Prueba de redirección de asteroides dobles

La nave espacial DART era un impactador con una masa de 610 kilogramos (1340 lb) ^{[ 21 ]} que no albergaba carga útil científica y solo contaba con sensores para navegación. La nave espacial costó 330 millones de dólares estadounidenses cuando colisionó con Dimorphos en 2022. ^{[ 22 ]} 

Cámara

Los sensores de navegación de DART incluían un sensor solar , un rastreador de estrellas llamado software SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation) ^{[ 23 ]} y una cámara de apertura de 20 centímetros (7,9 pulgadas) llamada Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical Navigation (DRACO). DRACO se basaba en el Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) a bordo de la nave espacial New Horizons y permitía la navegación autónoma para impactar la luna del asteroide en su centro. La parte óptica de DRACO era un telescopio Ritchey-Chrétien con un campo de visión de 0,29° y una distancia focal de 2,6208 m (f/12,60). La resolución espacial de las imágenes tomadas inmediatamente antes del impacto era de unos 20 centímetros por píxel. El instrumento tenía una masa de 8,66 kilogramos (19,1 libras) ^{[ 24 ]} .    

El detector utilizado en la cámara era un sensor de imagen CMOS de 2560 × 2160 píxeles . El detector registra el rango de longitud de onda de 0,4 a 1 micrón (visible e infrarrojo cercano). En LORRI se utilizó un detector CMOS comercial estándar en lugar de un dispositivo de carga acoplada personalizado . El rendimiento del detector de DRACO igualó o superó al de LORRI debido a las mejoras en la tecnología de sensores en la década que separa el diseño de LORRI y DRACO. ^{[ 25 ]} Las imágenes de DRACO , introducidas en un ordenador de a bordo con software derivado de la tecnología antimisiles , ayudaron a DART a guiarse de forma autónoma hacia su impacto. ^{[ 26 ]}  

paneles solares

Los paneles solares de la nave espacial utilizaron un diseño de panel solar desplegable (ROSA), que fue probado en la Estación Espacial Internacional (ISS) en junio de 2017 como parte de la Expedición 52. ^{[ 27 ]}

Utilizando ROSA como estructura, se configuró una pequeña porción del conjunto solar DART para demostrar la tecnología de conjunto solar transformacional , que cuenta con células solares metamórficas invertidas (IMM) SolAero de muy alta eficiencia y concentradores reflectantes que proporcionan tres veces más energía que otras tecnologías de conjuntos solares disponibles. ^{[ 28 ]}

Antena

La nave espacial DART fue la primera en utilizar un nuevo tipo de antena de comunicación de alta ganancia, una matriz de ranuras de línea radial espiral (RLSA). La antena de polarización circular operaba en las frecuencias de banda X ( microondas ) de la Red del Espacio Profundo de la NASA (NASA DSN) de 7,2 y 8,4 GHz , y tenía una ganancia de 29,8 dBi en el enlace descendente y de 23,6 dBi en el enlace ascendente. La antena fabricada, de forma plana y compacta, superó los requisitos establecidos y fue probada en diversos entornos, lo que resultó en un diseño TRL -6. ^{[ 29 ]}   

La Agencia Espacial Italiana (ASI) contribuyó con una nave espacial secundaria llamada LICIACube ( Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids ), un pequeño CubeSat que viajó junto con DART y se separó el 11 de septiembre de 2022, 15 días antes del impacto. Adquirió imágenes del impacto y de los materiales eyectados mientras pasaba cerca del asteroide. ^{[ 34 ] [ 35 ]} LICIACube se comunicó directamente con la Tierra, enviando imágenes de los materiales eyectados después del sobrevuelo de Dimorphos. ^{[ 36 ] [ 37 ]} LICIACube está equipada con dos cámaras ópticas , denominadas LUKE y LEIA. ^{[ 38 ]}

