Ventana al espacio (CLXXXVI)

 

Las galaxias NGC 3312 y NGC 3314, desde el telescopio Subaru.

La década de Venus

 No, no pretendemos repetirnos. Es una entrada totalmente distinta. Ya hemos hablado aquí de algunos de los misterios sobre Venus que posibles misiones pueden resolver. Pues bien, esas propuestas ahora son misiones plenamente aprobadas y adoptadas. Ahora, no esperéis verlas despegar en esta década (que hubiera sido lo más probable) sino la siguiente. 

Si ves Venus a simple vista, será como un punto de luz bien brillante. Si lo haces por un telescopio, la cosa no cambia demasiado: se trata de una esfera brillante, por la luz reflejada. ¿Pero reflejada por qué? Sus densas nubes, que nos impiden ver su superficie. Y esta atmósfera es uno de sus aspectos más enigmáticos. Al mismo tiempo, bien podría ser un libro de historia sobre por qué acabó como lo hizo, cómo está en la actualidad. Para leer ese libro, necesitamos las herramientas correctas.

Sí, volvemos a hablar de DAVINCI. Como recordaréis, consiste en una esfera de descenso instrumentalizada que investigará desde casi lo más alto de la atmósfera venusina hasta lo más bajo. Y desde que hablamos de ella en fase de propuesta, algunas cosas han cambiado. No muchas, en realidad.

Para cumplir su programa científico, la misión consta de dos partes: la sonda atmosférica, o esfera de descenso, y su etapa de crucero y transporte, llamada CRIS (Sonda Portadora de Retransmisión e Imágenes). Huelga decir que el elemento principal es, obviamente, la sonda atmosférica. Es una clara inspiración de la Sonda Grande que portó Pioneer Venus Multiprobes. Claro, en aquellos tiempos no necesitó de una sonda portadora como la de DAVINCI; para eso estaba Pioneer Venus Orbiter. Vale, usó una etapa de crucero, pero no hasta ese punto. Bien, de la sonda atmosférica se encarga la institución gestora de la misión: el Centro de Vuelos Espaciales Goddard. Se basa, precisamente, en la Sonda Grande antes mencionada, beneficiándose de años de investigación y desarrollo para encontrar un diseño más duradero, robusto, fiable, capaz de soportar el agresivo entorno

