Nueva forma de propulsión de naves espaciales propuesta para la misión Urano

La humanidad ha enviado solo un puñado de naves espaciales al Sistema Solar exterior más allá del cinturón de asteroides. Hubo los pioneros y los Voyager que abandonaron la Tierra en la década de 1970. La misión Galileo se dirigió a Júpiter en 1989 y Cassini-Huygens a Saturno en 1997. Finalmente, la misión New Horizons dejó la Tierra en 2006 y actualmente se dirige hacia Plutón y el Cinturón de Kuiper.

Un problema con estas misiones es el tiempo y el costo que implican. Galileo tardó 6 años en llegar a Júpiter y costó alrededor de $ 1.6 mil millones, mientras que Cassini-Huygens tardó 7 años en llegar a Saturno y costó casi lo mismo.

Ahora, un equipo liderado por Finlandia propone una misión a Urano impulsada por una nueva forma exótica de propulsión que actualmente se está probando en la órbita de la Tierra. Esta propulsión funciona con energía solar y, por lo tanto, no requiere propulsor a bordo. Y puede enviar una sonda a Urano aproximadamente en el mismo tiempo que Galileo tardó en llegar a Júpiter, que está a menos de la mitad de distancia. Pero los costos de tal misión aún no están claros.

Un problema para las sondas que visitan el Sistema Solar exterior es generar la velocidad necesaria para llegar allí, contra la fuerza de la gravedad del Sol. El plan original de la misión Galileo, por ejemplo, era utilizar el transbordador espacial para colocar la sonda y su cohete propulsor en órbita terrestre. El amplificador fue diseñado para enviar la sonda directamente a Júpiter en menos de dos años.

Pero a raíz del desastre del Challenger, la NASA decidió que no sería sensato colocar un cohete apagado en la bodega de carga del transbordador. Y dado que ningún otro cohete podía levantar a Galileo y su propulsor, la NASA tuvo que encontrar otra forma de llegar allí. De ahí el enfoque de tirachinas.

La misión de Urano propuesta adopta un enfoque completamente diferente basado en el concepto de vela eléctrica o vela E, que fue propuesto por el ingeniero finlandés Pekka Janhunen en 2006 (quien también es el líder de la nueva propuesta de Urano). Una vela E es significativamente diferente de una vela solar convencional, que genera empuje a partir de la presión de los fotones que golpean la vela.

Por el contrario, el E-sail se basa en partículas cargadas como protones y partículas alfa en el viento solar. La idea es generar un campo eléctrico alrededor de la nave espacial que desvíe estas partículas ionizadas y genere una fuerza que acelere la nave a lo largo de su viaje.

La vela consiste en un conjunto de cables conductores que se extienden radialmente desde la nave espacial como radios en una rueda. El campo eléctrico se genera mediante energía solar. Y con 540 Watts, la vela debería generar alrededor de 0.5 Newtons acelerando la nave alrededor de 1 mm / s ^ 2.

Eso debería producir una velocidad de aproximadamente 20 km / s para cuando llegue a Urano, lo que da un tiempo de viaje de aproximadamente 6 años.

La nave en sí está diseñada en tres partes. El primero es el módulo E-sail con paneles solares y carretes de sujeción para extender los cables. El segundo es el cuerpo principal de la nave con propulsores químicos para realizar ajustes de trayectoria en ruta y cerca de Urano, así como equipos de comunicaciones para el contacto con la Tierra.

La parte final es un módulo de entrada que se libera a la atmósfera de Urano, donde realiza varias mediciones científicas para su transmisión a la Tierra a través de la nave principal que actúa como un relé.

Janhunen y compañía dicen que este diseño también sería adecuado para viajes a otros gigantes del gas con modificaciones menores.

Es una idea ambiciosa, sobre todo porque la idea de E-Sail nunca se ha probado en una escala como esta. Un pequeño satélite llamado ESTCube-1 está probando actualmente la idea y la Unión Europea tiene un proyecto de investigación en curso para probarlo más a fondo. Otro satélite finlandés probará el principio con más detalle este año, pero seguramente se necesitará más trabajo para una misión de este tipo.

Sin embargo, las ventajas de las velas electrónicas sobre las honda gravitacionales son claras. Además de ser más rápidos, también se pueden lanzar en casi cualquier momento con solo pequeñas variaciones en el tiempo de viaje. Por el contrario, los tirachinas solo pueden irse cuando los dioses gravitacionales están alineados.

Lo que Janhunen y compañía no discuten es el costo de tal misión, que para ser justos es difícil de precisar en esta etapa del diseño. La ventaja de una misión de tipo Cassini o Galileo es que estas naves operan durante años alrededor de sus planetas objetivo y envían enormes cantidades de datos, aunque a un costo enorme. La desventaja es que todo se pierde si la nave espacial se pierde de alguna manera.

Por el contrario, la misión E-sail envía unos minutos de datos de su ardiente entrada a la atmósfera. Eso es sin duda valioso, pero tendría que ser significativamente más barato para justificarlo.

Por lo tanto, una buena comprensión de los costos relativos de este tipo de misiones será crucial para determinar si los E-Sails tienen futuro en la exploración del Sistema Solar exterior.

Ref: arxiv.org/abs/1312.6554 : Misión de sonda de entrada rápida de E-Sail Urano

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