La nave espacial impactó a Dimorphos en dirección opuesta al movimiento del asteroide. Tras el impacto, la velocidad orbital instantánea de Dimorphos disminuyó ligeramente, lo que redujo el radio de su órbita alrededor de Didymos. La trayectoria de Didymos también se modificó, pero en proporción inversa a la relación entre su masa y la masa mucho menor de Dimorphos, por lo que el cambio fue mínimo. El cambio real de velocidad y el desplazamiento orbital dependieron, entre otros factores, de la topografía y la composición de la superficie. La contribución del momento de retroceso de los eyectos del impacto produce un efecto de "aumento del momento" difícil de predecir. ^{[ 39 ]} Antes del impacto, se estimó que el momento transferido por DART al fragmento restante más grande del asteroide era de hasta 3 a 5 veces el momento incidente, dependiendo de la cantidad y la velocidad del material eyectado del cráter de impacto. Obtener mediciones precisas de este efecto fue uno de los principales objetivos de la misión y ayudará a perfeccionar los modelos de futuros impactos en asteroides. ^{[ 40 ]}

Posteriormente, los científicos determinaron que el impacto también modificó ligeramente la órbita del par de asteroides alrededor del Sol, siendo esta la primera vez que una acción humana tuvo un efecto medible de tal magnitud en un cuerpo celeste. La velocidad orbital aumentó aproximadamente dos pulgadas por hora con respecto a la velocidad previa al impacto de 76 000 millas por hora (122 000 km/h) . Astrónomos aficionados de varios países aportaron datos midiendo con precisión la ocultación de estrellas de fondo por parte del par a lo largo de su órbita tras el impacto. Los científicos también utilizaron datos de radiotelescopios sobre el par obtenidos antes y después del impacto. Según un autor del estudio, incluso un cambio orbital tan pequeño podría prevenir una colisión catastrófica de asteroides con la Tierra. ^{[ 41 ] [ 42 ]} 

El impacto del DART excavó materiales superficiales y subsuperficiales de Dimorphos, lo que provocó la formación de un cráter y/o una remodelación de cierta magnitud (es decir, un cambio de forma sin una pérdida de masa significativa). Parte del material eyectado podría llegar a impactar la superficie de Didymos. Si la energía cinética transmitida a su superficie fue lo suficientemente alta, también podría haberse producido una remodelación en Didymos, dada su velocidad de rotación cercana a la de ruptura rotacional. La remodelación en cualquiera de los dos cuerpos habría modificado su campo gravitatorio mutuo, lo que habría dado lugar a un cambio en el período orbital inducido por la remodelación, además del cambio en el período orbital inducido por el impacto. Si no se hubiera tenido en cuenta, esto podría haber llevado posteriormente a una interpretación errónea del efecto de la técnica de deflexión cinética. ^{[ 43 ]}

El compañero de DART, LICIACube, ^{[ 44 ] [ 36 ]} el Telescopio Espacial Hubble , el Telescopio Espacial James Webb y el observatorio terrestre ATLAS detectaron la columna de eyección del impacto de DART. ^{[ 45 ] [ 46 ]} El 26 de septiembre, SOAR observó que la estela de impacto visible tenía más de 10 000 kilómetros (0,026 LD; 6200 mi) de largo. ^{[ 47 ]} Se esperaban estimaciones iniciales del cambio en el período de la órbita binaria dentro de una semana y con los datos publicados por LICIACube. ^{[ 48 ]} La ciencia de la misión DART depende de un monitoreo cuidadoso desde la Tierra de la órbita de Dimorphos durante los días y meses subsiguientes. Dimorphos era demasiado pequeño y estaba demasiado cerca de Didymos para que casi ningún observador lo viera directamente, pero su geometría orbital es tal que transita a Didymos una vez en cada órbita y luego pasa detrás de él media órbita más tarde. Por lo tanto, cualquier observador que pueda detectar el sistema Didymos verá cómo el sistema se atenúa y vuelve a brillar a medida que los dos cuerpos se cruzan.  