venusino. El diseño es el de una vaina de presión, fabricada en titanio y herméticamente sellada, con unas medidas de 0.98 x 0.85 metros, con una masa de aproximadamente doscientos kilogramos. Una aerocofia aerodinámica, también de titanio, ocupará la mitad inferior para ayudar en su descenso, y una serie de vanos en su ecuador ayudarán a mantenerla en una rotación estable. En su interior, se divide en dos plataformas, delantera o inferior, y trasera o superior. En la primera se montará la instrumentación; las aviónicas (ordenador, batería, radio adaptativa en banda-S, sensores de vuelo, sistema de represurización, sistema de refrigeración) en la segunda. Todo bien empaquetado. ¿Qué instrumentación posee para cumplir con su misión? Lo primero, el VMS, Espectrómetro de Masa de Venus. Usa una de las partes del sistema SAM de Curiosity, y empleará dos puerros de entrada para la ingesta de gases atmosféricos. Creará un inventario de gases de Venus, en especial gases nobles, y su exquisita sensibilidad le permitirá detectar gases traza actualmente desconocidos. Los puertos de entrada se han diseñado para evitar atascos: durante el descenso de la Sonda Grande allá por 1978, los puertos de entrada al espectrómetro de masa quedaron saturados por gotas de ácido sulfúrico de la atmósfera, atascándolos. Los del VMS se han diseñado según esa experiencia. El segundo es otro espectrómetro de masa, el VTLS, Espectrómetro Láser Sintonizable de Venus. Otro componente del SAM de Curiosity, se encargará de los gases clave para la misión, y su ratio isotópico, que serán los que nos contarán la historia evolutiva de Venus. VASI, la Investigación de Estructura Atmosférica de Venus, usará los sensores empotrados en la sonda (acelerómetros, giróscopos, sensores de temperatura y presión, más el rastreo de la señal de comunicaciones con CRIS) para trazar un perfil atmosférico completo, en lo que se refiere a vientos, temperaturas, presiones... Etc. Os chocará, pero se ha añadido VenDI, la Cámara de Descenso de Venus. Basada en el paquete de cámaras científicas usado por Curiosity, observará la superficie de Venus desde el momento de salir de la capa de nubes, a treinta y ocho km de altitud, hasta el contacto con la superficie. Usará un sensor CCD de 1024 x 1024 píxels más dos filtros en el infrarrojo cercano, uno de banda ancha y otro de banda estrecha. Capturará imágenes cuyas resoluciones irán desde los doscientos metros hasta unos diez centímetros. Las imágenes se procesarán para crear una representación tridimensional del terreno en el que caerá, permitiendo los primeros estudios sobre los efectos de su tóxica atmósfera sobre los materiales de su superficie. Una ventana de zafiro en la parte más inferior de la esfera permitirá las observaciones. Y por último, una investigación estudiantil: VfOx, el Experimento de Fugacidad del Oxígeno en Venus. Su misión será estudiar la composición del oxígeno en la atmósfera baja. Inaudito, estará en el exterior, y usará un electrolito de fugacidad conocida para ello. Si las rocas de Venus se oxidan, nos lo dirá. El segundo elemento es CRIS. La verdad, la información sobre él es más bien poca. Por las representaciones, se inspira en el bus de las dos sondas Pioneer Venus: una forma de tambor, un disco más bien plano, tal vez de un metro de altura. Por diseño, se puede pensar que estará estabilizado por rotación; puede. Sin embargo, teniendo en cuenta que posee no sólo cámaras, sino antena parabólica, eso nos dice que lo estaría en sus tres ejes; puede. Sí sabemos que usará el transpondedor Frontier desarrollado por el JHU/APL, un sistema definido por software, conectado a antenas de baja, media y alta ganancia. ¿Contará con almacenamiento de a bordo? Lo más probable. Y tendrá dos instrumentos de visión: VISOR (Sistema de Imágenes de Venus para Reconocimiento Observacional) usará cuatro cámaras, una en ultravioleta y tres en infrarrojo cercano para estudios atmosféricos y superficiales. Usará los sistemas básicos desarrollados por la MSSS, y usados con éxito en OSIRIS-REx. La cámara ultravioleta verá Venus en su lado diurno (resolución entre diez y veinte km, dependiendo de la distancia) sintonizado en el absorbente desconocido. Las de infrarrojo lo harán en el lado nocturno, viendo las nubes y su superficie por su emisión termal (resolución cien km); CUVIS (Espectrómetro de Imágenes Compacto de Ultravioleta al Visible) será una indagación tecnológica. Pretende probar un sistema óptico con espejos de forma libre (sea lo que sea) más sistemas de gestión que incluyen inteligencia artificial y machine-learning. Hará espectrometría de alta resolución y obtendrá imágenes hiperespectrales, pero la verdadera prueba será que el propio instrumento obtenga, procese y reduzca la información obtenida para transmitir sólo lo importante, importante en una misión a otro planeta, donde el ancho de banda es limitado. Con sus datos, se estudiará como nunca la atmósfera de Venus, relacionando las huellas espectrales detectadas con las formaciones de sus nubes.

Su plan de vuelo es sencillo: se lanzaría usando un vehículo pesado (Atlas V o similar) para un crucero de unos seis meses para practicar un sobrevuelo, obteniendo imágenes con VISOR y CUVIS. Nueve meses después, retornaría para un segundo paso, virtualmente idéntico. Sería ya en el tercero en el que la sonda atmosférica cumpliría su misión, siete meses después. Las dos partes se separarían dos días antes de llegar, con CRIS desviándose del rumbo de colisión. El día final empezaría con la sonda atmosférica activándose previa a la entrada en la atmósfera. El primer contacto sería a 145 km de altitud con la fricción atmosférica.

Pasada esta fase, se abrirá un paracaídas piloto para estabilizar el conjunto, previa al despliegue del paracaídas principal, a setenta km de altitud. Con las mitades de la cápsula de entrada expulsadas, la instrumentación empezará a actuar. La información se transmitirá a CRIS en tiempo real en banda-S. Justo cuando salga de la capa de nubes, el paracaídas principal se separará, para iniciar el descenso terminal. En realidad, no hace falta: a esas altitudes la atmósfera es una sopa tan densa que frenará el descenso hasta tocar el suelo a doce metros por segundo. No se ha diseñado para sobrevivir al contacto con la superficie, pero aún podría funcionar unos dieciocho minutos más tras eso. Todo el descenso duraría una hora. Entonces, CRIS maniobraría para transmitir a casa lo recibido. Ahí acabaría la misión.

