Las próximas misiones a Júpiter: Europa Clipper

Allá por el verano de 1997, se produjo una noticia que debería haber sido publicada en las portadas. Y decimos "debería" porque coincidió con la llegada de un pequeño gigante a Marte llamado Mars Pathfinder. Pero esa noticia nos lleva al momento actual: el lanzamiento de la próxima misión de la NASA con destino al hermano mayor del sistema.

Este baile comenzó allá, curiosamente, hacia 1997 cuando un grupo de científicos e ingenieros propusieron al programa Discovery un orbitador con destino a la luna joviana más interesante científicamente hablando: Europa. Huelga decir que ni siquiera pasó los cortes. Sin embargo, la semilla quedó plantada.

Si no fuera por Galileo, no estaríamos en vías de poner en el espacio una sonda colosal en poco tiempo. Pero así es. Fue el magnetómetro de la sonda quien detectó una anomalía en el campo magnético joviano en las cercanías de Europa. Y esa anomalía sólo podía producirse de un modo: agua. Concretamente, agua salada.

No, no vamos a aburridos hablándoos sobre Europa, el segundo de los cuatro satélites galileanos por distancia, y el más pequeño de los tres. Para eso ya tenemos una entrada dedicada. Sí, que aún hoy sigue siendo el lugar más prometedor en el que buscar vida actual. ¿La hay? Eso está por verse.

No mucho después del final de Galileo, y poco después de la llegada de Cassini a Saturno, apareció una prometedora propuesta bajo la denominación EJSM-Laplace. Sí, también hablamos de ella en su momento: dos orbitadores, a Europa (NASA) y a Ganímedes (ESA). No hace falta decir que cayó, como otras muchas, y sin embargo causó que la ESA se lanzara a construir su propia misión joviana, JUICE. Sonda que lleva más de un año en el espacio, todo ha que decirlo...

La NASA entendió que un orbitador para Europa era inviable, financieramente hablando. Necesitaría tal cantidad de blindaje contra la radiación que redundaría en una pequeña carga útil de instrumentos. Pero como la comunidad científica apretaba, optaron por la segunda mejor opción: los sobrevuelos. 

Inspirada en la misión Cassini, un grupo de científicos e ingenieros presentaron una nueva propuesta. La misión orbitaría Júpiter, sí y, periódicamente realizaría sobrevuelos a Europa, cada cual distinto al anterior con la intención de cubrir el máximo de superficie del satélite. Más atractiva y barata (más o menos), la NASA decidió empezar a trabajar allá por el 2013, sin aprobación formal. Desde nuestro punto de vista en aquellos días, cualquier noticia tenía que tratarse con cautela. ¿Qué se admitían peticiones de instrumentos? Bueno... ¿Qué seleccionaron nueve? No quería decir nada... No sería hasta finales del 2016 y comienzos del 2017 que la misión fue, finalmente, autorizada.

De todos los nombres sugeridos, ¿por qué Europa Clipper? Es, en esencia, un homenaje a los veleros conocidos como clippers, diseñados en el siglo XIX para el comercio entre Europa, América y Asia, con dos características: la rapidez y una capacidad de carga más bien reducida. Para la misión a Europa, se basan en la premisa de la velocidad, puesto que los sobrevuelos serán a altas velocidades, con el propósito de reducir todo lo posible la dosis de radiación.

Por primera vez en la historia de la NASA, el proyecto ha sido llevado a cabo por el JPL y el JHU/APL, al cincuenta por ciento ambas instituciones. Si bien el JPL se encarga de la misión en su conjunto y de la integración final, así como su ordenador, control de actitud, varios instrumentos... el APL ha desarrollado la plataforma, el sistema de propulsión, las comunicaciones, diversos instrumentos... Cincuenta por ciento.

Europa Clipper no es una sonda pequeña: mide 4.7 metros de alto, tres de ancho, cuatro de profundidad, y 30.5 de envergadura plenamente desplegada. Su bus, o módulo de propulsión, es un cilindro de aluminio de tres metros de alto y 1.5 de ancho, alojando en su interior los tanques de combustible. Es la base de montaje de todo lo demás. Un aspecto clave de la misión es proteger las sensibles electrónicas de los efectos perniciosos de la radiación. Como se hizo con Juno, todo, o casi todo, está dentro de una bóveda de electrónicas, en esta ocasión fabricada con paneles de una aleación de aluminio y cinc de 9.2 milímetros

de grosor, y se acopla a la parte superior del módulo de propulsión. Dentro de la bóveda está lo básico. Del ordenador, sabemos que se ha ocupado el JPL, por lo que usará, suponemos, el procesador RAD750, el habitual en sus misiones. De su capacidad de memoria, ni idea, pero será sin duda generosa. El núcleo del sistema de comunicaciones es el transpondedor Frontier, desarrollado en el APL en el que diversas funciones antes integradas como hardware están ahora como software, lo que implica un menor tamaño, y la reconfiguración en vuelo, si es necesario. Trabaja en dos frecuencias: banda-X y Banda-Ka, empleando hasta ocho antenas.

