Las próximas misiones a los asteroides: Hera

 Hace dos años, más o menos, que se culminó con éxito el primer experimento de redirección de un asteroide. Dos años de un evento que, aún hoy, tiene muchas incógnitas.

El proyecto AIDA se ideó para enviar dos misiones: una cuya finalidad era la de estudiar el objetivo antes y después, y la sonda de impacto. Por lo complejo del proyecto, la responsabilidad se dividió entre la NASA y la Agencia Europea del Espacio. Sí ha habido colaboraciones entre ambas de las que la NASA falló (por ejemplo, la misión que fue Ulysses, que deberían haber sido dos sondas en ve de una) en esta ocasión resultó ser la ESA.

 Todo se la jugaba la misión en el consejo interministerial de la ESA del 2016, donde los estados miembros toman las decisiones de qué misiones aprobar y apoyar. Pues la misión de la ESA para AIDA, desgraciadamente, no contó con apoyo financiero suficiente para poder ser desarrollada. Todo un golpe para el programa.

La no decisión provocó que la NASA siguiera adelante con su parte del proyecto. Así, DART siguió con su desarrollo, al que se le agregó un pequeño complemento en la forma de LICIACube, cuyo objetivo era contemplar el impacto. Si la ESA hubiera aprobado su misión, no estaríamos en esta situación: según lo planteado en AIDA, primero debía volar la sonda exploradora, para estudiar el objetivo ANTES del impacto, luego ser testigo del impacto por la segunda sonda, y terminar viendo y midiendo el resultado. Pues bien, eso ya era imposible.

Curiosamente, en el consejo interministerial del año siguiente diversos miembros, al ver que la NASA proseguía con su parte, empujó para resucitar la misión, con una serie de objetivos distintos: esta vez, ver qué ha sido del asteroide agredido, qué efectos sobre él tuvo semejante tortazo. El resto es historia, puesto que está lista para el lanzamiento.

Os presentamos a Hera, la primera sonda europea dedicada al estudio de los asteroides, y la tercera de la agencia a los planetas menores tras Giotto y Rosetta. Será plenamente capaz de cumplir sus funciones y, después, probar nuevas tecnologías. Todo, en un formato comedido.

El desarrollo de la sonda de la misión cayó en manos de la firma alemana OHB de Bremen. El bus de Hera, de nueva factura, tiene forma cúbica, formada por un cilindro central elaborado en polímeros  reforzados con fibra de carbono apoyado por paneles de aluminio. Con unas dimensiones de 1.6 x 1.6 x 1.7 metros, es más bien compacta, pero aloja todo lo necesario para funcionar. Es poco lo que sabemos en realidad sobre sus tripas. Su ordenador pertenece a la familia de satélites PROBA, con un procesador de doble núcleo LEON-3, con potencia de sobra para gestionar las operaciones de a bordo. Su capacidad de memoria será de 1 Tbit. Sus comunicaciones las gestionará un transpondedores X-DST, lo que significa que trabaja en

banda-X usando una antena de alta ganancia de 1.13 metros de diámetro junto con dos antenas omnidireccionales. Para generación de energía emplea dos paneles solares de tres secciones y cinco metros de largo, creando, una vez desplegados, una envergadura de 11.5 metros y una superficie activa de 14 m², alimentando los sistemas de a bordo y cargando una batería de ión-litio. Estabilizada en sus tres ejes, cuenta con lo básico: escáneres estelares (2), sensores solares, ruedas de reacción (4), giróscopos, pero no acelerómetros. Además, usará dos de los instrumentos como parte de su sistema de navegación. Y propulsión, con un total de 22 propulsores un juego para maniobras y un segundo para control de la

