junio 19, 2019

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La sonda Parker Solar Probe, su récord de velocidad y la técnica para alcanzar el espacio interestelar

El pasado 5 de noviembre de 2018 a las 03:28 UTC la sonda Parker Solar Probe (PSP) de la NASA realizó su primer paso por el perihelio, esto es, el punto más cercano al Sol de su órbita. Muchas sondas en órbita solar pasan por el perihelio y no es noticia, pero en el caso de la PSP sí que lo es por dos motivos. Primero, porque se ha convertido en el artefacto humano que más se ha acercado al Sol. Efectivamente, la PSP ha pasado a tan solo 24,8 millones de kilómetros de la fotosfera, la «superficie» visible de nuestra estrella. Al mismo tiempo, y respetando las leyes de Kepler, PSP batió el récord de velocidad de una nave espacial alrededor del Sol, alcanzando 95,33 km/s, o sea, 343 190 km/h. ¿No te impresiona? Pues piensa que es nada más y nada menos que el 0,032% de la velocidad de la luz. Como lo oyes.

Previamente, el 29 de octubre, la PSP superó el récord de distancia al Sol que había establecido la sonda alemana Helios 2 (Helios B) el 16 de abril de 1976, así como el de velocidad (68,6 km/s), alcanzados el 16 de abril de 1976. Claro que, cuando hablamos de velocidades de vehículos espaciales, hay que ser muy cuidadosos con el sistema de referencia. La Parker Solar Probe es por ahora la nave más rápida en órbita alrededor del Sol si medimos su velocidad con respecto al centro del Sol, es decir, en un sistema de coordenadas heliocéntric; y también ha superado el récord de velocidad de la sonda Juno alrededor de Júpiter, de casi 59 km/s (que sigue siendo la velocidad planetocéntrica más elevada de una sonda) y el de la sonda soviética VeGa 1 cuando sobrevoló el cometa Halley a 79,2 km/s (y que continúa siendo la velocidad de sobrevuelo más alta alcanzada por una sonda). Sin embargo, si medimos la velocidad con respecto a la Tierra, en un sistema de referencia geocéntrico, la PSP todavía no ha batido el récord de 98,9 km/s (356 040 km/h) establecido por la Helios 2 en 1989. El récord de la sonda alemana está siendo un hueso más duro de roer de lo previsto.

La sonda Parker Solar Probe fue lanzada el 12 de agosto de 2018 a las 07:31 UTC mediante un cohete Delta IV Heavy desde Cabo Cañaveral para estudiar la corona solar in situ. Pero, a pesar de usar el segundo cohete más potente en servicio de Estados Unidos y emplear una etapa superior de combustible sólido Star-48V, la PSP no fue situada en su órbita científica final. Para ello la PSP deberá realizar siete sobrevuelos de Venus con el fin de reducir aún más su perihelio. El primero de estos perihelios cercanos, a unos 6,2 millones de kilómetros del Sol, no tendrá lugar hasta diciembre de 2024. De aquí a entonces la Parker Solar Probe superará su propio récord de velocidad y cercanía al Sol en varias ocasiones. En total, la misión primaria de la PSP debe durar 6 años y 11 meses, lo que permitirá a la sonda llevar a cabo 24 vueltas alrededor del Sol. La órbita científica final será muy elíptica, con un perihelio muy próximo al Sol —6,2 millones de kilómetros, como ya hemos señalado— y un afelio de unos 110 millones de kilómetros —cerca de la órbita de Venus—, lo que permitirá que la sonda no pase mucho tiempo dentro de la tórrida corona solar.

Como vemos, acercarse al Sol es difícil. No se trata de «dejarse caer», porque hay que tener en cuenta que cualquier sonda que lancemos desde la Tierra ya tiene una energía importante simplemente por el hecho de girar alrededor del Sol junto con nuestro planeta. En realidad, la velocidad alcanzada por la PSP al salir de la Tierra fue solo ligeramente inferior a la que obtuvo la sonda New Horizons rumbo a Plutón. En su lanzamiento, la New Horizons se convirtió en el objeto humano más veloz en abandonar la Tierra (45 km/s con respecto al Sol, 16 km/s respecto a la Tierra), aunque es mejor reflejar este dato en función de la energía característica o C3. Para la New Horizons la C3 fue de 157,8 km2/s2, mientras que la C3 de la PSP alcanzó los 153,8 km2/s2. O, dicho de forma más sencilla, energéticamente es igual enviar una sonda a las cercanías del Sol que a Plutón. Y eso que originalmente la PSP debía ser una misión mucho más ambiciosa que se iba a aproximar hasta 2,1 millones de kilómetros del Sol (3 radios solares). En ese caso no hubiera bastado con realizar varios sobrevuelos de Venus para alcanzar esta órbita, así que la sonda tendría que haber viajado primero hacia Júpiter con el fin de utilizar la gravedad del gigante joviano para reducir su perihelio.

Curiosamente, acercarse mucho al Sol no solo es necesario para estudiar nuestra estrella de cerca, sino que también es uno de los mejores métodos para alejarse de ella y alcanzar el medio interestelar. El Sol constituye la mayor masa del sistema solar y, por lo tanto, es la mejor opción para realizar una maniobra de asistencia gravitatoria de cara a una misión interestelar. Si además esta maniobra va acompañada de un impulso procedente de un sistema de propulsión durante el paso por el perihelio, la magia del efecto Oberth permitirá obtener velocidades de exceso hiperbólicas lo suficientemente altas como para enviar una sonda al medio interestelar (si deseamos viajar a otra estrella es necesario emplear algún sistema de propulsión adicional). Por ejemplo, una sonda que adquiera una Delta-V de 14,6 km/s a una distancia de 4 radios solares logrará una velocidad de 20 UA al año (es decir, tres mil millones de kilómetros por año), suficiente para alcanzar una distancia de 500 UA en 25 años.

Naturalmente, habría que proteger la sonda de las enormes temperaturas. La PSP lleva un escudo térmico que la protege de los 438 ºC alcanzados en este último perihelio, pero una sonda interestelar debería acercarse más al Sol y, por tanto, su temperatura sería mucho mayor. Para ello lo ideal sería incorporar uno o dos escudos desechables —en el medio interestelar no son necesarios— durante el paso por el perihelio. Por eso la experiencia de la Parker Solar Probe es importante de cara al futuro, cuando queramos lanzar una misión al medio interestelar… o hacia algún objeto que se aleje del Sol como ‘Oumuamua.

 

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