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Misión de redirección de asteroides

Las pinzas en los extremos de los brazos robóticos sujetan una roca de un asteroide de gran tamaño. Una vez asegurada la roca, las piernas se impulsan para realizar un ascenso i...

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Las pinzas en los extremos de los brazos robóticos sujetan una roca de un asteroide de gran tamaño. Una vez asegurada la roca, las piernas se impulsan para realizar un ascenso inicial sin necesidad de propulsores.

La Misión de Redirección de Asteroides ( ARM ), también conocida como Misión de Recuperación y Utilización de Asteroides ( ARU ) e Iniciativa de Asteroides , fue una misión espacial propuesta por la NASA en 2013; posteriormente, la misión fue cancelada. La nave espacial de la Misión Robótica de Recuperación de Asteroides (ARRM) se habría encontrado con un gran asteroide cercano a la Tierra y habría utilizado brazos robóticos con pinzas de anclaje para recuperar una roca de 4 metros del asteroide y llevarla a la órbita lunar .

La nave espacial habría caracterizado el asteroide y demostrado al menos una técnica de defensa planetaria antes de transportar la roca a una órbita lunar estable , donde podría haber sido analizada con mayor detalle tanto por sondas robóticas como por una futura misión tripulada, la Misión Tripulada de Redirección de Asteroides ( ARCM ). [ 1 ] De haber recibido financiación, la misión se habría lanzado en diciembre de 2021, [ 2 ] con los objetivos adicionales de probar una serie de nuevas capacidades necesarias para futuras expediciones humanas al espacio profundo, incluidos propulsores iónicos avanzados . [ 3 ]

El presupuesto propuesto por la NASA para 2018 contemplaba su cancelación, [ 4 ] la misión recibió la notificación de su desfinanciamiento en abril de 2017, [ 5 ] y la NASA anunció el "cierre" el 13 de junio de 2017. [ 5 ] Las tecnologías clave que se estaban desarrollando para ARM han continuado, especialmente el sistema de propulsión de propulsores iónicos que se habría utilizado en la misión robótica.

Objetivos

Astronauta en actividad extravehicular para tomar muestras de un asteroide, con la constelación de Orión al fondo.

El objetivo principal de la Misión de Redirección de Asteroides fue desarrollar las capacidades de exploración del espacio profundo necesarias en preparación para una misión humana a Marte y otros destinos del Sistema Solar [ 6 ] [ 7 ] según las rutas flexibles del Viaje a Marte de la NASA . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Precursor de Marte

Las misiones de carga lentas mediante remolcadores espaciales para la logística de Marte podrían reducir los costos hasta en un 60 % (si se utiliza propulsión eléctrica solar avanzada (motores iónicos) [ 13 ] ) y reducir el riesgo general de la misión al permitir la verificación in situ de los sistemas críticos antes de que la tripulación parta mediante un transporte más rápido. [ 6 ] [ 11 ] [ 8 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

Las tecnologías y diseños de propulsión eléctrica solar no solo podrían aplicarse a futuras misiones, sino que la nave espacial ARRM podría dejarse en una órbita estable para su reutilización. [ 6 ] [ 8 ] [ 11 ] El proyecto contemplaba múltiples capacidades de reabastecimiento de combustible; la carga útil específica para el asteroide habría estado en un extremo del bus para su posible extracción y reemplazo mediante mantenimiento futuro o como una nave espacial separable, dejando un remolcador espacial calificado en el espacio cislunar. [ 7 ] [ 9 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

Operaciones ampliadas y sostenibles en el espacio profundo

Las misiones robóticas y tripuladas habrían demostrado capacidades más allá de la órbita terrestre, pero dentro de una contingencia de retorno de pocos días. [ 20 ] La Órbita Retrógrada Distante Lunar (DRO), que abarca los niveles L1 y L2 de la Tierra y la Luna , es esencialmente un nodo para el escape y la captura del sistema terrestre. [ 11 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Esto es más cierto si se lleva un Módulo de Aumento de Exploración (EAM) para estancias humanas prolongadas, posiblemente mediante un módulo SEP similar al ARRM. [ 6 ] [ 8 ] [ 11 ] En su tramo de regreso de Marte, una misión humana puede ahorrar toneladas de masa al capturar en la DRO y transferirse a una Orion estacionada para el regreso a la Tierra y la reentrada. [ 12 ]

Objetivos adicionales

Un objetivo secundario era desarrollar la tecnología necesaria para traer un pequeño asteroide cercano a la Tierra a la órbita lunar : "el asteroide era un beneficio adicional". [ 12 ] Allí, podría haber sido analizado por la tripulación de la misión Orion EM-5 o EM-6 ARCM en 2026. [ 2 ] [ 24 ] [ 25 ]

