviaban a la sonda directamente a Plutón sin pasar por el hermano mayor del sistema, y cada día que se retrasara hasta esa fecha ampliaba un año más de viaje hasta el último planeta. Poco tiempo antes de despegar, se hizo pública una investigación: mediante el Telescopio Espacial Hubble, se habían encontrado dos nuevos satélites a Plutón, más exteriores que Caronte, pero, aparentemente, con una composición superficial similar. Esto hacía incrementar el interés por la misión, así como las tareas a realizar una vez allí. Esas lunas recibieron nombre poco después, pasando a ser Nyx e Hydra. Este era un homenaje a la propia misión, la que la primera letra de cada una eran las iniciales de New Horizons. Qué mejor cosa.

Fuertes vientos impidieron el lanzamiento el día 17; un apagón en Laurel, Maryland (donde está situado el centro de control de la misión) lo hizo imposible el 18. Tuvo que ser el 19 finalmente el día en que el Atlas 551 encendió sus motores, y tras aproximadamente 48 minutos de proceso, New Horizons volaba ya libre, camino de Júpiter y Plutón. A partir de entonces empezaba la fase de poner a prueba todos los sistemas de a bordo y la calibración de los instrumentos científicos.

Esta sonda es erróneamente conocida como la nave más rápida jamás lanzada. Realmente es el objeto humano que ha abandonado la órbita terrestre a la mayor velocidad alcanzada, superando así a Ulysses, que se puso en camino hacia su misión solar mediante un conjunto IUS/PAM-S, colocado en órbita mediante un transbordador espacial. Pero ciertamente, es rápida, muy rápida, y eso le permitirá llegar a Plutón a mediados del 2015. Como dato de velocidad, cruzó la órbita lunar en apenas 9 horas.

La primera maniobra de corrección de rumbo, dividida en dos fases (28 y 30 de enero) fue tan precisa, que la segunda prevista fue suspendida, completando la tercera el 9 de marzo, situándose en la trayectoria óptima para aprovechar eficientemente la asistencia gravitatoria joviana. El 7 de abril, New Horizons cruzó la órbita marciana, y en mayo entró en el cinturón de asteroides. Los cálculos del rumbo de la sonda propiciaron una rara oportunidad para probar las capacidades de a bordo: nada menos que el encuentro lejano con un asteroide: el 2002 JF56. El 13 de junio New Horizons pasó a 101.867 km. de él, y Ralph fue encendido para seguir al objeto, probando así la capacidad de 

seguimiento de objetos poco brillantes. A pesar de la distancia, el sistema pudo determinar un diámetro de aproximadamente 2.3 km., y el análisis espectral mostró que era un asteroide tipo S. A modo de curiosidad, en enero del 2007, una petición del JHU/APL remitida a la Unión Astronómica Internacional, permitió que el asteroide fuera renombrado como 132524 APL. Por aquellos días, los alumnos que elaboraron el SDC tuvieron la feliz idea de rebautizar su aparato, y desde entonces recibe la nomenclatura de Contador de Polvo Estudiantil Venetia Burney, en honor de la niña que, en 1930, cuando contaba con 11 años (en el 2006 tenía 87), le sugirió a Clyde Tombaugh el nombre de Plutón, debido a que las dos primeras letras correspondían a las iniciales de Percival Lowell, la persona que había iniciado la larga búsqueda del nuevo planeta.

El mes de agosto significó el abandono del cinturón de asteroides (y que Plutón perdiera su condición de planeta), motivación suficiente para destapar LORRI y echar un primer vistazo, cosa que realizó el 4 de septiembre, mostrándonos a Júpiter, acompañado de Europa e Io. El brillo de este planeta resultaba excesivo, y no sería usado demasiado durante la fase de aproximación al hermano mayor del sistema. Hasta el día del encuentro joviano, continuó probando el instrumental, y recibiendo periódicamente cargas de software, las necesarias para operar durante esta fase de la misión. Durante estas mismas pruebas, entre los días 21 y 24 de septiembre, LORRI fue capaz de realizar sus primeras observaciones de Plutón, demostrando así su capacidad de buscar y seguir objetos muy distantes.

