Europa contra los asteroides peligrosos: las misiones Don Quijote y AIDA

Que nadie se lleve a engaño: a pesar de lo digan que las películas de Hollywood, si mañana descubrimos un asteroide peligroso que va a chocar contra la Tierra dentro de un par de meses no hay nada que podamos hacer. No, ni las armas nucleares lanzadas al espacio a última hora ni Bruce Willis nos salvarán. Si embargo, si disponemos de más tiempo podremos probar alguno de los varios métodos que existen para desviar o destruir asteroides... que en teoría deberían funcionar. En teoría, porque nadie los ha probado.

Una sonda europea observa cómo un interceptor cinético colisiona con un asteroide cercano para cambiar su órbita (ESA).

Uno de los métodos más populares es el de la fuerza bruta, es decir, soltar un pepinazo contra un asteroide y esperar -o rezar- que su órbita se desvíe lo suficiente para que nuestro planeta se salve. Este método recibe el nombre técnico de interceptación cinética y -con armas nucleares o sin ellas- es uno de los más prometedores. Pero todavía no sabemos si este método es útil contra la mayor parte de asteroides peligrosos (o PHA, Potentially Hazardous Asteroids) y a fecha de hoy carecemos de datos suficientes para saber qué interceptores son los más adecuados.

Los asteroides conocidos en 2008 (ESA).

Probabilidad de impacto de un asteroide cercano en función de su tamaño (ESA).

Por demostrar la viabilidad de este método es normal que primero desarrollemos misiones precursoras que nos permitan estar preparados si la amenaza se materializa finalmente. Hasta la fecha la NASA ha sido la única agencia espacial en llevar a cabo con éxito una misión de impacto contra un cuerpo menor. En 2005 la sonda Deep Impact chocó con el cometa Tempel 1 con el fin de estudiar su naturaleza, pero sin embargo no se intentó en ningún momento modificar su órbita. Desde entonces, nadie ha repetido esta hazaña. Curiosamente, la misión para protegernos de asteroides más peligrosos que más cerca ha estado de hacerse realidad es un proyecto europeo: Don Quijote.

La sonda Sancho observa el impacto de Hidalgo contra un asteroide (Deimos/ESA).

El objetivo de la misión Don Quijote era sumamente ambicioso a la par que atractivo: cambiar la órbita de un asteroide cercano (NEA) mediante un impacto a alta velocidad. No trataría de desviar un asteroide peligroso, más que nada porque no conocemos ningún cuerpo que vaya a chocar con la Tierra con total seguridad, sino que serviría como plataforma para ensayar las tecnologías de una misión de este tipo para cuando realmente haga falta. El asteroide elegido sería un cuerpo con un tamaño máximo de 500 metros de diámetro, ya que la mayoría de estos objetos aún no han sido descubiertos y constituyen la principal amenaza espacial para nuestra civilización. Don Quijote contaba además con el atractivo añadido de ser una misión con una fuerte participación española a través de las empresas Deimos (hoy en día Elecnor Deimos) y CASA Espacio. La primera propuesta de Don Quijote data de 2003 y en ella Deimos jugó un papel protagonista en el diseño inicial. El proyecto sería propuesto a la ESA en 2004 por parte del NEOMAP (Near-Earth Object Mission Advisory Panel) de entre un total de seis misiones para estudiar asteroides cercanos. Todo parecía ir viento en popa y en 2005 comenzó la Fase A del proyecto, con Astrium como contratista principal. Por desgracia, Don Quijote no sería finalmente seleccionada por la agencia espacial europea.

Don Quijote debía ser una misión formada por dos sondas separadas, un orbitador y un 'impactor'. El orbitador, denominado Sancho, se pondría en órbita del asteroide y estudiaría sus características desde cierta distancia. La otra nave, bautizada como Hidalgo, impactaría contra el astro bajo la atenta mirada de Sancho, que analizaría la nube de escombros y el cráter resultante. El objetivo primario de la misión sería desviar la órbita del asteroide mediante el impacto. El cambio sería mínimo, de solamente cien metros en el eje mayor de la órbita, pero más que suficiente para evitar una colisión con la Tierra si se hace con la antelación necesaria. Por supuesto, en caso de una amenaza real se podría enviar una sonda de mayor masa que provocase un cambio orbital de mayor magnitud.

Esquema de la misión Don Quijote (ESA).

Según el proyecto original de 2003, ambas sondas serían casi idénticas y se lanzarían conjuntamente mediante el mismo cohete (en principio un Dnepr). Para ahorrar costes, Hidalgo y Sancho estarían basadas en el diseño de la sonda Bepi Colombo para el estudio de Mercurio. Tras pasar por varias etapas en su desarrollo, Don Quijote evolucionaría hacia una misión más ambiciosa. En su última versión, las dos sondas serían lanzadas por separado mediante cohetes PSLV o Soyuz-2 (para el orbitador) y Dnepr (para el impactor). Para entonces se habían identificado dos posibles objetivos para la misión, los asteroides 1989 ML y 2002 AT4. No fue posible seleccionar un blanco definitivo: resultaba mucho más sencillo viajar hasta 1989 ML, pero su masa era considerablemente mayor que la de 2002 AT4, por lo que desviar su órbita sería más complicado.

Diseño original de las sondas Don Quijote: Hidalgo y Sancho en configuración de lanzamiento (Deimos/ESA).

Concepto posterior de Don Quijote con un diseño diferente para el orbitador y para el impactor (Deimos/ESA).

