APEX a por Apophis

 Marcad esta fecha en el calendario: 13 de abril del 2029. Ese día, se producirá el paso más cercano de un asteroide a la Tierra en los tiempos modernos. Será a 31.000 km de altitud, por debajo de la órbita geoestacionaria. No supone un peligro, si bien podrá ser observado desde tierra y desde el espacio. Será, sin embargo, justo después, cuando tengamos un encuentro íntimo y personal con este objeto. 

No, no es cuestión de repetirse. Ya hemos hablado de Apophis antes en esta Crónica, sí, y en su día comentamos que una misión existente se preparaba para ir en su busca. Antes, claro estaba, tenía cosas que hacer.

OSIRIS-REx no necesita presentación: es la misión de recogida de muestras al asteroide Bennu. Huelga decir que, el pasado 23 de septiembre nos entregó su tesoro, compuesto por nada más que 121.6 gramos de material del asteroide, más del doble del requisito original. Pero, ¿y la sonda? Ella aprovechó el paso cercano a nosotros para hacer una asistencia gravitatoria, modificando su órbita y así situarse en camino al asteroide Apophis. Se inició, por tanto, la misión OSIRIS-APEX. Mejor que vayamos al grano.

Antes que nada, ¿cómo está OSIRIS-REx? Justo después de su entrega, excelente. Y lo sigue estando, no nos entendáis mal. Sus instrumentos están utilizables, y por el momento, no ha sufrido averías graves. Así, se puede hacer una misión extendida con garantías.

Pero llegar será un proceso largo. Si contase con impulsión iónica (como la actual Psyche) posiblemente lo alcanzaría antes. Al usar propulsión convencional, necesitará algo de ayuda. Esto supone casi seis años de crucero, que tiene sus propios retos y riesgos. Como otras misiones antes que ella, OSIRIS-REx necesitará de tres asistencias gravitatorias a la Tierra, más tres maniobras de espacio profundo, dos pequeñas y una tercera más enérgica. ¿Supone un problema? No necesariamente, porque con el tiempo la sonda llegará a su destino. Sin embargo, ya hemos dicho que viene con riesgos y retos, nada pequeños. 

Si recordáis las auroras del pasado mes de mayo, ese es el mayor indicativo de que nuestra estrella se dirige hacia su máximo de actividad, y promete ser potente. El último de sus características fue el del 2001. Por ello, el Sol esta más activo que de costumbre, lanzando, casi constantemente llamaradas, fulguraciones, tormentas y CME's. Para una sonda, ser agredida por una de ellas puede ser dañino (que le pregunten a Nozomi), provocando daños importantes a su hardware y afectar también a su software, con consecuencias muy graves. A ver, están preparadas para agresiones semejantes, pero sólo hasta cierto punto. De ahí que su camino en estos años esté plagado de peligros. Ah, y hay un riesgo más que tener en cuenta, si bien éste es más trabajable.

El sobrevuelo posterior a soltar su cápsula de retorno puso a OSIRIS-REx en una nueva órbita en la cual su nuevo perihelio la acerca peligrosamente al Sol. Es cierto que las sondas espaciales se diseñan pensando en sus parámetros de misión principal. Sin embargo, se dan casos en que alguna acaba yendo más allá de sus límites. Pensamos, por ejemplo, en NEAR-Shoemaker, la cual, para sobrevolar el asteroide Mathilde en junio de 1997 tuvo que alejarse de nuestra estrella más allá de su limite máximo de diseño, pudiendo usar nada más que un instrumento, su cámara, en el encuentro. En el otro extremo, Akatsuki, tras fallar su inserción orbital en Venus en diciembre del 2010, se vio obligada a aproximarse al Sol más de lo previsto durante la misión, lo que le causó su peaje años después z perdiendo el uso de dos de sus cinco cámaras. Para OSIRIS-REx, el nuevo perihelio supone ir más allá de su límite de diseño de 0.77 unidades astronómicas, hasta llegar a las 0.5 UA, algo menos de 75 millones de km del Sol. Y no una vez, sino hasta seis veces antes de llegar a Apophis. Claro, también supone un riesgo serio de avería para el hardware, algunos elementos siendo más sensibles que otros. Con la sonda en buena forma física, no es cuestión de estropearla por una insolación. ¿En qué han pensado sus

ingenieros? Un posicionamiento, digamos, peculiar. Para superar el tiempo antes, durante y después del perihelio, la sonda mantendrá una orientación fija, con un panel solar para generar electricidad, pero sin encarar al Sol, y el segundo replegado para ofrecer sombra a la zona donde están los componentes más sensibles a la temperatura. Puesto que son paneles orientables en dos ejes, reposicionarlos no es problema. Esta actitud supone, además, el apagado de muchos sistemas, dejando sólo los vitales, así como una limitación en las comunicaciones puesto que implica no poder apuntar la antena principal a nosotros. Por ello, toda la información generada a bordo sobre el comportamiento se almacenará en los grabadores de a bordo, para su posterior descarga cuando la órbita lo permita. 