A comienzos del año 2007 se dejó de pruebas, y comenzó a tomar mediciones acerca de Júpiter y el entorno que lo rodeaba. El 14 de febrero entró en su esfera de influencia, provocando una tremenda aceleración, que se incrementaría el día del sobrevuelo, el 28. Sobrevolando Júpiter a 2.305 millones de kilómetros de las capas altas de la atmósfera, la velocidad de New Horizons se incrementó sustancialmente, elevó la inclinación sobre la eclíptica, y lo más interesante, hizo una interesante disección del planeta y varios de sus satélites. Se convirtió en la nave más rápida en cubrir la distancia entre la Tierra y el hermano mayor del sistema (en apenas 13 meses), en la octava que se acercaba allí, y pasó cuatro veces más cerca que el anterior visitante, Cassini.

Además de ser una prueba para comprobar el rendimiento de los instrumentos, la sonda cumplió un programa muy importante en un objeto en constante cambio. Analizó la magnetosfera y la magnetocola (la primera vez en la historia), la dinámica atmosférica, el débil anillo, y en la medida posible, los satélites. Para ello usaría Alice para estudiar las auroras jovianas y observar las atmósferas de Júpiter y de los satélites galileanos; Ralph, para realizar imágenes y exámenes espectrales de las superficies de los satélites, para localizar puntos calientes en la cara nocturna de Io, observar el terminador y la dinámica atmosférica joviana; LORRI se encargaría de monitorizar los movimientos por la atmósfera joviana, buscaría cambios en las superficies de los satélites galileanos, actividad volcánica en Io, nuevas lunas, observaría el anillo y caracterizaría dos lunas exteriores; SWAP detectaría la ionización de partículas alrededor de Io, a la vez que caracterizaría la magnetocola joviana; PEPPSI mediría los flujos de partículas energéticas para averiguar cómo el plasma ionizado se acelera y se distribuye por la magnetosfera, mientras que estudiaría las partículas de alta energía de la magnetosfera; y VBSDC buscaría flujos de polvo cósmico y mediría el tamaño de las partículas de polvo por toda la longitud de la magnetocola.

El 28 de febrero se convirtió en un día de febril actividad. La observación de los satélites galileanos fue relativamente corta, debido a la mala posición de paso respecto a ellos. Otros satélites también fueron observados: lunas interiores como Amaltea, lunas exteriores como Himalia y Elara. Quien dio

el cante como se esperaba fue Io, en el cual New Horizons pudo observar nada menos que tres erupciones por parte de varios volcanes del satélite: Tvashtar, Prometeo y Masubi. En el lado nocturno, varios puntos calientes aparecían por todo el hemisferio. Si bien las secuencias a Europa, Ganímedes y Calixto fueron tomadas desde lejos mostraron detalles interesantes de sus superficies. La aparición de la Pequeña Mancha Roja (o Red Junior, como nos gusta llamarla) nos permitió hacer cálculos sobre los vientos que soplan por toda la atmósfera, cuya dinámica fue estudiada con exquisito detalle, ya que fue una de las cosas que no se pudieron hacer durante la misión Galileo, por los motivos que todos conocen. Y finalmente, tras alejarse del planeta, pudo estudiar durante dos meses la magnetocola joviana, dándonos detalles muy valiosos sobre cómo funciona esta gigantesca región que se extiende hasta más allá de la órbita de Saturno. Después de enviar su último paquete de datos, en julio New Horizons entró por primera vez en hibernación, y usó por primera vez la baliza de monitorización. En total, y gracias a la menor distancia que la que habrá entre la Tierra y Plutón, la sonda envió más datos del sobrevuelo joviano que la que se espera que nos transmita del encuentro con el último planeta.

A partir de entonces, y hasta principios del 2015, New Horizons ha estado generalmente apagada, con solo algunos sistemas de control en marcha para ir comunicando semanalmente su estado. Cada seis meses, la sonda era despertada para realizar un chequeo de de su estado, se enviaba nuevo software de control, para poder realizar la misión plutoniana, y si se terciaba, refinaba un poco el rumbo por si acaso se desviaba. Así, cruzó la órbita de Saturno el 8 de junio del 2008, el 29 de diciembre del 2009 cruzaba el punto medio del viaje entre la Tierra y su destino, el 18 de marzo del 2011 (el mismo día 

que MESSENGER entraba en órbita de Mercurio) pasaba la órbita de Urano, y el 24 de agosto del 2014, la de Neptuno (del cual ya realizó alguna imagen mediante LORRI el 23 de junio del 2010).