Como anuncia su acrónimo, apunta al estudio de la atmósfera profunda, es decir, los últimos kilómetros entre el final inferior de la capa de nubes y la superficie. Es una región virtualmente desconocida. Se quiere saber cómo es, qué pasa. En cuanto a las imágenes, DAVINCI es la primera misión que apunta a una región concreta de Venus: la Tessera conocida como Alpha Regio. Es una zona intrigante, una de las regiones "altas", como un continente, y se quiere ver cómo es de cerca. Luego está la de los gases nobles, y sus ratios isotópicos. En este aspecto, se puede saber si ha habido impactos de asteroides, erupciones volcánicas, terremotos... y un océano. De hecho, existe una molécula, el deuterio, una forma más pesada del hidrógeno, en mayor cantidad que en la Tierra, en torno a cien veces más. Es ahí donde se se hará el estudio histórico de Venus: ¿Tuvo océano? Si fue así, ¿cuándo lo perdió? ¿Hubo magnetismo global? ¿Desde cuándo es activo? Estas, y otras muchas, son las preguntas que pretende responder. O al menos intentarlo. Cuando se aprobó, allá por el 2021, su lanzamiento se esperaba para junio del 2029. Ahora, no la esperemos para antes del 2032. Cosas del presupuesto.

Si la atmósfera venusina reclama atención, su geografía y su geología también. Y para esto, tenemos dos misiones. Sondas como Magallanes ya hicieron esto antes: crear mapas de radar de su superficie y, más tarde, de su campo gravitatorio. De eso ya hace más de treinta años. En este tiempo, los mapas de otros cuerpos han evolucionado a resoluciones de pocos metros; Venus se ha quedado atrás. No exageramos al decir que el segundo planeta es el menos comprendido de los cuatro interiores, hasta Mercurio le ha superado en ese sentido. Ya va siendo hora, entonces, de ponernos al día.

La misión VERITAS apunta a responder tres cuestiones clave: ¿cómo ha evolucionado su geología a lo largo de tiempo? ¿Qué procesos geológicos operan aún allí? ¿El agua ha estado presente en o bajo su superficie? Y, claro, existen otras preguntas que se podrían responder, como si posee placas tectónicas (la teoría dice que no), si hay zonas de subducción, cuánto es el flujo de calor interno, cómo es el interior (puesto que se asume que, al ser gemela de la Tierra, debería ser idéntica en ese sentido) e incluso podría ser un laboratorio para comprender algunos tipos de exoplanetas tipo Tierra. Y necesitamos para eso mejores datos, más precisos.

El actual mapa de Venus tiene una resolución de un kilómetro, por lo que hay margen de mejora. Y a eso apunta VERITAS. Desde una órbita cerrada, la sonda estudiará el planeta globalmente, generando gigabytes de datos en cada pasada. Igual que DAVINCI, es una misión Discovery, por lo que su

presupuesto es más bien aquilatado. Qué mejor forma de mantener las cosas baratas que recurrir a lo ya probado. Si habéis visto representaciones gráficas, sí, se parece mucho a MAVEN, y acertáis. Esa es su base, empleando una plataforma idéntica, similares paneles solares de alas de gaviota, y todo fijo en la estructura. De punta a punta, la sonda contará con una envergadura de casi 21 metros, porque los últimos paneles son flaps aerodinámicos. Será la tercera sonda en practicar el aerofrenado en Venus. Sí, gran parte de sus aviónicas serán conocidas, con una capacidad de almacenamiento a bordo de 1.5 Tb. Lo que sí cambia es el sistema de comunicaciones, siendo la agencia italiana ASI la que proporcione casi todo, entre ello la antena principal de 2.2 metros de diámetro y su transpondedor integrado de espacio profundo, una unidad idéntica a la que vuela en MPO de BepiColombo, con otros elementos llegando de la agencia francesa CNES, trabajando en banda-X y banda-Ka. Para su ciencia, serán tres