Comparación del antes y del después
de su primer perihelio. No hay
cambios

En justicia, OSIRIS-REx ya ha pasado por su primer perihelio el pasado mes de enero, y sólo recientemente hemos recibido las novedades sobre su estado, y sigue siendo bueno. Hasta los instrumentos se encuentran en excelentes condiciones. Ah, y el siguiente perihelio se acerca, ya que sucederá el próximo mes de septiembre.

Hablando de la sonda en sí, como ya hemos dicho, carece de problemas. Sus componentes aún tienen margen de vida, sin duda. De todos, los que se miran con lupa son los que poseen partes móviles, y los que tienen más movimiento son las IMU's, o unidades de medición inercial. Son los giróscopos en su interior los que preocupan potencialmente, al ser los más propensos al fallo. Por eso, cuanto antes (si no se ha hecho ya, no lo sabemos) la misión cargará u n parche de software para que la sonda se gobierne usando nada más que uno de sus dos escáneres estelares como referencia absoluta de actitud. No es nada nuevo para una misión, son varias las que están así configuradas, permitiendo alargar la vida de las IMU's. De ese modo, se reservarán para lo importante. Acerca de los instrumentos, están bien. Claro, en la maniobra de recogida de muestras se cubrieron de una fina capa de polvo. ¿Se ha reducido

su sensibilidad? Sí. ¿Supondrá un problema en Apophis? No, porque ya se ha entendido este problema y en la calibración se tiene ya en cuenta. Así, los sistemas OCAMS, OVIRS, OTES y OLA, más las TAGCAMS, se usarán en el nuevo destino. OLA es el que ha dado sus problemas porque uno de sus emisores falló durante la estancia en Bennu. Menos mal que el segundo aún tiene margen de vida. Aún más, la sonda cuenta con un sistema LIDAR alternativo que debía usarse en Bennu para navegación, pero no se empleó como consecuencia de las características del asteroide. Y OVIRS tenía un problema: un fragmento de Bennu se quedó atascado en su puerto de calibración solar. Sin embargo, tras el chequeo posterior al primer perihelio, se ha podido comprobar que este puerto está libre. No se sabe bien la causa de esta liberación, pero es bienvenida. Y, hablando de combustible, aún cuenta con un saludable margen. Como navegar en Bennu fue más fácil de lo anticipado, la sonda conserva más combustible de lo esperado en estos momentos. Buenas noticias, sin duda.

Camino a Apophis (fuente: DellaGiustina et al 2023)

No basta con sentarse y esperar, esperando que la mecánica celeste nos ponga en el caminos correcto: hay que trabajarlo. Para poder alcanzar a Apophis, se necesitan maniobras propulsivas, la primera de las cuales está al caer, puesto que será en menos de un mes, el 17 de julio. Será breve, más que nada para como mprobar la funcionalidad de la propulsión, y para fijar el camino de vuelta a la Tierra para un sobrevuelo que se producirá el 25 de septiembre del año que viene. Y de ahí hasta llegar a Apophis necesitará dos maniobras de espacio profundo más (7 de octubre del 2026 y 28 de junio del 2027) y un sobrevuelo terrestre adicional (17 de marzo del 2027) para ponerse en rumbo.

Si pensáis que el equipo científico estará sentado todo este tiempo, la realidad será bien distinta. Por un lado habrá multitud de simulaciones que realizarán para preparar y ensayar las operaciones en el asteroide. Por él otro, un objetivo secundario será la realización de observaciones de un topo muy distinto: exoplanetarias. Pero en vez de observar las estrellas en busca de planetas extrasolares, usará la propia Tierra como análogo. Usando MapCam, OVIRS y OTES, se construirá una base de datos sobre parámetros como la reflectividad (la manera de un tipo de superficie en reflejar la luz), curva de fase (el posicionamiento de un cuerpo celeste dependiendo del punto de vista del observador y de su estrella, para entender qué lado está iluminado) y curva de rotación (para detectar cambios en la superficie basado en el terreno). No es algo nuevo: Deep Impact, en su misión extendida EPOXI, ya hizo algo semejante. OSIRIS-REx cuenta con más recursos, en este sentido.

La acción de verdad comenzará a finales de marzo del 2029. Es en ese momento cuando se iniciará la campaña de navegación óptica con PolyCam (los instrumentos serán calibrados regularmente), si bien se estima que la primera detección de Apophis no será hasta el 2 de abril, once días antes de la máxima aproximación del asteroide a la Tierra. Desde entonces, la observación será prácticamente continua. Además de servir para perseguirlo y maniobrar en consecuencia, ayudará a mejorar sus efemérides (órbita, rotación, eje de rotación) previas al encuentro con la Tierra. Para el 13 de abril, mientras Apophis pasará a 31.000 km, la sonda lo hará a 1.153 km, acelerando para poder alcanzar su destino pocos días después.

