Las próximas misiones a los asteroides: NEA Scout

Hace no tanto tiempo, la moda era que cuanto más (grande), mejor. Pero luego, llegó la moda de la reducción de tamaño, que no de prestaciones. Las misiones Discovery demostraron que se podía hacer lo mismo con menos recursos y presupuesto. Y es cierto que, hasta cierto punto, se ha vuelto hacia lo más, sin embargo también se ha viajado al menos, al mucho menos.

La emergencia de los Cubesats desató una fiebre entre equipos científicos y de ingeniería. Sí, se han estado usando para demostrar tecnologías, pero muchos también se fijaban en su potencial científico. Y muchos vieron futuro en su uso para el estudio del sistema solar. Sólo había un problema: para fabricarlos económicamente, se usan componentes comerciales, baratos y rápidamente disponibles. Era la mejor opción, y puesto que no abandonarían el abrigo de la magnetosfera terrestre, no se pensó en su resistencia a la radiación de espacio profundo.

Entonces, llegaron los gemelos MarCO. A pesar del tiempo pasado, siguen siendo los únicos Cubesats en zambullirse en el espacio profundo, acompañando al lander InSight. Huelga decir que no sólo sobrevivieron al largo viaje sin incidentes, sino que cumplieron la función para la que fueron diseñados: transmitir los datos de entrada, descenso y aterrizaje de su consorte en “tiempo real”, puesto que había un retraso de unos minutos. Además, uno de ellos transmitió buenas imágenes del planeta. La demostración mostró que sí, se puede.

El éxito de MarCO provocó nuevas ideas, nuevos proyectos. Ya se habían presentado antes proyectos, ideas, pero no habían pasado de eso. ¿Qué se necesita para que una misión así sea aprobada? Primero, viabilidad técnica, y segundo, interés científico.

Una de las muchas áreas de investigación de la actualidad es el estudio de los asteroides NEO’s. Gracias a los últimos descubrimientos, sabemos que ahí fuera hay un montón de rocas diminutas, invisibles a simple vista salvo para los telescopios infrarrojos. Asteroides como Ryugu o Bennu son más una excepción, porque la mayoría son todavía más pequeños. Descubrirlos está bien, conocer su órbita y calcular su tamaño y temperatura.  Pero mejor sería poder alcanzar uno de ellos y observarlo. Optando por lo barato, otra opción sería sobrevolarlos. Y aquí entra la nueva misión de Cubesats.

NEA Scout es la respuesta. Es un Cubesat diseñado específicamente para el estudio de asteroides NEO’s
diminutos. Basado en un bus 6U, de 10 x 20 x 30 cm, aloja todo lo necesario para funcionar. Todo miniaturizado, cuenta con un ordenador capaz de gestionar todas las operaciones de a bordo y funcionar con autonomía a medida que se aleja de la Tierra, y cuenta con su propia memoria de a bordo. Para comunicar, usa una tecnología interesante. El transpondedor Iris, desarrollado por el JPL específicamente para Cubesats y otras misiones pequeñas, apenas ocupa un espacio de 0.4U y pesa 400 gramos, si bien es compatible con la Red de Espacio Profundo, transmitiendo y recibiendo en banda-X, a través de dos antenas de baja ganancia, y una antena de media ganancia de conjunto de microtiras 8 x 8. A pesar de su reducido tamaño y bajo consumo energético, cumplirá las mismas funciones que sistemas mayores,

como el viejo SDST en lo que se refiere no sólo en transmisión de datos, sino también como ayuda de navegación. Eso sí, el ratio de descarga será limitado. Estará estabilizado en sus tres ejes para su control, con una unidad de medición inercial, un escáner estelar en miniatura, sensores solares ordinarios, tres ruedas de reacción en miniatura, y un sistema de micro-propulsión, ocupando un volumen 2U y seis micro-propulsores de gas frío, su combustible y un controlador propio. Cada propulsor funcionará independientemente, para desaturar las ruedas de reacción o para hacer maniobras de corrección. Pero la verdadera estrella de la misión es algo casi de ciencia ficción, pero que es una interesante realidad: una vela solar. Sí, es lo que pensáis: del mismo modo que los veleros usan las velas para navegar por el mar, una vela

solar usará la presión del viento solar sobre ella como medio de propulsión. La de NEA Scout ocupará un espacio diminuto dentro de la sonda, pero una vez desplegada, abarcará hasta ochenta y seis metros cuadrados de superficie. Está fabricada de un ligero polímero aluminizado, más delgado que un cabello humano con 2.5 micrones de grosor. Se une a la sonda por cuatro mástiles telescópicos de acero inoxidable y 6.8 metros de largo. En esencia, la vela recibirá los fotones del viento solar, reflejándolos y así generando empuje, sin gastar un solo gramo de combustible. No es la primera vez que se lanzan al espacio, ni mucho menos que funcionan: ya en el 2010, JAXA lanzó, junto con Akatsuki, la vela solar IKAROS, la primera en aventurarse al espacio profundo y la primera en sobrevolar un planeta del sistema solar, demostrando no sólo propulsión, sino control de actitud. Y en órbita terrestre, está el Cubesat LightSail-2 de la Sociedad Planetaria, que ha sido capaz de cambiar su órbita usando solamente su vela solar. De este modo, la sonda viajará al asteroide que será su destino sin usar apenas combustible, sólo para pequeñas maniobras. Otro elemento básico es el dispositivo de Traslación de Masa Activa, cuya misión es cambiar el centro de masas y empuje de la sonda una vez se despliegue la vela. En cuestión de energía, lo básico, con varios paneles solares con células de alto rendimiento y baterías de ión-litio. Y el control termal, el básico: mantas multicapa,