investigaciones: VISAR, el SAR Interferométrico de Venus, usará dos antenas fijas de 3.9 x 0.65 metros, que se desplegarán una vez en vuelo, quedando fijas en sus posiciones. Trabajará en banda-X, y a lo largo de su misión obtendrá datos para formar un modelo de elevación digital casi global con puntos de referencia cada trescientos metros, un mapa de media resolución a treinta metros, y observaciones a zonas concretas (un 27% aproximadamente) con resoluciones de quince metros o mejores. Y hará interferometría, sí, un tipo llamado RPI, o de pasos repetidos, en hasta diecisiete lugares escogidos, todos con posibilidad de actividad actual, para tratar de detectar cambios. La segunda investigación es VEM, el Cartógrafo de Emisividad de Venus. Basado en

el sistema MERTIS, esta cámara alemana (proporcionada por la agencia DLR) tratará de hacer un mapa básico de la mineralogía de Venus. Es un sistema multiespectral que registrará catorce longitudes de onda a mismo tiempo, varias para análisis de las nubes, el resto para observar la superficie. Porque sí, se puede, como demostró el sistema VIRTIS de Venus Express, gracias a unas ventanas espectrales en el infrarrojo cercano. Experimentos de laboratorio han demostrado que se pueden usar para detectar algunos minerales en la superficie venusina. Y aunque en circunstancias normales su resolución sería de 250 metros, las nubes y sus propiedades la limitarían a kilómetros. Usando procesado digital de TDI, como emplea la cámara HiRISE de MRO, la resolución final será de un km. Además del estudio de los minerales, se buscarán focos calientes, para encontrar zonas activas y, además, se sabrá cuánto calor irradia la superficie. La tercera investigación es la Ciencia de Gravedad. No necesita de equipo adicional; con el sistema de comunicaciones basta. Y al usar dos frecuencias distintas, operando al mismo tiempo, se obtendrán datos más precisos. Actualmente, los datos son poco precisos (resolución 500 km) como para hacer comparaciones con el resto de planetas interiores. De hecho, ni se sabe si su núcleo es sólido o líquido. VERITAS mejoraría esta cifra a unos 155 km gracias a su órbita circular cerrada, posibilitando modelar mejor el interior y facilitar las comparaciones con sus vecinos. Saber cómo es por dentro ayudará no sólo a comprender su evolución, también ayudará a crear una mejor imagen de la formación de los planetas terrestres. Ah, y contará con un experimento tecnológico llamado DSAC-2. Se trata de un reloj atómico para usos de espacio profundo, principalmente para ayudar en la navegación de las misiones. Un reloj atómico es ultraestable en largas temporadas, y eso permitiría a una sonda tener un tiempo de referencia estable interno, puesto que en la actualidad el tiempo se envía a las sondas con regularidad. La referencia de tiempo ayudaría a saber dónde está la sonda, y también sería de ayuda en las operaciones de radio ciencia. Un primer instrumento ya demostró, en órbita terrestre, que funcionaba. Ahora se llevará a otro nivel, con un aparato más pequeño, que consuma menos energía, pero que retenga el rendimiento.

Cuando se seleccionó, junto con DAVINCI, VERITAS debería haber sido la primera de las dos en lanzarse (para diciembre del 2027, usando lanzadores pesados como el Falcon Heavy o el Vulcan Centaur) y llegar a Venus seis o siete meses después. Insertada en una órbita elíptica, primero reduciría el periodo orbital usando su propulsión, para más tarde pasar al aerofrenado. Esta etapa de misión llevaría dieciséis meses, cortada por una fase científica de cuatro meses dedicada a VEM, para acabar en una trayectoria casi polar a 250 km de altitud sobre Venus. Tras sesenta días de calibración de VISAR, la misión duraría unos tres años, con cuatro ciclos de cartografía. En verdad, Venus rota con tanta lentitud que, de un paso al otro, una sección de lo ya visto volvería a cubrirse, pasando continuamente. El plan está bien, sí, pero actualmente existen preocupaciones. El retraso en el lanzamiento de Psyche por problemas técnicos e informáticos llevó a una investigación en el JPL, la organización que gestiona la misión, detectando problemas internos. Para agravar la situación, la NASA desvió personal de de VERITAS a otros proyectos, dándoles mayor prioridad, y su presupuesto pasó a apenas millón y medio, lo que significaba suspender los trabajos (no afectó a los socios internacionales, que trabajan sin freno). Ahora, tras una campaña de presión, buena parte del presupuesto original se ha restaurado, si bien con una fecha de lanzamiento oficial para no antes del 2031. La Investigadora Principal de VERITAS, Suzanne Smrekar, ha propuesto una fecha y un plan alternativo, comenzando con un despegue para noviembre del 2029. ¿Quién ganará? Lo veremos.