sonda. En cuanto al control termal, el básico, con mantas multicapa, radiadores y calentadores eléctricos. La ciencia principal la darán cinco indagaciones. AFC, la Cámara de Encuadre para Asteroides, serán los ojos de Hera. Y lo decimos en plural porque contará con dos, por redundancia. Y, aunque por su nombre se podría pensar en una réplica de las montadas en Dawn (que era la idea original) las definitivas se basan en un sistema comercial. Desarrolladas por la firma JenaOptronik, se basan en un sistema llamado AstroHead, con un sistema óptico de teleobjetivo (apertura 2.5 cm, longitud focal 10.6 cm) y un sensor CMOS de 1020 x 1020 píxels. Será una cámara monocromática que, además de servir para navegación ópitca tanto para llegar a su destino como para navegar a su alrededor, tomará secuencias científicas, con resoluciones de un metro desde diez km de distancia. Cuanto más abajo, mejor. Contribuido por JAXA, el sensor TIRI (Cámara de

Infrarrojo Termal) es una modernización del TIR de Hayabusa2. Usa como sensor un conjunto de microbolómetros, que no requiere refrigeración activa, de 1024 x 768 píxels. Un bafle protege el sistema óptico refractor que sirve al sensor. Hay que decir que al diseño se ha agregado una rueda de filtros de ocho posiciones, una para estudios de banda ancha (7-14 micrones), seis centradas en las longitudes de onda de 7.8, 8.6, 9.6, 10.6, 11.65 y 13.1 micrones, con la última posición como obturador y referencia de calibración. Su resolución será de 2.3 metros desde 10 km, y desde 20 podrá ver el sistema binario al completo. Además de medir la inercia termal de ambos objetos, hará estudios de composición en modo multiespectral, que Hayabusa2 no pudo hacer. PALT, Altímetro Planetario, es un sistema tipo LIDAR miniaturizado. Como los de su tipo, cuenta con el emisor, en este caso un láser en microchip emitiendo en la longitud de onda de 1.5 micrones y el expansor de haz, más el receptor, compuesto por un telescopio reflector tipo Cassegrain con un espejo primario de siete centímetros, más un módulo

refractivo que entrega la señal de retorno al sensor. Su funcionamiento es clásico, contando el tiempo que tarda la emisión láser en volver al sistema. Así construirá un modelo tridimensional de su objetivo, con una huella en superficie de un metro a un km de distancia, siendo efectivo a distancias de entre 14 km y los 500 metros. Además, servirá de daros al sistema de navegación para conocer su posición real en el sistema binario. HyperScout-H es la adaptación de espacio profundo de una serie de espectrómetros hiper espectrales diseñados para estudios terrestres en formato Cubesat. Ideal para una misión de pequeño formato como Hera, ha sido adaptado para su misión. Su sistema óptico compacto entrega la luz a un sensor CMOS de gran formato (2048 x 1024 píxels) que tiene su sistema de filtros justo encima, en la forma de un filtro de mosaico, registrando 25 bandas espectrales entre los 665 y los 975 nm, desde el visible y el infrarrojo cercano. Su misión es estudiar la composición asteroidal, diferenciando entre los efectos del viento solar, diferencias entre los dos cuerpos y las secuelas del impacto. Y la indagación de radio ciencia, para estudiar la masa de ambos asteroides empleando la señal de comunicaciones. Ah, y la plataforma de instrumentos cuenta con una Cámara de Monitorización de la Sonda (SMC) para observar esta zona, en color usando un sensor CMOS de 4 megapixels. Y hay más. Como DART y LICIACube, se decidió incorporar dos pequeños complementos que incrementar el retorno científico de la misión. Tras un