Pasado el encuentro terrestre, comenzará la verdadera aproximación, y esta fase es muy importante, porque Apophis estará fuera de nuestra vista durante semanas. Pero no para OSIRIS-REx, que será nuestro testigo del efecto que tendrá sobre el asteroide pasar tan cerca de la Tierra. ¿Expulsará material, como Bennu? ¿Su superficie se reformará? ¿Cambiará su rotación?

Mientras hace estas observaciones, realizará su primera maniobra de aproximación el 21 de abril, situándose a algo más de 4000 km de Apophis, para acercarse gradualmente hasta llegar a quince para el 5 de junio. En ese momento empezará la fase de estudio.

Lo primero será el llamado Estudio de Triángulo. Así, OSIRIS-REx observará Apophis desde tres puntos distintos formando los tres vértices de un triángulo y con condiciones de iluminación óptimas. Se creará un mapa de su superficie para cartografía y navegación, y datos sobre composición. Hay que tener en cuenta que Apophis es un tipo-S de asteroide, por lo tanto más reflectivo. Puesto que los instrumentos se diseñaron para un objeto oscuro como el carbón como Bennu, significará usar los sistemas visuales con tiempos de exposición e integración muy cortos para no saturar los sensores. Esta fase durará seis semanas, con dos ciclos completos.

Aproximadamente un mes durará el estudio de gravedad, con maniobras aparentemente aleatorias, reduciendo su distancia hasta los cinco km, para capturar datos sobre el seguimiento de su señal de comunicaciones y, usándola, tratar de determinar su campo gravitatorio y su estructura interna. Entonces parada a su primera órbita, sobre el terminador. Su altitud será menor a dos km, y servirá para capturar un modelo de forma en alta resolución con el altímetro OLA, además de capturar imágenes y otros datos que muestren posible emisión de partículas o los efectos de la luz solar sobre su superficie, su rotación.

(fuente: DellaGiustina et al 2023)

La siguiente fase será más exigente. Llamada de Estrella de Mar, la sonda se irá posicionando de tal modo, en diversas estaciones, que podrá ver a Apophis desde distintas condiciones de iluminación, ideal para cartografía y estudios espectroscópicos. Serán seis puntos fijos, a distancias de ente 5 y 7.5 km. Se repetirá dos veces. Las dos siguientes fases son semejantes a las usadas en Bennu. Al finalizar esta fase, volverá a situarse en órbita, a distancias de entre 1 y 4.5 km. En vez de una órbita fija, como la anterior, en esta fase la iluminación variará notablemente, por lo que hará estudios globales de alta resolución de la superficie. Justo después, el equipo seleccionará dos zonas de la superficie para estudios más detallados, como si fuera a estudiarlos para coger muestras, que es imposible. Se hace, más que nada para tener una visión microscópica de Apophis, ver qué secretos oculta a corta distancia. Y tras una última fase de estudio Estrella de Mar (un

solo ciclo) llegará la maniobra estrella: STIR, o Investigación del Regolito por los Propulsores de la Sonda. Es, en esencia, una repetición de la maniobra de TAG en Bennu, pero sin brazo extendido, sin intención de coger muestras. No, lo que se pretende es movilizar el regoluto de la superficie en la zona seleccionada para ver qué hay justo debajo, como pasó en Bennu con la maniobra de alejamiento. Salvo por la fase de recogida de muestras, STIR será virtualmente idéntico a TAG. Después, la sonda se alejará para realizar estudios posteriores sobre la zona afectada. 

Ese es, al menos sobre el papel, el fin de OSIRIS-APEX. Sin embargo, según los estudios realizados, OSIRIS-REx aún contará con una decente reserva de combustible, y aunque se planea dejar la sonda en una órbita sobre el terminador de Apophis, podría hacer más: una segunda maniobra STIR, observaciones desde el lado opuesto (situando Apophis entre la sonda y el Sol), observaciones de expulsión de partículas, órbita muy baja (dependiendo de la forma del asteroide) o usar el brazo de TAGSAM para "picar" al asteroide y disparar la botella restante de nitrógeno. O, incluso, podría aterrizar en Apophis, al estilo de NEAR-Shoemaker, y servir de baliza de radio para mantener seguimiento de este asteroide.

Ya lo veis, no han dejado nada al azar. Todo depende de que llegue en buena forma, si bien eso puede no depender de la propia misión. Pero hay confianza, y la ciencia que promete es sin duda fascinante. ¿Qué tal si seguimos su viaje?