Allí donde DAVINCI tocará la atmósfera y la superficie, y VERITAS la superficie y el interior, la misión europea EnVision tocará los tres palos al mismo tiempo. Su tarea será un buceo en la historia venusina, ver, o intentarlo, su evolución hasta el día de hoy. Para ello contará con potentes herramientas a la última, y de este modo obtener la base de datos mejor posible.

¿Fue pura casualidad que la ESA anunciara la selección de esta misión como la quinta de medio formato del programa Cosmic Vision, pocas semanas después de que la NASA hiciese lo propio con las suyas? Quizás no lo sepamos nunca, sin embargo fue bien recibida. En un primer vistazo, cualquiera podría pensar que tiene objetivo como los de VERITAS, pero no; va más allá.

Investigaciones recientes apuntan que, en el pasado, Venus bien pudo ser, en todos los aspectos, un planeta gemelo de nosotros. Que, mediante estudios espectroscópicos, y datos atmosféricos, se intuya que llegó a tener un océano, pocos son los que lo ponen en duda. ¿Qué pasó, entonces? Esa es la cuestión.

Venus es, de los cuatro planetas interiores, el más pobremente comprendido. Hasta Mercurio está mejor explorado, a pesar de las pocas visitas. Su mayor impedimento es, obviamente, su capa de nubes, que impide, más bien entorpece, los estudios ópticos desde la órbita. Además, la mayor cercanía al Sol que la Tierra (una irradiación un 50% superior) hace complicado que una sonda adquiera una órbita circular. Ya hemos visto que, con VERITAS, esa es la intención, y EnVision también lo hará.

Este proyecto aún está en fase de formulación, si bien fue adoptada por la ESA a comienzos de este año. Los detalles técnicos del sistema de vuelo (es decir, la sonda) no se concretarán hasta que se seleccione, a finales de año, el consorcio que la construirá. Todo tiene pinta que su diseño será más bien clásico, con plataforma más dos paneles solares. Se prevé que desplace una masa de 1.6 toneladas, con unas medidas aproximadas de 2 x 2 x 3 metros en configuración de lanzamiento, y contará con cuatro investigaciones: VenSAR será el instrumento principal. A día de hoy, el JPL de la NASA es la institución encargada de proporcionarlo. Trabajará en banda-S para así poder hacer comparaciones con los datos de la misión Magallanes, especialmente a la hora de buscar cambios en la superficie, ya que es más que posible la actividad geológica en Venus. Sin embargo, a diferencia del de VERITAS, no se dedicará, en modo de imágenes, a observar toda la superficie. No, se dedicará al estudio de regiones de interés, previamente seleccionadas, con una resolución de 30 metros y, en ellas zonas con una mejor de 10 metros. Además de tomar imágenes, VenSAR se usará como altímetro, como polarímetro, y radiómetro pasivo, y en estos casos su cobertura sí será global... o todo lo posible. Con todo esto, se prevé crear mapas tridimensionales, estudiar la geología y geografía, así como la inercia termal. La antena será de un nuevo tipo que ya hemos visto, experimentalmente, en Cubesats, como el dúo MarCO que acompañó a