largo proceso de selección, se escogieron dos. Milani es el primero. Recibe su nombre del matemático italiano Andrea Milani, fallecido en el 2018 y que, además de ayudar a crear el Centro de Coordinación de NEO's de la ESA, fue uno de los proponentes de la idea previa de AIDA, el proyecto Don Quijote. Se basa en un diseño básico de 6U (medidas del bus 13 x 24.6 x 36.6 cm), con todo lo necesario para funcionar: ordenador y comunicaciones, control de actitud y propulsión, generación de energía (dos paneles solares de tres secciones) y control termal, más un sistema de guiado compuesto por una cámara de luz visible y un LIDAR. La misión de Milani es estudiar en profundidad la composición mineral de ambos cuerpos, para ello cuenta con dos investigaciones: ASPECT, la Cámara Espectral de Asteroides. Es un sistema modular de cuatro canales, virtualmente idénticos entre sí compuestos por un interferómetro como discriminador de longitud de ondas. Un canal registra la luz

visible (500-900 nm), dos el infrarrojo cercano (0.85-1.3 y 1.2-1.7 micrones) y de infrarrojo de onda corta (1.6-2.5 micrones). El formato de los sensores utilizados varía según el canal: 1024 x 1024 píxels para el canal visible, 640 x 512 para los de infrarrojo cercano, y un sólo pixel para el restante, eso hace que los tres primeros tengan capacidad de imágenes. En total, observará sus objetivos con 72 canales, con resoluciones de hasta dos metros desde 10 km de distancia. El segundo sensor es VISTA, el Analizador Termogravímetro para Volátiles In Situ, es un detector de polvo miniaturizado. Se compone de dos micro equilibradores de cristal piezoeléctricos, elaborados en cuarzo, equipados con un electrodo de metal que sirve tanto de colector de polvo como de calentador, así como de un refrigerador termoeléctrico. Es capaz de detectar granos de polvo de menos de cinco micrones y, al tiempo, de "olisquear" volátiles como vapor de agua y elementos orgánicos ligeros. Durante todo el viaje estará almacenado dentro de un desplegados, y conectado eléctricamente y de datos a la sonda madre; volará

libre una vez Hera esté en el sistema binario. El segundo es Juventas. También estructurado alrededor de un bus de Cubesat 6U (37 x 23 x 10 cm), tiene la misión de explorar su objetivo por dentro.  También es un vehículo completo con ordenador y comunicaciones, unidad de medición inercial, ruedas de reacción, escáneres estelares, paneles solares de tres secciones y batería, propulsión y sensores de navegación (cámara visible de navegación y láser tipo LIDAR). También equipa dos instrumentos: JuRa, el Radar de Juventas, se le considera el sistema SAR más pequeño enviado al espacio. Ocupando menos de 1U, y con una masa de 1300 gramos, consiste principalmente en cuatro antenas de metro y medio cada una. Es un radar monostático que deriva del sistema CONSERT de Rosetta y Philae, si bien este era bistático. Desde una órbita que le permitirá cubrir ambos cuerpos del sistema binario desde dos km de distancia, trabajará en sesiones de 45 minutos enviando ráfagas cortas de

señales de radiofrecuencia, una polarización cada vez para recibir dos polarizaciones distintas. Siendo capaz de atravesar la superficie de ambos cuerpos creará un modelo del interior de cada asteroide con una resolución base de 15 metros, la primera vez que se hace esto con estos cuerpos. De este modo se podrá saber cómo son, si una roca homogénea o una pila suelta. GRASS, el Gravímetro para la Investigación de Cuerpos Menores del Sistema Solar, no tomará datos hasta que el Cubesat esté en la superficie del objetivo principal. Lo forman dos ejes, cada uno compuesto por un resorte plano rotatorio, situados ortogonalmente dentro de Juventas. La intención es capturar minúsculas variaciones en el campo gravitatorio del asteroide, durante un periodo máximo de 24 horas. Añadiéndose a los datos de JuRa, y a los propios de Hera, ayudará a la creación de modelos más precisos de la estructura interna del asteroide que estudie. Igual que Milani, Juventas estará alojado en su desplegador, con conexiones eléctricas y de datos, hasta que llegue su momento de volar en solitario una vez en el sistema binario. Para terminar, un elemento clave: el Vínculo Entre Satélites, o ISL. Instalado en los tres elementos del sistema de vuelo, conectará a Hera con sus Cubesats en la frecuencia de banda-S, con una distancia máxima efectiva de 60 km para la conexión. Servirá para que Milani y Juventas envíen su telemetría y datos a casa con Hera como intermediaria, y al contrario, transmitirá los comandos para ambos Cubesats que reciba durante las sesiones de comunicación. Y aún más, porque este enlace creará un segundo experimento de radio ciencia, más preciso, al usar la conexión triple para sondear el sistema binario empleando el efecto Doppler. Con todo preparado, su peso declarado será de 1081 kg. Ligera.