La de alta ganancia, de tres metros de diámetro y ubicada en un lateral del módulo de propulsión, trabajará en ambas frecuencias y, a la vez, como escudo solar durante su tiempo en el sistema solar interior. El resto sólo usan la banda-X, una de media ganancia, tres del tipo haz de abanico (pensadas para los sobrevuelos a Europa) y tres de baja ganancia, una de las cuales sólo servirá para el contacto inicial con tierra, una vez separada del lanzador. Para su generación de energía, hace como Juno y JUICE: confiar en la energía solar. Don dos paneles los que monta, de cinco secciones cada uno con unas medidas de 14.2 metros de largo y 4.1 de alto, con una superficie activa de 102 m². Será suficiente para permitir generar hasta setecientos vatios de electricidad una vez en Júpiter, y soportar, más o menos, la radiación

reinante. Han sido producidos por Airbus de Holanda, como los de Dawn. Una batería de ión-litio ayudará con las demandas. El control de actitud es el básico: triaxial empleando unidades de medición inercial, ruedas de reacción, dos escáneres estelares, un grupo de sensores solares... Y está la propulsión, que cuenta con un total de veinticuatro motores idénticos en dos ramas redundantes. Servirán para todo, desde control de posición, maniobras correctoras, incluso la inserción orbital, usando ocho de ellos conjuntamente. Para controlar la temperatura, además de mantas multicapa, radiadores y calentadores eléctricos, cuenta con un sistema activo que hace circular un fluido por toda la sonda, llevándose o enviando calor según sea necesario. Las bombas del sistema están dentro de la bóveda. Y hay que hablar de sistema de monitorización de la radiación, o RadMon. Lo compone un monitor de ratio de carga dentro de la bóveda, y una serie de dosímetros situados allí donde están los componentes más sensibles. Principalmente es una herramienta de ingeniería, para saber cómo se comporta la sonda, pero sus mediciones servirán también a la ciencia, construyendo mapas de radiación de las zonas por las que vuele Europa Clipper. La ciencia de verdad la entregarán diez investigaciones. EIS, el Sistema de

Imágenes de Europa, serán nuestros ojos. Se compone de dos cámaras. El sistema de alta resolución (NAC) es un telescopio reflector que entrega a luz a un sensor tipo CMOS de gran formato (4096 x 2048 píxels). El sistema completo se sitúa en un pivote móvil en dos ejes, posibilitando apuntar el telescopio en la dirección indicada. La cámara de campo ancho (WAC) emplea lentes como sistema óptico, e idéntico sensor. Otro elemento en común está en los filtros. Las dos cámaras cuentan con placas de filtros con seis secciones en total, siendo los filtros los mismos en ambas: filtro claro (más ancho espectralmente en WAC), de ultravioleta cercano (más ancho en NAC), los clásicos azul, verde y rojo e infrarrojo cercano en el micrón. Además, WAC podrá capturar secuencias estéreo con tres líneas especiales en la placa de filtros. Ambas cámaras pueden funcionar en método pushbroom (con el método informático TDI) o como una cámara convencional obteniendo instantáneas. Desde una distancia de 50 km, NAC tendrá una resolución de 50 cm a lo largo de una franja de 2 km, mientras que WAC cubrirá 45 km con una resolución de 11 metros. La intención de EIS es cubrir, al menos, el noventa por ciento de la superficie con resoluciones mejores a los cien metros, permitiendo un estudio de la compleja geografía de Europa y conectarla a los procesos que se dan en el interior. MISE, el