El orbitador tendría una masa de una tonelada (700 kg en seco) y estaría basado en la sonda europea SMART-1. Incluiría varios instrumentos desarrollados para otras misiones, como la cámara alemana de la sonda Dawn de la NASA. El sistema de propulsión sería eléctrico (iónico), con tres o cuatro impulsores PPS1350 de xenón, además de un sistema químico para el control de actitud y las maniobras cerca del asteroide. Mantenerse en órbita alrededor de un asteroide pequeño no es una tarea sencilla. La débil gravedad del cuerpo menor obligaría a tener muy presente los efectos de la presión de radiación y los efectos Yarkovsky y YORP.

Diseño final del orbitador Don Quijote (Astrium/ESA).

Por su parte, el impactor tendría una masa al lanzamiento de unos 2070 kg (con una masa en seco de 530 kg) y en un principio se pensó basar su diseño en el de la misión LISA Pathfinder. Emplearía propulsión química para maniobrar hacia el asteroide e impactar a una velocidad de unos 10 km/s. La cámara de navegación, redundante, sería similar a la usada en la sonda Rosetta. El verdadero desafío sería chocar contra el asteroide de forma autónoma. En principio esto puede parecer un asunto trivial, especialmente teniendo en cuenta que la sonda Deep Impact logró chocar contra el cometa Tempel 1 sin mayor problema. Pero el objetivo de Don Quijote sería diez veces más pequeño que el Tempel 1. No se podría usar exclusivamente la navegación mediante las comunicaciones de radio y habría que emplear sistemas de navegación ópticos autónomos. La sonda impactaría contra el punto más iluminado del asteroide -el más fácil de identificar en las imágenes- con una precisión de 50 metros. El orbitador estudiaría en detalle el cráter tras el choque y permitiría comprobar los cambios en su órbita, validando la técnica de impactos cinéticos para defendernos de los asteroides. De acuerdo con el plan inicial, el orbitador debía haber despegado en 2011-2012 y el impactor en 2017-2018.

Impactor de Don Quijote basado en LISA Pathfinder (Astrium/ESA).

Diseño final del impactor (Astrium/ESA).

El impactor se dirige al asteroide mientras el orbitador lo observa (Astrium/ESA).

En vista de las dificultades presupuestarias para sacar adelante esta misión, en 2007 se planteó la opción de desarrollar una misión básica, llamada Don Quijote Light (DQ Light), frente a la más compleja Don Quijote Plus (DQ +). Esta última incluiría una pequeña y curiosa sonda llamada ASP-DEX (Autonomous Surface Package Deployment Engineering eXperiment) para explorar el cráter causado por el impacto. La masa de ASP-DEX sería de 10 kg y descendería a la superficie desde una distancia de un kilómetro. En 2009 se intentó sacar adelante una versión reducida de Don Quijote con el orbitador únicamente denominada PROBA-IP, liderada por la empresa Deimos, que tampoco salió adelante.

Sonda de superficie ASP-DEX de Don Quijote Plus (AStrium/ESA).

Fases de la misión Don Quijote (Astrium/ESA).

Sonda PROBA-IP de 2009 (Deimos/ESA).

Tras ser aplazada en reiteradas ocasiones, el futuro no pinta nada bien para Don Quijote. Pero la ESA sigue interesada en una misión de este tipo, a pesar de que muchos científicos se muestran críticos con la viabilidad de una misión de impacto cinético y prefieren la opción del remolcador gravitatorio o el uso de explosivos nucleares para desviar asteroides. La nueva encarnación de Don Quijote se denomina provisionalmente AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment). Esta especie de Don Quijote 2.0 se basa a su vez en otras dos misiones: DART y AIM. DART (Double Asteroid Redirection Test) es una sonda de 300 kg la NASA desarrollada por el laboratorio Johns Hopkins con un coste inferior a 150 millones de dólares. Sería lanzada por un pequeño cohete Minotaur V y chocaría en octubre de 2022 contra el asteroide binario Didymos a 6,1 km/s. Lo curioso de esta propuesta es que la configuración del sistema binario haría innecesario el uso de una sonda orbitadora, ya que se podría medir con precisión los cambios orbitales del objetivo simplemente midiendo desde la Tierra el periodo del asteroide más pequeño. La relativa cercanía de Didymos a la Tierra permitiría compensar la falta de instrumentos de la nave, ya que los observatorios terrestres serían capaces de seguir el choque mediante radar y medios ópticos. DART podría tomar imágenes en alta resolución del asteroide antes del impacto gracias a una cámara similar al instrumento LORRI de la New Horizons.

La sonda europea AIM observa como la sonda DART choca contra el asteroide binario Didymos (ESA).

Características de Didymos (ESA).

Sonda DART (NASA).

La sonda europea AIM (Asteroid Impact Monitoring) sería el equivalente del orbitador Don Quijote y estudiaría el asteroide Didymos -u otro que sea finalmente seleccionado, como 1996 FG3- antes y después del choque. Para ahorrar costes, AIM podría ser una simple sonda de sobrevuelo en vez de un orbitador. Está previsto que tenga una masa de 400 kg, empleando los mismos propulsores PPS1350 de Efecto Hall que Don Quijote. Sería lanzada por el cohete Vega en 2019 y realizaría en 2020 un sobrevuelo de la Tierra para dirigirse al asteroide Didymos a tiempo para inspeccionar el choque de DART en 2022.

Si finalmente AIM es aprobada, el espíritu de Don Quijote se verá finalmente vindicado, aunque sea en parte. Teniendo en cuenta lo que nos jugamos, ya es hora de que saquemos adelante misiones de este tipo.

Aprovecho para agradecer personalmente a Juan Antonio González (Deimos) por su ayuda al proporcionarme información de primera mano para la elaboración esta entrada.

Referencias:

Source: http://astronomia-fisica-misiones-espaciales.blogspot.com/2013/01/europa-contra-los-asteroides-peligrosos.html

(via Mr. Reader)

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