InSight a Marte. Todo por la ligereza y la eficacia. SRS, el Sondeador de Radar de Su superficie, será el primero de su tipo enviado a Venus. Su misión será como la del MARSIS de Mars Express y la del SHARAD de MRO, si bien tiene más en común con el sistema RIME a bordo de JUICE. Con una potencia penetradora de varios cientos de metros, será esclarecedor a la hora de ver la evolución del planeta a lo largo del tiempo. Podría detectar formaciones ocultas, como fallas, cámaras magmáticas, estratigrafía de las distintas erupciones, hasta cráteres de impacto borrados. Puesto que se afirma que, hace unos 500 millones de años, hubo un evento volcánico global que reformó la superficie, bien podría encontrar rastros de la antigua superficie. Y las actuales, como los "continentes" de Aphrodita e Ishtar Tierra, los volcanes en escudo, las teseras y demás formaciones misteriosas se esclarecerán gracias a sus datos. VenSpec es un conjunto de tres sistemas visuales independientes controlados por un sistema centralizado. Cada uno con una misión concreta. VenSpec-M será, de los tres, el que indagará en la geología de Venus. Este sistema cuenta con catorce bandas espectrales, de las cuales sólo seis observarán la superficie a través de las diversas ventanas atmosféricas; el resto sirven para correcciones atmosféricas en los datos de los otros canales. Sus observaciones abarcarán poco más de trescientos kilómetros, con una resolución, tras la corrección de la distorsión atmosférica, de trescientos metros aproximadamente. Junto con el estudio de la geología y la textura superficiales, será ideal a la hoia de detectar puntos calientes, la señal de posibles erupciones volcánicas. VenSpec-H es un espectrómetro de alta resolución dedicado en exclusiva a la atmósfera. También trabajando en el infrarrojo, seguirá la tarea del VIRTIS-H de Venus Express a la hora de observar la variabilidad atmosférica, centrándose en elementos como el dióxido de azufre, sulfuro de carbonilo, monóxido de carbono, agua y su variante pesada llamada deuterio. Por si faltara poco, sus datos ayudarán a entender el intercambio de gases entre la superficie y la atmósfera, así como ver cómo varía la atmósfera superior, por encima de las nubes. Por si faltara poco, nos informará de la cantidad de carga de ácido sulfúrico en las nubes venusinas. Este sistema deriva del canal LNO del sensor NOMAD a bordo de ExoMars TGO. VenSpec-U observará la atmósfera de Venus en luz ultravioleta. Su misión es, en

esencia, ver los efectos de la actividad geológica en la atmósfera de Venus, en especial el monóxido y el dióxido de azufre, su cantidad, su variabilidad con el tiempo. También podrá observar la alta atmósfera, la capa superior de nubes, estudiando ese absorbente desconocido de la luz ultravioleta. Se compone de dos sistemas, el canal LR, o de baja resolución, y HR, de alta resolución, ambos espectralmente hablando. Es, en realidad, una adaptación del sistema PHEBUS de BepiColombo, pero con sistemas ópticos independientes y sensores tipo CMOS. El experimento de radio ciencia, usando los dos canales de comunicaciones en banda-X y banda-Ka creada el modelo interno de Venus más preciso. Sí, se asume que la estructura interna Venusina es una réplica de la terrestre, pero se carecen de datos exactos para afirmarlo con rotundidad. Al orbitar más cerca que nunca del planeta, podremos tener así una mejor idea de cómo es Venus por dentro. Y si se combinan con los de VERITAS...

Actualmente, la idea es lanzar a EnVision a finales del 2031 a bordo de un Ariane 62, la variante menos potente del nuevo lanzador pesado europeo. Una vez en el espacio, le esperan nada menos que quince meses de crucero hasta Venus, y una vez insertada en órbita, le esperan otros dieciséis meses más de aerofrenado, más dos adicionales de verificación funcional y calibración. Su órbita definitiva será casi polar (entre 87° y 89°) y distancias de entre los 220 y los 510 kilómetros de altitud. Su misión primaria se prevé que dure cuatro años terrestres. 

Por cierto que sus estudios irán más allá de lo estrictamente planetario. En efecto, con EnVision se pretende estudiar Venus también como análogo exoplanetario, puesto que muchos de los exoplanetas terrestres descubiertos bien pueden ser como la propia Venus, al estar en la zona habitable, pero casi. Así, con la información que la futura misión ARIEL nos consiga, entenderemos mejor la evolución planetaria fuera de nuestro sistema solar.

No hay tres sin cuatro, o eso dicen... O no. Veréis, hemos estado dilatando demasiado la redacción de esta entrada. El verano puede con nosotros. Sin embargo nos ha permitido, en este punto, añadir un cuarto actor en la ópera de Venus. Y no, no es Rusia, cuya Venera-D sigue dando vueltas como una peonza. Nos referimos a ISRO, la agencia espacial de la India. 

La idea de un orbitador a Venus salió allá por el año 2012 o 2013, cuando la agencia había tenido los éxitos de sus misiones a la Luna y Marte. La verdad, han estado mareando la perdiz bastante tiempo, puesto que sólo en el año 2018 se decidió buscar la carga útil (máximo, cien kilogramos) que portaría y, más tarde, propuestas internacionales. En verdad, cuando salta la noticia de una propuesta de misión así, somos bastante escépticos. Son tantas las ideas lanzadas al aire, tan pocas las que llegan a ser realidad... Pero esta ya lo es porque cuenta con la aprobación, reciente, del mismo gobierno de la India.

