Por Daniel Marín.
En 2017 1I/’Oumuamua se convirtió en el primer visitante interestelar descubierto por la humanidad. Desgraciadamente, este pequeño asteroide alargado de apenas 100 x 20 metros se aleja de nuestra estrella a 26 km/s, o sea, unas 5,5 Unidades Astronómicas (UA) cada año. Uno pudiera pensar que hemos perdido para siempre la oportunidad de estudiar este fascinante y misterioso cuerpo, pero ¿es así? ¿Estamos a tiempo de alcanzarlo para desvelar sus misterios? El mismo año que descubrimos ’Oumuamua se propuso el proyecto Lira, un concepto de misión para interceptar el cuerpo interestelar usando una sonda que realizaría una maniobra asistencia gravitatoria de tipo Oberth con el Sol o, en sus siglas en inglés, SOM (Solar Oberth Maneuver).
Foto portada: Reconstrucción artística de ’Oumuamua teniendo en cuenta las emisiones de tipo cometario descubiertas por el Hubble (ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser).
Una maniobra de tipo Oberth consiste en llevar a cabo una ignición al mismo tiempo que se pasa cerca de un astro para efectuar la asistencia gravitatoria, de este modo se puede maximizar la Delta V —la aceleración lograda— en el paso por un cuerpo del sistema solar. Cuanto más cerca se pase del cuerpo elegido y cuanto más corta sea la ignición, más efectiva será (o sea, se favorecen motores de gran potencia). El proyecto Lira original de 2017 usaba una maniobra SOM porque el Sol es, obviamente, el astro más masivo del Sistema Solar.
El problema es que para llevar a cabo una SOM es necesario viajar primero a Júpiter para llegar rápidamente al Sol y, además, lógicamente vamos a necesitar un escudo térmico pesado, lo que complica la misión. Dependiendo de la fecha de lanzamiento, la sonda hubiera podido alcanzar ’Oumuamua en unos 15 años más o menos. Lira podría aprovechar los diseños de sondas interestelares propuestos por la NASA en estas últimas décadas, que, aunque concebidos para explorar el medio interestelar, pueden ser adaptados para una misión a un objeto interestelar sin problemas.
Propuesta de sonda interestelar de la NASA de 2015 de 600 kg para estudiar el medio ineterestelar. Atención a los 4 RTGs (NASA).
Propuesta de sonda interestelar de 450 kg basada en la New Horizons. Se muestra acoplada a una etapa Star 48BV y con dos escudos solares para una maniobra Oberth en el Sol (NASA).
Propuesta de sonda interestelar de la NASA de 2021 con una sonda de 900 kg y un escudo térmico de 1600 kg para una maniobra SOM. La sonda usa una etapa de combustible sólido Orion 50XL. Pasaría a tan solo dos radios solares de distancia del Sol (NASA).
En 2020 se propuso una versión del proyecto Lira, denominada Lira 2.0, para alcazar ’Oumuamua utilizando solamente una maniobra Oberth con Júpiter (JOM, Jupiter Oberth Maneuver) junto con un sobrevuelo de la Tierra añadido para alcanzar el gigante joviano. Esta variante era más lenta, pero permitía el uso de cohetes menos potentes al reducir los requisitos de Dlta V. Asimismo, el diseño de la sonda se simplificaba enormemente al no requerir un escudo térmico ni tener que soportar las altas temperaturas por acercarse mucho al Sol. En todas estas propuestas se usarían hasta dos etapas superiores de combustible sólido para la maniobra de Oberth por ser compactas y simples. Lira 2 prometía llegar a ’Oumuamua alrededor de 2050 empleando JOM y lanzadores convencionales. Pero, ¿y qué hay de los lanzadores pesados actuales? Actualmente tenemos en servicio el Falcon Heavy y el SLS Block 1, pero dentro de unos años estará disponible el poderoso sistema Starship y en 2033 también entrará en servicio el cohete gigante chino CZ-9. ¿Cuánto tardaríamos en alcanzar ’Oumuamua con estos lanzadores?