El impacto se planeó para un momento en que la distancia entre Didymos y la Tierra fuera mínima, lo que permitiría a muchos telescopios realizar observaciones desde diversas ubicaciones. El asteroide se encontraba cerca de la oposición y era visible en lo alto del cielo nocturno hasta bien entrado el año 2023. ^{[ 49 ]} El cambio en la órbita de Dimorphos alrededor de Didymos fue detectado por telescopios ópticos que observaban los eclipses mutuos de ambos cuerpos mediante fotometría en el par Dimorphos-Didymos. Además de las observaciones de radar, confirmaron que el impacto acortó el período orbital de Dimorphos en 32 minutos. ^{[ 50 ]} Basándose en el acortamiento del período orbital binario, se determinó la reducción instantánea en la componente de velocidad de Dimorphos a lo largo de su trayectoria orbital, lo que indicó que se transfirió sustancialmente más momento a Dimorphos desde los eyectos del impacto que escapaban que desde el impacto mismo. De esta manera, el impacto cinético DART fue altamente efectivo para desviar a Dimorphos. ^{[ 10 ]}

En un proyecto de colaboración, la Agencia Espacial Europea ha desarrollado Hera , una nave espacial que fue lanzada a Didymos en octubre de 2024 ^{[ 34 ] [ 51 ] [ 52 ]} y que se planeó que llegara en 2026 ^{[ 53 ] [ 54 ]} para realizar un reconocimiento y evaluación detallados. ^{[ 52 ]} Hera transporta dos CubeSats , Milani y Juventas . ^{[ 52 ]}

El objetivo de la misión era Dimorphos en el sistema Didymos 65803, un sistema binario de asteroides en el que un asteroide es orbitado por otro más pequeño. El asteroide principal (Didymos A) tiene aproximadamente 780 metros (2560 pies) de diámetro; la luna asteroide Dimorphos (Didymos B) tiene aproximadamente 160 metros (520 pies) de diámetro en una órbita a aproximadamente 1 kilómetro (0,62 millas) del principal. ^{[ 15 ]} La masa del sistema Didymos se estima en 528 mil millones de kg, de los cuales Dimorphos comprende 4,8 mil millones de kg. ^{[ 21 ]} Elegir un sistema binario de asteroides es ventajoso porque los cambios en la velocidad de Dimorphos se pueden medir observando cuando Dimorphos pasa posteriormente frente a su compañero, causando una disminución en la luz que puede ser vista por telescopios terrestres. Dimorphos también fue elegido debido a su tamaño apropiado; está dentro del rango de tamaño de los asteroides que se querría desviar, si estuvieran en curso de colisión con la Tierra. Además, el sistema binario estuvo relativamente cerca de la Tierra en 2022, a unos 7 millones de millas (0,075 unidades astronómicas; 29 distancias lunares; 11 millones de kilómetros) . ^{[ 61 ]} El sistema Didymos no es un asteroide que cruce la órbita terrestre , y no hay posibilidad de que el experimento de desviación pueda crear un peligro de impacto. ^{[ 62 ]} El 4 de octubre de 2022, Didymos se acercó a la Tierra a 10,6 millones de kilómetros (0,071 unidades astronómicas; 28 distancias lunares; 6,6 millones de millas) . ^{[ 63 ]}          