Espectrómetro de Imágenes de Cartografía para Europa, es un sistema en configuración Dyson. Muy complejo, usa un espejo de escaneo móvil para compensar el movimiento a bajas altitudes, y para aumentar la cobertura en general. Es un sistema hiperespectral que trabaja entre los 0.8 y los 5 micrones, capturado cubos de datos con resoluciones que van desde los diez km a 40.000 km a unos cincuenta metros a bajas altitudes. A la hora de observar Europa, apunta a la detección de elementos orgánicos, sales, ácidos, fases del hielo de agua, silicatos alterados, componentes radiolíticos, y anomalías termales. Para conseguirlo, su sensor estará refrigerado mediante un método híbrido, con un criorefrigerador más un radiador. E-THEMIS, el Sistema de Imágenes de Emisión Termal para Europa es la nueva versión de los sistemas de infrarrojo termal iniciados con los TES de Mars Observar y MGS. Concretamente, deriva del que vuela aún en Mars Odyssey, con muchos cambios, lógicos después de los más de veinticinco

años transcurridos. Para Europa Clipper, su intención es más la radiometría que la espectroscopia. Se compone de un telescopio compacto en configuración anastigmática de tres espejos, con una apertura de 6.45 cm y una longitud focal de 10.52 cm. Los tres espejos son de aluminio, recubiertos de oro. El plano focal, como en el instrumento del que deriva, usa un conjunto de microbolómetros, que no requieren refrigeración activa. Su formato es de 1280 x 1200 píxels. Para protegerlo de la radiación se sitúa dentro de un contenedor de vacío fabricado de una sola pieza de aluminio, con escudos externos de aluminio y tungsteno. En todo este aparataje una ventana permite la entrada de la luz al detector, ventana hecha de diamante. Como su instrumento hermano, una placa de filtros realizará la selección espectral. Dos cambios: primero, no está sobre el sensor, sino sobre la ventana, y son tres los filtros en vez de nueve, siendo de banda ancha (7-14, 14-28 y 28-80 micrones), cubriendo cada filtro una sección de 896 x 140 píxels. Por si faltara poco, cuenta con memoria interna, con 4 GB de almacenamiento. Gracias a sus capacidades, capturará puntos calientes, señales termales de cambios recientes, y revelará paz propiedades físicas de la superficie. Durante las aproximaciones a Europa capturará imágenes globales a resoluciones de  diez km, mientras que en los momentos álgidos podrá ser de cien metros o mejores

en franjas de 10 km desde 100 km de distancia. Europa-UVS, el Espectrógrafo Ultravioleta, también tiene una larga estirpe a sus espaldas, desde los instrumentos Alice de Rosetta y New Horizons. Concretamente, es virtualmente idéntico al de JUICE. Cuenta con dos aperturas que sirven al espectrógrafo a través de una estrecha abertura, con una placa microcanal especial como detector. Cubre el ultravioleta entre el extremo y el lejano (55-206 nm) y estudiará la superficie, la atmósfera, posibles plumas de material y el entorno alrededor de Europa. Será capaz, incluso, de ver el globo del satélite usando la luz reflejada de Júpiter como fuente de iluminación. REASON, el Radar para Estudios y

Sondeo de Europa: Océano y Cerca de la superficie, es el más importante de la misión. Consiste en seis antenas: dos de Alta Frecuencia y cuatro de Muy Alta Frecuencia todas se concentran en los paneles solares, con las primeras midiendo 17.6 metros de punta a punta; las segundas se extienden 2.76 metros. En conjunción con los sistemas de emisión y recepción, este radar estudiará de todo un poco usando diversos métodos: altimetría, reflectometría, sondeo, interferometría, caracterización del plasma, y medición. El objetivo primordial es detectar el océano que se oculta bajo el hielo. Allí donde el sistema VHF sondea hasta tres km de profundidad, el de HF llegará hasta los treinta. Así, ayudará a saber qué grosor tiene el hielo, si hay bolsas de agua más cerca de la superficie, pero también estudiará la geografía superficial, y el contenido total de electrones allí por donde pasa la sonda. No hace falta decir

lo complejo que es este sistema. MASPEX, el Espectrómetro de Masas para la Exploración Planetaria - Europa, busca "olisquear" los ingredientes que componen Europa, tanto en la superficie como bajo ella. Es un nuevo tipo que se compone de lo que se ha llamado espectrómetro TOF multirrebote. El instrumento se ha instalado en una de las paredes de la bóveda, encarando al frente en la dirección de vuelo. Los gases entran por una abertura de casi 22 mm a una antecámara, para así penetrar en el sistema, atravesar una válvula, pasar con una criotrampa (enfriada por un refrigerador mecánico) para entrar en el espectrómetro propiamente dicho. Es un sistema TOF, o de tiempo de vuelo, que deriva la masa de lo que entra por lo que tarda en llegar al detector. Y es multirrebote porque equipa dos "espejos", llamados reflectrones, en los que los elementos rebotan entre ambos múltiples veces, hasta que uno de ellos se "desacopla" para alcanzar el detector, compuesto por tres placas microcanal. No hay otro que tenga la alta resolución de MASPEX, ni se acerca, y estudiará la exosfera de Europa cada cinco segundos empezando cuatro horas antes de cada acercamiento, detectando rodó lo que haya, ya sean gases o incluso minúsculos granos de polvo levantados por cualquier fenómeno, incluso por la agresión de la magnetosfera joviana. SUDA,