La Starship durante su primera misión (SpaceX).
Según un estudio de Adam Hibberd, se podría alcanzar ’Oumuamua en tan solo 20 años si usamos la Starship. Para ello se supone una fecha de lanzamiento en 2031, una masa de la sonda de 860 kg y el uso de tres etapas de combustible sólido (Castor 30XL, Castor 30B y Star 48B) para realizar una maniobra Oberth en Júpiter. Si en vez de tres etapas de combustible sólido se emplean dos (Castor 30XL y Star 75) el tiempo de vuelo se eleva a 23 años. Para ello, naturalmente, la Starship habría que cargarla de combustible en órbita baja, pues no puede abandonar LEO sin trasvase de propelentes. Hibberd presupone que se necesitarán ocho lanzamientos del sistema Starship para cargar de propelentes una Starship en LEO, aunque esta cifra dependerá del diseño final del lanzador, que está en evolución continua (la potencia y número de motores Raptor sigue evolucionando, así como la masa en seco del fuselaje). Con carga de combustible, Starship puede situar hasta 170 toneladas de carga en una trayectoria hacia Júpiter, una cifra simplemente impresionante. Esto prmitiría utilizar las grandes etapas de combustible sólido Castor 30XL, de 26 toneladas, y la Castor 30B, de 14 toneladas, ambas utilizadas en el cohete Antares de Northrop Grumman.
Prestaciones de la Starship para unan misión a Júpiter (Hibberd, 2023).
Etapa de combustible sólido Castor XL (Nothrop Grumman).
Etapa Star 48B (NASA).
Con el Falcon Heavy se tardarán 28 años, una diferencia con la Starship no demasiado grande teniendo en cuenta que este lanzador apenas puede colocar 3 toneladas en una trayectoria hacia Júpiter. Eso sí, la sonda solo podría tener una masa de 100 kg y habría que usar tres etapas de combustible sólido (una Star 63F y dos Star 48B), así como efectuar una maniobra de espacio profundo para ejecutar un sobrevuelo de la Tierra. Otros lanzadores menos potentes tardarían mucho más, como es el caso del Ariane 64, que tardaría unos 56 años en llegar (!). Hibberd cree que con el CZ-9 se tardarían 36 años, pero esto dependerá de las prestaciones finales de este lanzador, que está en pleno desarrollo. Es de esperar que al incluir una maniobra de espacio profundo se pueda reducir todavía más este tiempo de vuelo como con el Falcon Heavy. Fuera del análisis quedan otros lanzadores pesados como el New Glenn o el futuro CZ-10 chino, que tendrá unas prestaciones incluso mejores que las del Falcon Heavy gracias a disponer de una etapa superior criogénica.
Tiempo de vuelo para alcanzar ’Oumuamua dependiendo del lanzador y las etapas usadas (Hibberd, 2023).
Sonda interestelar de la NASA de 2021 de 860 kg y una antena de 5 metros de diámetro (NASA).
Configuración de lanzamiento de una sonda interestelar con dos etapas sólidas para maniobras JOM usando el SLS (NASA).
En todo caso, ¿hay posibilidades de que se apruebe una misión de este tipo? Lamentablemente, no, al menos por el momento. La postura de la mayor parte de agencias espaciales es que resulta más útil situar una o varias sondas en órbita solar que saldrían al encuentro de un objeto interestelar cuando sea descubierto, un concepto en el que se basa la propuesta Comet Interceptor de la ESA. El problema es que esta estrategia presupone una frecuencia de objetos interestelares que podría estar equivocada. Es posible que la mayoría de objetos interestelares que pasen por el Sol tengan naturaleza cometaria, como es el caso de 2I/Borisov, el segundo objeto interestelar conocido. De ser así, ’Oumuamua sería una rareza cósmica. Olvidarnos de ’Oumuamua o explorarlo, he ahí la cuestión.
Sonda Comet Interceptor y subsonda para interceptar un cometa de la Nube de Oort o un objeto interestelar (ESA).
Referencias:
https://arxiv.org/pdf/2305.03065.pdf