Aproximadamente, la fase de observación de Plutón empezará 5 meses antes de su máxima aproximación. Durante esos días, el planeta y sus satélites no serán más que puntos, sin embargo, servirán de referencia para que New Horizons navegue apropiadamente para situarse en una ventana de apenas 300 km., mediante la cual se podrán cumplir los objetivos científicos previstos. Obviamente, y como ya hizo la sonda Dawn con Vesta, cada vez que se aproxime más a Plutón y el resto de miembros de la familia la resolución irá mejorando. A partir de entonces Ralph se unirá a LORRI en la tarea de caracterizar todos los cuerpos, tanto geográficamente como mineralógicamente. A una distancia aproximada de 100 millones de kilómetros, la rotación de 6.4 días del planeta  permitirá realizar los primeros mapas de Plutón, Caronte, Nyx, Hydra, Kerberos y Styx, los últimos miembros de la familia, descubiertos en el 2011 y el 2012. A medida que se vaya acercando, los mapas irán actualizándose, para tratar de buscar cambios por todo el globo. Finalmente, el 14 de julio se espera que la sonda pase a una distancia de 10.000 km. del planeta, y a 27.000 km. de Caronte, aunque se espera que, gracias a las imágenes tomadas durante la aproximación, estas distancias se acorten significativamente. Dependiendo de la distancia final, LORRI podría adquirir imágenes de resoluciones menores a 25 metros.

Los objetivos científicos que se buscan en Plutón se dividen en tres categorías: primarios, secundarios y terciarios. La primera categoría posee tres objetivos. Primero, caracterizar la geología y morfología de Plutón y Caronte; segundo, cartografiar las composiciones químicas de ambos cuerpos; y tercero, caracterizar la atmósfera neutral de Plutón y calcular su ratio de escape. El no cumplimiento de alguno de estos tres requisitos supone un fracaso de la misión.

Los objetivos secundarios son muchos y esperados: caracterizar la variabilidad temporal de la superficie y la atmósfera de Plutón; adquirir imágenes estereoscópicas de zonas escogidas de la superficie del planeta; cartografiar las regiones del terminador en Plutón y Caronte en alta resolución; cartografiar las composiciones químicas de zonas seleccionadas de la superficie planetaria en alta resolución; buscar moléculas neutrales como hidrocarburos o nitritos en la atmósfera; buscar trazas de atmósfera en torno a Caronte; determinar los albedos de Plutón y Caronte; y cartografiar las temperaturas superficiales de ambos cuerpos. Sin ser excesivamente necesarios, se espera que se consigan muchos de estos objetivos. En cuanto a los terciarios, son también tres: caracterizar el entorno de partículas energéticas en torno a Plutón;  refinar los parámetros de masas, órbitas y dimensiones de Plutón y Caronte; y buscar lunas adicionales y anillos. Estos objetivos son deseados, pero pueden no ser investigados a causa de las prioridades de la misión. Muchos de los objetivos pueden hacerse extensivos a las nuevas lunas.

La totalidad de los datos adquiridos durante el encuentro no podrá transmitirse inmediatamente. A causa de la gigantesca distancia (casi 5.000 millones de kilómetros de distancia) y la demanda de otras sondas por el tiempo de las antenas de la Red de Espacio Profundo, este proceso se puede alargar hasta 9 meses. Se necesitaría un mes de emisión directa para hacerlo, pero como no es la única sonda que circula por el espacio, tendrá que esperar a las prioridades de las antenas. Dependiendo de la distancia y del alineamiento entre New Horizons y la Tierra, el ratio de descarga podría ser de apenas 600 o 1.200 bits por segundo.

Cuando la transmisión de los datos finalice, regresará a modo de crucero en hibernación. Durante el tiempo de viaje entre Júpiter y Plutón, los científicos del proyecto han lanzado una llamada a la comunidad astronómica para buscar objetos del cinturón de Kuiper cerca de la trayectoria de la sonda y que dispongan de tamaños alrededor de los 50 o 100 km. de diámetro. Como la capacidad de maniobra de New Horizons es bastante limitada, sería deseable encontrar alguno que cruzara el rumbo de esta sonda. Si esto es posible, las actividades podrían ser similares a las realizadas durante la aproximación y sobrevuelo de Plutón. Dependiendo del aguante del RTG, y de la suerte, se podrían investigar varios, antes de que la sonda acompañe a Pioneer 11 y a las Voyager 1 y 2 en su camino interestelar.

Preparémonos, lo mejor está por llegar.