No se han destrozado la cabeza a la hora de buscar un nombre: VOM, Misión del Orbitador de Venus. Es una misión de estudio general en el que cabe de todo: superficie y subsuperficie, atmósfera e irradiación solar, e interacción del viento solar con la ionosfera. Será, posiblemente, una de las sondas más cargadas de experimentos, no menos de veinte, con sistemas de escaneo remoto (sistema SAR de frecuencia dual, radar de penetración del suelo, cámaras ópticas y termales, espectrómetros, espectro-polarímetros, un fotómetro, sensor de rayos) experimento de radio ciencia y sensores in-situ (espectrómetro de masas, analizadores de iones y electrones, monitor de radiación, detector de ondas de plasma, sensor de rayos X solares, detector de polvo, un analizador de plasma...), con contribuciones de la NASA, Rusia, Francia (está por ver) y Suecia. La masa prevista de la sonda es actualmente de unos 2500 kg.

ISRO planea lanzar la misión para marzo del 2028 en un LVM3, con un periodo secundario en el 2031. Poco más se sabe. Pero, ¿por qué han tardado tanto en decidirse? La verdad, la agencia tenía, y tiene, proyectos de mayor prioridad. Sólo recordemos que lanzaron Chandrayaan-2 con una misión triple, y que el componente de superficie se estrelló, causando la creación de Chandrayaan-3, que sí tuvo éxito. Luego está la primera misión solar, el satélite el conjunción con la NASA (NISAR). Por no decir la nave tripulada, Gaganyaan, cuyo primer vuelo, sin tripulación, está a la vuelta de la esquina.

Ya lo veis: en lo que se refiere a la exploración venusina, la cosa está que arde. Pero, como todo aquí, toca sentarse y esperar. Pero promete. Vaya si promete.

Ventana al espacio (CLXXXV)

 

El centro galáctico, desde XMM-Newton.

Misión al planeta Tierra: Arctic Wheather Satellite

 Gracias a los satélites meteorológicos, tenemos una vista completa de nuestro planeta... O no. Existen regiones que son remotas hasta para los satélites, incluso para los de órbita polar. Si a eso le sumamos que resulta complicado obtener datos "in situ", en especial en el Ártico, está claro que tenemos un imagen incompleta del tiempo y el clima.

Costa este de Groenlandia (Aqua/MODIS)

La región ártica es el enfoque de muchas miradas. A diferencia del Antártico, poner el pie es cada vez más peligroso, por la reducción del hielo marino. ¿Meter barcos? Claro, pero luego tendrán que salir para evitar quedar atrapados. Sólo queda una solución: satélites especializados.

Lo ideal sería un satélite que observase el Ártico continuamente, como los geoestacionarios, pero es imposible. En cuanto a los polares, para cubrir toda la región necesitan todo un día y pasos repetidos. Puede decirse que Roscosmos dio con una solución, la menos mala. Sus satélites Arktika-M (dos en órbita, dos en distintas etapas de producción) orbitan en trayectorias de alta inclinación y fuertemente elípticas, con perigeos de mil kilómetros y apogeos de cuarenta mil, con los apogeos coincidiendo con los pasos por el Ártico, de modo que lo vigilan durante horas usando una cámara multiespectral y aparatos de partículas y campos, como los geoestacionarios. ¿Puede haber otra solución? Tal vez.

La Agencia Europea del Espacio tiene, desde hace pocos años, una iniciativa de misiones de pequeño formato, presupuesto aquilatado y un calendario de desarrollo veloz. Resulta ideal para probar cosas nuevas, además de llenar nichos de conocimiento que, de otro modo, costaría bastante de conseguir. Y su primera misión pronto estará en órbita.

Le han llamado Satélite Meteorológico Ártico, AWS para abreviar, y no sólo responderá a las necesidades meteorológicas para la región ártica, también es un vehículo experimental que podría llevar a la formación de todo un sistema global de detección. 