Aunque en un momento pensada para usar el Ariane 6, con sólo un lanzamiento en su haber, y reciente, se decidió hace tiempo cambiarlo por el Falcon 9, usando el núcleo B1061 en el que será su misión número veintitrés; entre otros lanzamientos, ha enviado tres misiones a la ISS (dos tripuladas, la tercera de carga) además de la misión IXPE. La mayoría han sido misiones para la constelación Starlink. El despegue será, por tanto, desde Cabo Cañaveral, Florida, el día siete. Una vez separada, a Hera le esperan algo más de dos años de viaje.

Será la primera vez que visitemos un asteroide con una misión espacial. El sistema binario 65803 Didymos-Dimorphos orbita alrededor del Sol entre las trayectorias

de la Tierra y Marte, en 770 días y con una inclinación sobre la eclíptica de 3°. El cuerpo principal, Didymos, mide 780 metros de diámetro mayor, rotando sobre sí mismo en algo más de dos horas, por eso está achatado en los polos. Antes del impacto, Dimorphos tenía un tamaño de 170 metros, y tardaba once horas y cincuenta y cinco minutos en rodear a Didymos. Las rocas abundaban en su superficie, que una parte siempre encaraba al objeto principal. Como consecuencia del impacto de DART, su órbita alrededor de Didymos se acortó, no en los setenta y tres segundos esperados, no en los diez minutos propuestos como el máximo, sino treinta y tres, más o menos. Visto desde LICIACube y diversos telescopios terrestres y espaciales (especialmente Hubble y Webb) el impacto causó una larga cola de restos, una eyecta que mandó al espacio aproximadamente un millón de kilogramos de material. En esencia, el impacto, y el efecto de la eyecta provocó una suerte de efecto "propulsor" alterando la trayectoria, con un efecto a largo plazo. Pero aún hay incógnitas que resolver: la masa de Dimorphos, su composición, los cambios físicos producidos... El hecho de que, cuatro meses después, aún se pareciera un cometa demuestra lo poco que sabemos en realidad.

Una vez Hera se separe de la etapa superior, despliegue sus paneles solares y comunique con Tierra, se embarcará en un crucero de poco más de dos años. Un mes después realizará la primera de dos maniobras de espacio profundo, que la pondrán en rumbo para un sobrevuelo a Marte en marzo del

2025. El planeta rojo, da la casualidad, estará justo en el mejor momento para acelerar a Hera hacia Didymos-Dimorphos sin usar un gramo de combustible, para ello pasará a 6000 km de la superficie. Aprovechando la coyuntura, se probarán tres de los instrumentos de la sonda: AFC, TIRI y HyperScout-H, para observar no sólo Marte, también su luna más lejana y menos comprendida, Deimos, en conjunción con Al-Amal y, quién sabe, con Mars Express y ExoMars TGO. Datos, tomados a aproximadamente mil km de distancia del satélite, que ayudarán a la planificación de la misión MMX de JAXA, cuyo lanzamiento se espera para el 2026. Una segunda maniobra de espacio profundo, en febrero del 2026, la pondrá lista para el encuentro.

