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Pasado, presente y futuro de la exploración del Sistema Solar mediante sondas.

Es difícil el diseñar, construir lanzar con éxito y luego manejar una nave en otros mundos. Llevar a cabo la misión es particularmente difícil para las sondas planetarias, las cuales van a través de atmósferas significativas, recuperando datos de los entornos extremos asociados con tales destinos, a menudo sólo sobreviven durante un corto periodo de tiempo una vez que han tomado tierra. Las misiones de sondas planetarias van a lugares como Venus donde la temperatura superficial es de uno 500º Celsius, las presiones son 90 veces las de la Tierra, y la atmósfera mayoritariamente de dióxido de carbono tiene un componente significativo de ácido sulfúrico. Otras intentan alcanzar las gigantes bolas de gas como Saturno (sólo la luna de Saturno, Titán, ha sido objetivo de una sonda) o Júpiter. La capa exterior gaseosa de Júpiter fue alcanzada con éxito por la sonda Galileo hasta el punto donde las presiones era de 22 veces las de la Tierra. Tales entradas, al contrario que entrar en la atmósfera y aterrizar, son más similares a arremeter contra el planeta mismo, esquivando los rayos por el camino.

Concepto artístico del descenso de la sonda Galileo en el planeta Júpiter. Crédito NASA

La NASA perdió algunas de sus primeras misiones de investigación como la Mariner 1, su primera misión a Venus, y la comunidad internacional tiene un récord incluso más inconsistente que el de los Estados Unidos. Estas misiones requieren de varios años de desarrollo y caras tecnologías avanzadas especializadas como cámaras de presión y sistemas de protección térmica, por no mencionar la instrumentación especializada. Han tenido lugar algunos éxitos notables tales como las Pioneer la misiones multisonda a Venus, la sonda Galileo y la reciente sonda europea Huygens a Titán, que era parte de la Misión Cassini a Saturno. Estas misiones, si bien, fueron hace tiempo, tremendamente caras, o ambas. El reto para la siguiente generación de misiones es aventajarse de los nuevos desarrollo tecnológicos, pero nadie quiere poner tecnologías sin probar en misiones que se juegan cerda de mil millones de dólares. Aún así, tenemos que tener en cuenta algunas tareas. ¿Cómo llegar a allí desde aquí?

Considera el sistema de protección térmica o TPS. Una nave viajando a 70 000 u 80 000 kph, que es lo que se requiere para alcanzar los planetas exteriores como Júpiter y Saturno, llegan a sus objetivos con una tremenda cantidad de energía de la que deben despojarse si quieren intentar entrar en la atmósfera del objetivo. En otras palabras, tienen que frenar. En el relativo vacío del espacio, las altas velocidades no causan problemas, pero una vez que una nave se encuentra con una atmósfera con grandes cantidades de moléculas gaseosas, las cosas empiezan a calentarse rápidamente. Cuando más rápido va la sonda, más caliente de vuelve. La sonda Galileo, la entrada atmosférica más difícil jamás intentada, experimentó temperaturas el doble de altas de la superficie del Sol y una fuerza de frenado de 230 g (230 veces la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra) cuando se aproximó a la atmósfera de Júpiter. Tales condiciones extremas se superaron mediante el uso de un \"escudo térmico\" que se diseñó y probó cuidadosamente, y se protegió con materiales ultra-especializados tales como los compuestos de carbono fenólico. El material tiene que ser lo bastante grueso para que una fracción significativa del mismo pueda arder en el proceso de frenada y aún mantenerse la suficiente cantidad para proteger la delicada nave. Es un poco como envolver una nave en briquetas de carbón – la parte externa arde pero deja una capa aislante que continua absorbiendo el calor. Por supuesto, cuanto mayor peso tenga que llevar una sonda en TPS, menos peso podrá llevar en instrumentos científicos.

Durante los años que siguieron al lanzamiento de la Misión Galileo en 1989, se habían desarrollado algunos nuevos materiales que ofrecían una mejor protección térmica así como un peso más ligero. Obtener cualquier nueva tecnología \"cualificada para volar\" es un reto, no obstante. Un material, inventado en el Centro de Investigación AMES de la NASA en Silicon Valley, se llamó PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator - Escudo térmico de Carbono Fenólico Impregnado). Este ingenioso material es extremadamente ligero, relativamente fácil de fabricar e incluso más fácil de encajar de forma personalizada en las formas específicas requeridas por los escudos térmicos, lo que representa un gran avance en la tecnología de las sondas espaciales. La Misión Stardust usó PICA para su escudo térmico, el primer vuelo de este material. Se lanzó el 7 de febrero de 1999, durante la época de la NASA de las misiones “Faster, Better, Cheaper – más rápidas, mejores, más baratas” (FBC). El acercamiento FBC dio como resultados algunos fallos espectaculares debido a recortes de costes extremos (Mars Polar Lander y Mars Climate Orbiter) y desde entonces la NASA se ha alejado de esta filosofía. Aún así, FBC tenía al menos un resultado positivo interesante. La filosofía incluyó un compromiso para permitir algunos riesgos medidos, basados en la noción de que si una misión es más pequeña y más barata, se pueden asumir ciertos riesgos dado que la pérdida será menos catastrófica y podría ganarse algo intentando cosas nuevas. La Misión Stardust volvió con muestras a la Tierra en 15 de enero de 2006, un rotundo éxito que probó que PICA funcionaba perfectamente.

Concepto artístico de una misión de tipo globocaída a Venus. Crédito NASA

Es caro y difícil enviar sondas a planetas y sus satélites. Son tan variados en sus requisitos técnicos que la comunidad de sondas internacional se reúne una vez al año para compartir ideas sobre las nuevas tecnologías y comparar apuntes sobre qué objetivos son los más prometedores para hacer grandes descubrimientos científicos. La reunión más reciente fue el 5º Taller Internacional de Sondas Interplanetarias, en Burdeos, Francia a finales de junio de 2007. Las tecnologías debatidas fueron desde vehículos del tipo dirigible (en realidad, \"globocaídas\", una mezcla de globo y paracaídas) que podría flotar sobre superficies hostiles, a sistemas TPS mejorados y avances en instrumentos superligeros usando microfluidos y nanotecnología. El tema con estas nuevas tecnologías, como siempre, es la calificación para vuelo. Con una misión de sonda costosa, no puedes echar a volar algo a menos que ya haya volado. Es similar a un préstamo bancario. El banco no te da el dinero a menos que puedas demostrar que no lo necesitas.

Los tentadores objetivos para futuras sondas van desde Venus y Mercurio, que podrían ayudarnos a comprender cómo ha evolucionado el Sistema Solar y por qué esos planetas son ahora sitios inhóspitos, a algunas de las lunas de Saturno y Júpiter, tales como Europa con sus océanos líquidos bajo una capa de hielo y su potencial para albergar a algún organismo vivo. Muchos creen que Europa tiene todos los requisitos básicos: agua líquida, una fuente de energía y nutrientes. La única forma de encontrarlo, no obstante, es yendo allí con la nave adecuada y el instrumental adecuado. Ninguno de los sacrificios y decisiones son fáciles. No hay mucho dinero para hacer todo lo que nos gustaría e incluso con dinero, esos lugares son destinos duros. De hecho es ingeniería aeroespacial.

Traducción original de Ciencia Kanija cedida a Astroseti.org

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Autor: Lisa Chu-Thielbar
Fecha Original: 19 de julio de 2007
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