Analizador de Polvo Superficial, es el segundo espectrómetro de masa TOF de la misión. Aunque comparte filosofía con el CDA de Cassini su antecesor natural es el LDEX de LADEE. Cumplirá dos funciones: medir la cantidad de polvo, y analizarlo. Además de hacer un conteo, medirá la masa, velocidad y carga, así como un análisis de composición elemental, molecular e isotópica. Cualquier grano que entre, ya sea polvo, ya sea hielo, será ionizado tras impactar en la rejilla de entrada, iniciando así el viaje hasta el espectrómetro. Como el CIDA de Stardust, también trabajará en dos polaridades: positiva y negativa, aumentando el retorno científico. Se muy posible que incluso pueda detectar material del interior de Europa, hasta del océano. ECM, el Magnetómetro de Europa Clipper, tiene como misión el profundizar en el océano de Europa. Para ello empleará tres

sensores de núcleo saturado triaxial, instalados en un mástil desplegable de 8.5 metros. Uno se sitúa en el extremo del mástil, los otros dos a 6.8 y 5.2 metros del bus. Todo para conseguir las mediciones más limpias posibles. A partir de los estudios del campo magnético joviano, ECM sondeara el magnetismo inducido en Europa para determinar el grosor del hielo, profundidad del océano, y la salinidad (derivada de la conductividad del agua líquida). Es el sustituto "barato" del instrumento originalmente seleccionado, mucho más complejo. PIMS, Instrumento de Plasma para el Sondeo Magnético, tiene como tarea limpiar las señales magnéticas que recoja ECM. Se compone de dos unidades, superior e inferior. Cada una es una carcasa cúbica con dos copas

Faraday, sensores sencillos y efectivos. Cada copa se construye alrededor de un bafle (apertura, 200 mm) que define el campo de visión, un ensamblaje de modulación (equipado con rejillas de tierra, alto voltaje, bajo voltaje) y l placa colectora, dividida en tres secciones. En cada carcasa, una de las copas está en la cara superior, la segunda en una de las caras laterales. Dentro de la carcasa hay una segunda en la que se alojan las electrónicas de funcionamiento, tras gruesas placas de metal. Gracias a su ubicación, en los extremos superior e inferior de la sonda, medirá la distribución del plasma alrededor de Europa y que perturba al magnetismo inducido del satélite. Medirá la cantidad del plasma y su dirección de llegada. G/RS, investigación de Gravedad y Radio Ciencia, busca estudiar el interior de Europa para determinar su estructuración interna, detectando hasta la topografía del lecho marino. También indagará en la exosfera mediante radio ocultación, como hará con el resto del sistema joviano. En Europa, usará la frecuencia de banda-X y cualquiera de las antenas más pequeñas; la antena principal apuntará hacia el espacio profundo. Para los dedicados al sistema de Júpiter, sí empleará ambas. Una vez el combustible cargado (2752 kg) la sonda declarará un peso en báscula de 6065 kg. No es un peso pluma.

La mayor sonda interplanetaria de la NASA necesita el más potente lanzador para estar a la altura. Originalmente, la idea era usar el colosal SLS, que por aquellos días aún tenía que volar. Con él, hubiera sido un trayecto directo a Júpiter. Pero la incertidumbre sobre su desarrollo obligó a buscar alternativa. ¿Cuál usará? Es fácil, la verdad: el Falcon Heavy. Despegará de Cabo Cañaveral el día 10, y usará en este vuelo un núcleo nuevo (el B1090) y los aceleradores B1064 y B1065, en las que serán su sexta (y última) misión, habiendo lanzado antes cargas como Psyche y el último satélite GOES. No habrá recuperación, salvo las mitades de la cofia, porque Europa Clipper necesita hasta el último gramo de potencia para su viaje.