No decimos que es pequeño porque sí. AWS basa su bus en la plataforma Innosat producida por la firma OHB Suecia. Tienen experiencia: entre otros proyectos, fueron los responsables de SMART-1. En configuración plegada, sus dimensiones son de 1 x 0.7 x 0.9 metros. Usa redundancia selectiva, la verdad y es poco lo que sabemos de sus tripas. Sí sabemos que su sistema de comunicaciones es dual, con banda-S para envió de comandos y transmisión de telemetría, y de forma inusual, banda-L (usada en señales de GPS y sistemas meteorológicos) para la transmisión de datos de su único instrumento. Estará estabilizado en sus tres ejes, usando lo habitual,

incluyendo dos escáneres estelares y receptores de GNSS para geolocalización. Y cuenta con una particular forma de impulsión iónica llamada propulsión eléctrica de emisión de campo, o FEEP. Se trata de un ingenioso sistema que lo concentra todo en un paquete compacto, hasta el combustible. En estos motores, el combustible se mantiene en estado sólido (en algunos casos) puesto que suele ser algún tipo de metal o sustancia de propiedades metálicas, como el cesio o el mercurio, sin hacer ascos a otras formas. Una vez lanzado y en el espacio, el combustible se vuelve líquido, y aplicando un campo electrostático, adquiere una forma como de dedo. De su extremo se extraen los iones, para ser acelerados. Como todo motor iónico, cuenta con un neutralizador. AWS cuenta con cuatro de ellos, si bien puede cumplir su misión sólo con tres. Estos motores FEEP no son muy potentes en empuje inmediato (los de AWS sólo consiguen 1.2 mN de empuje) pero no necesitan más, la verdad. Se ha demostrado que con impulsión iónica, un vehículo espacial hace maniobras más precisas con un gasto de combustible muchísimo menor. Con ellos, AWS llegará a su órbita de trabajo tras separarse de su lanzador, corregirá su trayectoria, evitará colisiones con otros satélites y, para el final de su vida útil, sacarlo de órbita para su incineración en la atmósfera. No nos preguntéis sobre el combustible que usará; lo ignoramos. Y, por supuesto, dos paneles solares, de tres secciones cada uno y ángulo fijo, dará energía al satélite, además de otorgarle una envergadura

de 5.3 metros. Como mencionamos, nada más que cuenta con un instrumento, un radiómetro de microondas. Deriva del desarrollado para la nueva generación de satélites MetOp, con modificaciones que le permiten cubrir más terreno y con alguna frecuencia distinta. El sistema cuenta con una antena rotatoria a 45 rpm, que entrega la energía captada a cuatro cuernos receptores, y sus detectores asociados. Cada uno de ellos apunta en una dirección levemente distinta, que se corregirá con el procesado en tierra. Cubrirá un total de 1870 km, con resoluciones en la vertical de entre 8 y 40 km. De este modo, con un sólo barrido, cubrirá toda la región del ártico usando diecinueve canales entre los 50 y los 325 gigahércios. En báscula, declara una masa de 125 kg.

Dado su tamaño y masa, puede parecer exagerado usar con él el Falcon 9, pero si con él van como pasajeros otros treinta satélites, o más, entonces sí está justificado. Claro son todos satélites en formato micro, incluso Cubesats. Es lo que SpaceX llama misiones Transporter, siendo la undécima de ellas. El despegue se producirá el 16 de agosto desde la base californiana de Vandenberg, y AWS apunta a una órbita polar, sincrónica solar, a una altitud de 600 km.

Pasado el periodo de pruebas y una vez en su trayectoria de trabajo, su misión comenzará. A primera

vista, sus objetivos son modestos: tomar mediciones de temperatura y humedad atmosférica. La información puede transmitirse en tiempo real, o una vez cada órbita, todo para introducirla en los modelos meteorológicos para la región ártica, si bien también se pueden aplicar al llamado "nowcasting", la generación de pronósticos en, virtualmente, tiempo real, que se entiende como crucial en la zona. Pero, ¿sólo tomará datos en el Ártico? No, la toma será global, por lo que, al final, todo el mundo se beneficiará de su información. Su amplia cobertura y alta resolución peemitirá captar fluctuaciones rápidas y breves de la humedad atmosférica, datos que, a día de hoy, no se tienen. 

AWS es, además, una misión experimental. Si tiene éxito, será la precursora de una constelación de satélites, virtualmente idénticos a AWS, que orbitarán nuestro planeta, pero haciéndolo en tres planos orbitales distintos. Se llamará EPS-Sterna, y contará con seis vehículos. 

Lo pequeño también puede ser grande, por eso no subestiméis la importancia de esta misión. Habrá que vigilarla. 

Ventana al espacio (CLXXXIV)

 

La estrella simbiótica Mira HM Sge, desde el telescopio Hubble.

Ventana al espacio (CLXXXIII)

 

El Sol, 27 de abril del 2024 (STEREO-Ahead/EUVI)

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?