Los preparativos para el lanzamiento de DART comenzaron el 20 de octubre de 2021, cuando la nave espacial comenzó a repostar en la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg (VSFB) en California. ^{[ 64 ]} La nave espacial  llegó a Vandenberg a principios de octubre  de 2021 después de un viaje por carretera a través del país. Los miembros del equipo de DART prepararon la nave espacial para el vuelo, probando los mecanismos y el sistema eléctrico de la nave espacial, envolviendo las partes finales en mantas aislantes multicapa y practicando la secuencia de lanzamiento tanto desde el sitio de lanzamiento como desde el centro de operaciones de la misión en APL.  DART se dirigió a la Instalación de Procesamiento de Carga Útil de SpaceX en VSFB el 26 de octubre de 2021. Dos días después, el equipo recibió la luz verde para llenar el tanque de combustible de DART con aproximadamente 50 kilogramos (110 lb) de propulsor de hidracina para las maniobras de la nave espacial y el control de actitud. DART también transportaba unos 60 kilogramos (130 lb) de xenón para el motor iónico NEXT-C. Los ingenieros cargaron el xenón antes de que la nave espacial partiera de APL a principios de octubre de 2021. ^{[ 65 ]}  

A partir del 10 de noviembre de 2021, los ingenieros acoplaron la nave espacial al adaptador que se coloca sobre el vehículo de lanzamiento SpaceX Falcon 9. El cohete Falcon 9, sin la cofia de carga útil, realizó una prueba de encendido estático y posteriormente regresó a las instalaciones de procesamiento, donde técnicos de SpaceX instalaron las dos mitades de la cofia alrededor de la nave espacial durante dos días, el 16 y el 17 de noviembre, dentro de las instalaciones de procesamiento de carga útil de SpaceX en la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg. Los equipos en tierra completaron con éxito una Revisión de Preparación para el Vuelo esa misma semana, con la cofia ya acoplada al cohete. ^{[ 66 ]}

Un día  antes del lanzamiento, el vehículo de lanzamiento salió del hangar y se trasladó a la plataforma de lanzamiento en el Complejo de Lanzamiento Espacial Vandenberg 4 (SLC-4E); desde allí, despegó para comenzar el viaje de DART al sistema Didymos e impulsó la nave espacial al espacio. ^{[ 65 ]}

Despegue del Falcon 9 con DART.

Separación de DART de la segunda etapa

La nave espacial DART fue lanzada el 24 de noviembre de 2021 a las 06:21:02 UTC .

La planificación inicial sugería que DART se desplegaría en una órbita terrestre de gran altitud y alta excentricidad , diseñada para evitar la Luna . En tal escenario, DART usaría su motor iónico NEXT de bajo empuje y alta eficiencia para escapar lentamente de su órbita terrestre alta a una órbita solar cercana a la Tierra ligeramente inclinada, desde la cual maniobraría hacia una trayectoria de colisión con su objetivo. Pero debido a que DART se lanzó como una misión dedicada al Falcon 9 , la carga útil junto con la segunda etapa del Falcon 9 se colocó directamente en una trayectoria de escape de la Tierra y en órbita heliocéntrica cuando la segunda etapa se reinició para un segundo arranque del motor o una maniobra de escape. Por lo tanto, aunque DART lleva un propulsor eléctrico único en su tipo y abundante combustible de xenón, el Falcon 9 hizo casi todo el trabajo, dejando que la nave espacial realizara solo unas pocas maniobras de corrección de trayectoria con propulsores químicos simples mientras se dirigía a Dimorphos, la luna de Didymos. ^{[ 67 ]}

La fase de tránsito antes del impacto duró aproximadamente 9 meses. Durante su viaje interplanetario , la nave espacial DART realizó un sobrevuelo distante del asteroide cercano a la Tierra (138971) 2001 CB 21, de 578 metros (1896 pies) de diámetro , en marzo de 2022. ^{[ 68 ]} DART pasó a 0,117 unidades astronómicas (46 distancias lunares; 17,5 millones de kilómetros; 10,9 millones de millas) de 2001 CB ₂₁ en su aproximación más cercana el 2 de marzo de 2022. ^{[ 69 ]}  