Entre los objetivos adicionales de la misión se incluía demostrar técnicas de defensa planetaria capaces de proteger la Tierra en el futuro, como el uso de naves espaciales robóticas para desviar asteroides potencialmente peligrosos. [ 24 ] [ 26 ] Se consideraron dos métodos para desviar un asteroide: agarrar el asteroide y moverlo directamente, así como emplear técnicas de tractor gravitatorio tras recoger una roca de su superficie para aumentar su masa ("tractor gravitatorio mejorado"). [ 27 ]

La misión también habría puesto a prueba el rendimiento de la propulsión eléctrica solar avanzada (motores iónicos) [ 13 ] y la comunicación láser de banda ancha en el espacio . [ 28 ] Estas nuevas tecnologías podrían ayudar a enviar grandes cantidades de carga, hábitats y propulsor a Marte antes de una misión tripulada a Marte [ 31 ] y/o Fobos. [ 43 ]

Descripción general de la nave espacial

Las pinzas para asteroides situadas en los extremos de los brazos robóticos sujetan y aseguran una roca de 6 metros de un asteroide de gran tamaño. Un taladro integrado proporciona el anclaje final de la roca al mecanismo de captura.
Representación del vehículo de redirección de asteroides abandonando el asteroide tras capturar una roca de su superficie.

El vehículo aterrizaría en un asteroide grande y las pinzas en el extremo de los brazos robóticos sujetarían y asegurarían una roca de la superficie del asteroide. Las pinzas se clavarían en la roca, creando un agarre firme. Se usaría un taladro integrado para proporcionar el anclaje final de la roca al mecanismo de captura. [ 46 ] Una vez asegurada la roca, las patas se impulsarían y proporcionarían un ascenso inicial sin el uso de propulsores. [ 24 ] [ 27 ]

Propulsión

La nave espacial sería impulsada por un sistema avanzado de propulsión eléctrica solar (SEP) (posiblemente un propulsor de efecto Hall , un tipo de propulsor iónico ). La electricidad sería suministrada por paneles solares de alta eficiencia tipo UltraFlex (50  kW). [ 13 ] [ 47 ]

El motor iónico avanzado utiliza el 10 % del propulsor requerido por los cohetes químicos equivalentes, puede procesar tres veces la potencia de los diseños anteriores y aumenta la eficiencia en un 50 %. [ 48 ] Utilizaría el efecto Hall , que proporciona una baja aceleración pero puede dispararse continuamente durante muchos años para impulsar una gran masa a alta velocidad. [ 13 ] Los propulsores de efecto Hall atrapan electrones en un campo magnético y los utilizan para ionizar el propulsor de gas xenón a bordo . El campo magnético también genera un campo eléctrico que acelera los iones cargados, creando una columna de escape de plasma que empuja la nave espacial hacia adelante. [ 48 ] El concepto de nave espacial tendría una masa en seco de 5,5 toneladas y podría almacenar hasta 13 toneladas de propulsor de xenón . [ 49 ]

Cada propulsor tendría una potencia de entre 30 y 50 kilovatios, [ 50 ] y se pueden combinar varios propulsores para aumentar la potencia de una nave espacial SEP. Este motor, que puede alcanzar los 300 kilovatios e incluso más, está siendo investigado y desarrollado por Northrop Grumman junto con los Laboratorios Nacionales Sandia y la Universidad de Michigan . [ 51 ] El Centro de Investigación Glenn de la NASA gestiona el proyecto. [ 51 ]

Incluso en el destino, el sistema SEP puede configurarse para proporcionar energía para mantener los sistemas o evitar la evaporación del propulsor antes de que llegue la tripulación. [ 6 ] [ 52 ] Sin embargo, la propulsión solar-eléctrica existente calificada para vuelo tiene niveles de 1 a 5  kW. Una misión de carga a Marte requeriría ~100  kW, y un vuelo tripulado ~150 a 300  kW. [ 6 ] [ 11 ]

Cronograma propuesto

Originalmente planeada para 2017, luego para 2020, [ 26 ] [ 46 ] y luego para diciembre de 2021. [ 2 ] La misión recibió la notificación de su desfinanciamiento en abril de 2017. [ 5 ] El vehículo de lanzamiento habría sido un Delta IV Heavy , SLS o Falcon Heavy . [ 53 ] La roca habría llegado a la órbita lunar a finales de 2025. [ 46 ]

asteroide objetivo

Para octubre de 2017, había 16.950 asteroides cercanos a la Tierra conocidos , [ 54 ] descubiertos por varios equipos de búsqueda y catalogados como objetos potencialmente peligrosos . A principios de 2017, la NASA aún no había seleccionado un objetivo para ARM, pero para fines de planificación y simulación, el asteroide cercano a la Tierra (341843) 2008 EV 5 se usó como ejemplo para que la nave espacial recogiera una sola roca de 4 m (13 pies) de él. [ 24 ] Otros asteroides padres candidatos fueron Itokawa , Bennu y Ryugu . [ 53 ]  