calentadores y radiadores. Para la ciencia, sólo cuenta con una cámara. Desarrollada por el JPL para ser pequeña y fácilmente configurable. Apenas pesa cuatrocientos gramos, ocupando un espacio de 0.5U. Deriva de las usadas en el instrumento OCO-3 instalado en la ISS, y se ha aprovechado su controlador digital y sensor, pero con un sistema óptico nuevo. El elemento óptico es un sistema comercial refractor, con una longitud focal de 50.2 mm (f/2.8) y enfoca la luz a un sensor CMOS de 20 megapixels, idéntico a los usados en las cámaras de ingeniería de Perseverance, sin rejilla a color de patrón Bayer. Aunque el sensor tiene una superficie activa de 5120 x 3840 pixels, el diseño de las lentes de la cámara hace que sólo se iluminen 3840 x 3840 pixels. Con esta cámara, se buscan imágenes de resoluciones extraordinarias, hasta 10 cm en la máxima aproximación. Completado y listo para volar, NEA Scout desplazará 14 kg, con la sección superior compuesta por las aviónicas, la central con el dispositivo de Traslación y el empaquetado de la vela solar, y la inferior con el sistema de propulsión.

NEA Scout no es la carga principal a lanzar, sino una de las diez secundarias que volarán en el primer
lanzamiento del colosal cohete SLS. Este monstruo, el cohete más potente del mundo, deriva, en muchos elementos, en el sistema de lanzamiento de los transbordadores. Es un lanzador de dos etapas, con un núcleo de sesenta y cinco metros de alto, 8.4 de diámetro, y usa cuatro motores criogénicos RS-25 (los SSME del transbordador) para elevar el conjunto, en combinación con dos aceleradores expulsables de combustible sólido. También derivados del transbordador, cuentan con cinco segmentos, una más que en los transbordadores, siendo reutilizables. Para la etapa superior, cuenta con una variación de las usadas en el ya finalizado Delta IV, pero mayor para una superior capacidad de combustible. Como la etapa núcleo, también será criogénica, usando un motor RL-10. Se la conoce como ICPS, o Etapa Superior Temporal Criogénica, porque en desarrollo una de mayor potencia y capacidad. NEA Scout se sitúa en la interfase entre la etapa superior y la nave Orion que volará en su punta, y una vez se ponga en marcha, tal vez el día 29, se separará una vez la carga principal esté en camino.

El problema para una misión como NEA Scout está en el hecho que no domina cuándo se lanza un cohete. Como carga secundaria, depende de otros imponderables, por eso, su trayectoria, o su objetivo final es una incógnita hasta que está en el espacio. El plan base es, una vez separada, ir hacia la Luna y sobrevolarla. Con la vela extendiéndose unos quince días tras el lanzamiento, la sonda estará en el espacio cercano a la Luna, o Cislunar, varios meses, hasta que escapa para volar en el espacio interplanetario.

El objetivo es, hasta la fecha, el asteroide NEO 2020 GE. Tarda 368 días en orbitar al Sol, con distancias máximas y mínimas de 1.05 y 0.97 unidades astronómicas, su tamaño es de no más de dieciocho metros. La intención es que NEA Scout se encuentre con él después que el asteroide haya sobrevolado la Tierra, que sucederá el 8 de septiembre del 2023, a una distancia de casi seis millones de km. de nuestro planeta.

NEA Scout se enfrentará a varios retos, siendo el primero la navegación óptica, porque dado el pequeño tamaño del asteroide y la incertidumbre de su posición, será complicado fijarle en la zona activa del sensor. La segunda es acercarse a la velocidad más lenta que se ha realizado un sobrevuelo, todo un desafío, que concluirá con una máxima aproximación a menos de diez km., o menos aún, incluso. Así, durante la aproximación lenta, capturará imágenes de casi todo el asteroide con resoluciones de hasta 50 cm, y la máxima resolución en la máxima aproximación. La intención es capturar la forma, volumen, propiedades de rotación, ver el entorno local, además de investigar la morfología local y las propiedades del regolito. Los hay que esperan que sea un pedazo de roca, y otros que piensan que es un agregado de rocas sueltas. El sobrevuelo espera resolver estas dudas. La transmisión de todas las imágenes puede durar hasta seis meses.

En el plano tecnológico, se desea demostrar no sólo el despliegue de la vela solar, sino la navegación usándola como propulsión. Si la demostración tiene éxito, la NASA planea una vela solar aún mayor en la misión Solar Cruiser, de 1653 metros cuadrados.

Sólo queda una cosa que decir: A toda vela.