La cámara DRACO del telescopio DART abrió su compuerta y tomó su primera imagen de luz de algunas estrellas el 7 de diciembre de 2021, cuando se encontraba a 2 millones de millas (0,022 unidades astronómicas; 8,4 distancias lunares; 3,2 millones de kilómetros) de la Tierra. ^{[ 70 ]} Las estrellas en la primera imagen de luz de DRACO se utilizaron para calibrar el apuntamiento de la cámara antes de que pudiera usarse para fotografiar otros objetivos. ^{[ 70 ]} El 10 de diciembre de 2021, DRACO fotografió el cúmulo abierto Messier 38 para una calibración óptica y fotométrica adicional . ^{[ 70 ]}  

El 27 de mayo de 2022, DART observó la brillante estrella Vega con DRACO para probar la óptica de la cámara con luz dispersa. ^{[ 71 ]} El 1 de julio y el 2 de agosto de 2022, el generador de imágenes DRACO de DART observó a Júpiter y su luna Europa emergiendo de detrás del planeta, como prueba de rendimiento para el sistema de seguimiento SMART Nav para prepararse para el impacto de Dimorphos. ^{[ 72 ]}

Dos meses antes del impacto, el 27 de julio de 2022, la cámara DRACO detectó el sistema Didymos desde aproximadamente 32 millones de kilómetros (0,21 unidades astronómicas; 83 distancias lunares; 20 millones de millas) de distancia y comenzó a refinar su trayectoria. El nanosatélite LICIACube fue liberado el 11 de septiembre de 2022, 15 días antes del impacto. ^{[ 73 ]} Cuatro horas antes del impacto, a unos 90 000 kilómetros (0,23 LD; 56 000 mi) de distancia, DART comenzó a operar en completa autonomía bajo el control de su sistema de guía SMART Nav . Tres horas antes del impacto, DART realizó un inventario de objetos cerca del objetivo. Noventa minutos antes de la colisión, cuando DART estaba a 38 000 kilómetros (0,099 LD; 24 000 mi) de distancia de Dimorphos, se estableció la trayectoria final. ^{[ 74 ]} Cuando DART estaba a 24.000 kilómetros (0,062 LD; 15.000 mi) de distancia, Dimorphos se hizo discernible (1,4 píxeles) a través de la cámara DRACO, que luego continuó capturando imágenes de la superficie del asteroide y transmitiéndolas en tiempo real. ^{[ 75 ]}        

DRACO fue el único instrumento capaz de proporcionar una vista detallada de la superficie de Dimorphos. El uso de los propulsores de DART provocó vibraciones en toda la nave espacial y los paneles solares, lo que resultó en imágenes borrosas. Para garantizar imágenes nítidas, la última corrección de trayectoria se ejecutó 4 minutos antes del impacto y los propulsores se desactivaron posteriormente. ^{[ 75 ]}

La última imagen completa, transmitida dos segundos antes del impacto, tiene una resolución espacial de aproximadamente 3 centímetros por píxel. El impacto tuvo lugar el 26 de septiembre de 2022, a las 23:14 UTC . ^{[ 3 ]}

El impacto frontal de la nave espacial DART de 500 kilogramos (1100 lb) ^{[ 76 ]} a 6,6 kilómetros por segundo (4,1 mi/s) ^{[ 77 ]} o 22 530 kilómetros por hora (14 000 mph) ^{[ 78 ]} probablemente le impartió una energía de unos 11 gigajulios , el equivalente a unas tres toneladas de TNT ^{[ 79 ]} , y se esperaba que redujera la velocidad orbital de Dimorphos entre   1,75  cm/s y2,54  cm/s , dependiendo de numerosos factores como la porosidad del material . ^{[ 80 ]} La reducción en la velocidad orbital de Dimorphos lo acerca a Didymos, lo que resulta en que la luna experimente una mayor aceleración gravitacional y, por lo tanto, un período orbital más corto. ^{[ 13 ] [ 62 ] [ 81 ]} La reducción del período orbital por el impacto frontal sirve para facilitar las observaciones terrestres de Dimorphos. Un impacto en el lado posterior del asteroide, en cambio, aumentaría su período orbital hacia 12 horas y lo haría coincidir con el ciclo día-noche de la Tierra, lo que limitaría a cualquier telescopio terrestre individual para observar todas las fases orbitales de Dimorphos cada noche. ^{[ 49 ]}