La roca carbonácea que habría sido capturada por la misión (con un diámetro máximo de 6 metros y un peso de 20 toneladas) [ 45 ] es demasiado pequeña para dañar la Tierra, ya que se desintegraría en la atmósfera. Redirigir la masa del asteroide a una órbita retrógrada distante alrededor de la Luna garantizaría que no pudiera impactar la Tierra y, además, la dejaría en una órbita estable para futuros estudios. [ 29 ]

Historia

El administrador de la NASA, Robert Frosch, testificó ante el Congreso sobre la "recuperación de asteroides a la Tierra" en julio de 1980. Sin embargo, afirmó que era inviable en ese momento. [ 55 ] [ 56 ]

La misión ARU, excluyendo cualquier misión tripulada a un asteroide que pudiera posibilitar, fue objeto de un estudio de viabilidad en 2012 por el Instituto Keck de Estudios Espaciales . [ 49 ] El Centro de Investigación Glenn estimó el costo de la misión en aproximadamente 2600 millones de dólares, [ 57 ] de los cuales 105 millones de dólares se financiaron en 2014 para perfeccionar el concepto. [ 28 ] [ 58 ] Los funcionarios de la NASA enfatizaron que ARM estaba concebida como un paso en los planes a largo plazo para una misión tripulada a Marte . [ 46 ]

La "Opción A" consistía en desplegar un contenedor lo suficientemente grande como para capturar un asteroide en vuelo libre de hasta 8 m (26 pies) de diámetro.  

Las dos opciones estudiadas para recuperar un asteroide pequeño fueron la Opción A y la Opción B. La Opción A desplegaría una gran bolsa de captura de 15 metros (50 pies) capaz de contener un asteroide pequeño de hasta 8 m (26 pies) de diámetro, [ 13 ] y una masa de hasta 500 toneladas. [ 28 ] La Opción B, que fue seleccionada en marzo de 2015, haría que el vehículo aterrizara en un asteroide grande y desplegara brazos robóticos para levantar una roca de hasta 4 m (13 pies) de diámetro de la superficie, transportarla y colocarla en órbita lunar . [ 24 ] [ 29 ] Esta opción se identificó como más relevante para futuras tecnologías de encuentro , acoplamiento autónomo , aterrizaje , muestreo , defensa planetaria , minería y mantenimiento de naves espaciales. [ 59 ] [ 60 ]     

La parte tripulada para recuperar muestras de asteroides de la órbita lunar ( Orion EM-3 ) fue criticada como una parte innecesaria de la misión, alegando que ya se habían analizado miles de meteoritos [ 61 ] y que la tecnología utilizada para recuperar una roca no ayudaba a desarrollar una misión tripulada a Marte. [ 46 ] Los planes no se modificaron a pesar de que el Consejo Asesor de la NASA sugirió el 10 de abril de 2015 que la NASA no debería llevar a cabo sus planes para ARM, y que en su lugar debería desarrollar propulsión eléctrica solar y utilizarla para alimentar una nave espacial en un vuelo de ida y vuelta a Marte. [ 62 ]

En enero de 2016, el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA adjudicó contratos para estudios de diseño de una nave espacial con propulsión eléctrica solar. La misión robótica ARRM habría sido la primera fase de ARM. Los contratos fueron adjudicados a Lockheed Martin Space Systems , Littleton, Colorado; Boeing Phantom Works , Huntington Beach, California; Orbital ATK , Dulles, Virginia; y Space Systems/Loral , Palo Alto, California. [ 63 ]

En mayo de 2016, ASI (la Agencia Espacial Italiana ) acordó un estudio conjunto y una posible participación italiana. [ 64 ]

Según el presupuesto de la NASA para 2018 propuesto por la administración Trump en marzo de 2017, esta misión fue cancelada en favor del programa Artemis . [ 4 ] El 13 de junio de 2017, la NASA anunció una "fase de cierre" tras la retirada de fondos. [ 5 ] La NASA ha enfatizado que las tecnologías clave que se están desarrollando para ARM continuarán, especialmente el sistema de propulsión eléctrica solar, que se habría utilizado en la misión robótica, y que se utilizará en la Lunar Gateway como Elemento de Energía y Propulsión . [ 5 ] [ 65 ]

Véase también

Referencias

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  • Programa de Iniciativa de Asteroides de la NASA
videos de YouTube
  • Vídeo: Misión de redirección de asteroides, 'Opción A' , captura de un asteroide de 8 metros en vuelo libre.
  • Vídeo: Misión de redirección de asteroides, 'Opción B' , recolección de rocas de un asteroide grande.
  • Vídeo: Misión de redirección de asteroides: La nave espacial tripulada Orion se encuentra con el ARM en órbita lunar.
  • Vídeo: Misión de redirección de asteroides: Segmento robótico de la NASA