En octubre del 2026 todo comenzará con un "encuentro impulsivo" una maniobra que dejara a Hera en las proximidades del sistema binario, preparándola para una eventual inserción orbital. En realidad, se situará entre ambos cuerpos girando alrededor del baricentro del sistema, realizando un perfil de misión semejante al de Rosetta en el 67P: una serie de pasadas lentas requiriendo poco combustible. Si falla una maniobra, se dirigiría al espacio profundo en vez de impactar con cualquiera de los dos. 

La indagación se realizará en seis fases en total. La primera, la Caracterización temprana, durará seis semanas en las que, realizando una serie de arcos hiperbólicos, estudiará Didymos y Dimorphos desde distancias de entre 20 y 30 km, estudiándolos con su instrumentación creando vistazos globales. En la segunda, de un mes aproximadamente, se separarán los dos Cubesats en la fase de Despliegue den Carga Útil. Todo se centrará en comprobar la funcionalidad de los dos vehículos, sus instrumentos, la conexión con Hera, así como sus maniobras para alcanzar sus puestos operativos Milani usará un método básico como el de Hera, pero Juventas se situará en una órbita sobre el terminador de Didymos, perpendicular a la trayectoria de Dimorphos, que apenas usará combustible porque es equilibrará naturalmente usando la pequeña gravedad de los asteroides y la presión de la luz solar sobre las superficies del Cubesat. En la tercera fase, Caracterización Detallada, Hera reducirá la distancia de aproximación a entre ocho y diez km de los dos asteroides, actuando en conjunción con Milani y

Juventas, tomando información desde tres perspectivas distintas. Todo durante otro mes. Durante las seis semanas siguientes, Hera irá reduciendo la distancia a Dimorphos para cumplir la fase de Caracterización Cercana, practicando hasta doce acercamientos, cada cual más próximo, a la zona del impacto de DART. Por último, y durante otras seis semanas, cumplirá una fase experimental en la que probará un software de guiado en conjunción con los sensores de a bordo, incluyendo AFC y PALT, para así maniobrar autónomamente reduciendo la distancia aún más, hasta los centenares de metros. Usará lugares reconocibles de la superficie como referencia, un poco al estilo de OSIRIS-REx en Bennu, para identificar su posición y distancia a los asteroides. 

Para las tres partes de la misión, su final será idéntico: el aterrizaje. Aunque ninguna se ha diseñado para ello, se ha previsto que primero los Cubesats desciendan, ya bajos en combustible, hacia la superficie de Dimorphos y tomar datos desde la superficie, Juventas con GRASS y Milani con VISTA. Su descenso estará "controlado" gracias a las cámaras y sistemas LIDAR que incorporan. No se apunta a ninguna zona en concreto. En cuanto a Hera, se dejará caer sobre uno de los polos de Didymos, porque hacerlo en el ecuador, debido a su rápida rotación, la expulsaría de vuelta al espacio. 

Para cumplir con sus objetivos de defensa planetaria y científicos, Hera, Milani y Juventas estudiarán el sistema Didymos-Dimorphos para estudiar todas las propiedades del miembro menor, el agredido; medir la masa de ambos cuerpos, viendo como Dimorphos afecta a los movimientos de Didymos; se usarán para estudiar la formación de sistemas binarios de asteroides; se verá cómo la rápida rotación de Didymos afecta al asteroide, causada tal vez por la insolación en el efecto YORP, viendo si expulsa material al espacio como consecuencia de su velocidad rotacional; y la observación de ambos cuerpos en alta resolución permitirá ver qué otros procesos, distintos a la gravedad, gobierna la formación de rasgos geológicos. 

Ya lo hemos dicho, y lo repetimos: esta misión ya debería haber estado en el espacio. Pero, bueno, más vale tarde que nunca.

Ah, si hay suerte, una sonda "prima" de Hera, denominada RAMSES, podría ser aprobada para le hacia el asteroide Apophis, convirtiéndola en la segunda dedicada a aquel cuerpo, tras OSIRIS-REx. Pero, ¿lo hará? Eso es otra historia.