El factor de mejora del momento medido (llamado beta) del impacto de DART en Dimorphos fue de 3,6, lo que significa que el impacto transfirió aproximadamente 3,6 veces más momento que si el asteroide simplemente hubiera absorbido la nave espacial y no hubiera producido ningún material eyectado, lo que indica que el material eyectado contribuyó más al movimiento del asteroide que la propia nave espacial. Esto significa que se podría usar un impactador más pequeño o tiempos de anticipación más cortos para producir una cierta desviación en un asteroide de lo que se esperaba anteriormente. El valor de beta depende de varios factores, composición, densidad, porosidad, etc. El objetivo es usar estos resultados y modelos para inferir qué beta podría ser para otro asteroide observando su superficie y posiblemente midiendo su densidad aparente. Los científicos estiman que el impacto de DART desplazó más de 1.000.000 de kilogramos (2.200.000 lb) de material eyectado polvoriento al espacio, suficiente para llenar seis o siete vagones de tren . La cola de eyección de Dimorphos creada por el impacto de DART tiene al menos 30 000 kilómetros (0,078 LD; 19 000 millas) de largo con una masa de al menos 1000 toneladas (980 toneladas largas; 1100 toneladas cortas) , y posiblemente hasta 10 veces esa cantidad. ^{[ 82 ] [ 83 ]}   

El impacto de DART en el centro de Dimorphos redujo el período orbital, previamente de 11 horas y 52 minutos, en 33 ± 1 minutos. Este gran cambio indica que el retroceso del material excavado del asteroide y eyectado al espacio por el impacto (conocido como eyecta) contribuyó significativamente al cambio de momento del asteroide, más allá del de la propia nave espacial DART. Los investigadores encontraron que el impacto causó una desaceleración instantánea en la velocidad de Dimorphos a lo largo de su órbita de aproximadamente 2,7 milímetros por segundo, lo que indica nuevamente que el retroceso de la eyecta jugó un papel importante en la amplificación del cambio de momento impartido directamente al asteroide por la nave espacial. Ese cambio de momento se amplificó por un factor de 2,2 a 4,9 (dependiendo de la masa de Dimorphos), lo que indica que el cambio de momento transferido debido a la producción de eyecta superó significativamente el cambio de momento de la nave espacial DART por sí sola. ^{[ 84 ]} Si bien el cambio orbital fue pequeño, el cambio es en la velocidad y, a lo largo de los años, se acumulará en un gran cambio de posición. ^{[ 85 ]} Para un cuerpo hipotético que amenazara a la Tierra, incluso un cambio tan pequeño podría ser suficiente para mitigar o prevenir un impacto, si se aplicara con la suficiente antelación. Dado que el diámetro de la Tierra es de alrededor de 13.000 kilómetros, un hipotético impacto de asteroide podría evitarse con un desplazamiento tan pequeño como la mitad de ese (6.500 kilómetros).Un cambio de velocidad de 2  cm/s se acumula hasta alcanzar esa distancia en aproximadamente 10 años.

Al impactar contra el asteroide, DART convirtió a Dimorphos en un asteroide activo . Los científicos habían propuesto que algunos asteroides activos son el resultado de eventos de impacto, pero nadie había observado la activación de un asteroide. La misión DART activó a Dimorphos bajo condiciones de impacto conocidas con precisión y observadas cuidadosamente, lo que permitió el estudio detallado de la formación de un asteroide activo por primera vez. ^{[ 84 ] [ 86 ]} Las observaciones muestran que Dimorphos perdió aproximadamente 1 millón de kilogramos de masa como resultado de la colisión. ^{[ 22 ]}