Una vez separada, y con todos sus apéndices desplegados, iniciará el largo viaje hasta Júpiter. Como ni con las prestaciones del Falcon Heavy puede ir directamente, se ha escogido una

ruta MEGA. La ruta más corta, durará cinco años y tres meses, con dos asistencias gravitatorias de camino: a Marte, entre los días 28 de febrero y 4 de marzo del año que viene, y a la Tierra entre los días 2 y 7 de diciembre del 2026, dependiendo de la fecha definitiva del despegue. Según el día, la distancia a Marte puede variar entre los 490 y los 1040 km de su superficie, y a nosotros, entre 3140 y 3450 km. Hay una fecha que sí está fija: la inserción orbital en Júpiter, que acaecerá el 11 de abril del 2030, es decir, más de un año antes que JUICE. ¿Pasará cerca de un asteroide? No hemos leído nada al respecto, pero no descartamos nada, sin embargo.

La inserción orbital será una maniobra muy compleja, con los preparativos empezando tres meses antes. Pero el día de la llegada será bien movido. Dos eventos sucederán uno tras otro. El primero, y clave para el éxito de la misión, será un sobrevuelo a Ganímedes (200 km), con el encargo de reducir la velocidad de forma sustancial, doce horas antes del encendido de los ocho propulsores del motor principal, que durará unas seis horas. Con Europa Clipper en órbita y funcionando, será hora de iniciar el tour.

La inserción orbital será el inicio de la misión, pero necesitará varios meses más antes de hacer la primera pasada a Europa. Ubicada en una trayectoria elíptica, hará uso de Ganímedes y su gravedad para aproximarse gradualmente a su objetivo. Así, Europa Clipper no sobrevolará "su" satélite hasta once meses después de su llegada. Y pasarán otros tres hasta dar comienzo a la primera campaña. Para

llegar a este punto, habrá practicado seis sobrevuelos a Ganímedes y uno a Europa. La primera campaña se compone de veinticuatro sobrevuelos, todos practicados al hemisferio opuesto a Júpiter, uno cada tres semanas. Su órbita será tal en esta etapa que por cada seis vueltas al planeta, Europa habrá dado una. Es decir, estarán en resonancia. La mayoría de pasadas se practicarán a altitudes menores a los cien km. Acabada la primera campaña, empezará un periodo de ocho meses en los que irá modificando su órbita usando más sobrevuelos, a Ganímedes y también a Calixto, para situarse en una nueva órbita, también resonante, con Europa. Para la segunda campaña, la resonancia será de 4:1, el tiempo entre encuentros de dos semanas, para estudiar el hemisferio que siempre encara a Júpiter. En esta ocasión, el número de pasadas será de veintitrés. ¿Qué hará, mientras tanto? Obviamente, investigar el sistema de Júpiter: el planeta, otros satélites, el entorno magnetosférico... Y trabajará en sinergia con JUICE, con mediciones complementarias. Tal y como se plantea la misión, acabados los cuatro años previstos, acabará rudamente impactando contra Ganímedes, puesto que se juzga que tiene una corteza helada más gruesa que la de Europa. ¿Habrá una tarea extendida? El tiempo lo dirá.

Europa Clipper no es una misión que buscará vida; no pretende serlo. Es más como Curiosity en Marte: pretende descubrir si posee las condiciones correctas para desarrollar la vida como la conocemos, es decir, agua, elementos químicos orgánicos, y energía. Son tres los objetivos. El primero es su interior. ¿Cuán gruesa es la corteza de hielo? ¿Se filtra agua por la capa de hielo hasta la superficie? ¿Existen bolsas de agua líquida DENTRO de la capa de hielo? ¿Algo del hielo superficial puede acabar en el océano? El segundo es la composición. La composición del océano, de la capa de hielo, de la superficie (en especial, de ese material rojizo que se ve en las distintas formas geográficas), de la exosfera, del entorno espacial alrededor del satélite... Todo para poder hacernos una imagen de cómo todo junto ayuda a crear y sostener vida. Y el tercero es la geología. Su superficie es variada, dinámica, joven geológicamente hablando. Por ello, estudiará sus rasgos, en especial zonas de reciente modificación. Además, buscará zonas en las que, como en Encelado, existan chorros de materia, así como pruebas de una más que posible migración de la corteza helada, como si de placas tectónicas se tratase. De este modo, se vería cómo interactúa el hielo con el océano. 

Esta es una misión sobre la que se ha vertido mucha sangre, mucho sudor, muchas lágrimas. Pero saber que está a punto de volar es una satisfacción para todos. Por nuestra parte, como acostumbramos, le lanzamos toda la suerte que encontremos por ahí.