Las lunas más grandes de Saturno. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Montaje: Emily Lakdawalla / Procesamiento por procesamiento: Ted Stryk, Gordan Ugarkovic, Emily Lakdawalla y Jason Perry
Si alguna vez jugaste Kerbal Space Program, sabes lo difícil que puede ser llevar una nave espacial a la órbita deseada. En la vida real, es aún más difícil. Por eso es impresionante ver una propuesta para estudiar todas las grandes lunas interiores de Saturno a la vez.
A un nivel amplio, las órbitas son bastante simples. Los planetas y las lunas son básicamente elipses. Una vez puesta en marcha, la nave espacial suele seguir una trayectoria elíptica o parabólica, por lo que basta con fijar la órbita de la nave espacial según el destino y el punto de partida. Puedes hacer los cálculos a mano si sabes las matemáticas. Varios de los primeros autores de ciencia ficción, como Robert Heinlein y Hal Clement, hicieron exactamente eso para asegurarse de que sus historias de viajes espaciales fueran precisas.
Pero cálculos tan simples solo determinan las rutas de vuelo y no tienen en cuenta los trucos de ahorro de energía, como las hondas de gravedad. El requerimiento de energía para que las naves espaciales lleguen a las partes exteriores del sistema solar es tan alto que incluso las primeras misiones a Júpiter y más allá dependían de la asistencia gravitacional, que es difícil de calcular.
Y como hemos visto con misiones como Juno y Cassini, es extremadamente útil poner una nave espacial en órbita alrededor de un planeta para que tengamos mucho tiempo para recopilar datos. Idealmente, para algo como una misión a Saturno, querrías llegar al planeta anillado en un tiempo razonable, luego ingresar a una serie de órbitas alrededor del planeta que hacen algunos sobrevuelos de lunas interesantes, pero esa es una gran solicitud de misión. .
Uno de los desafíos se refiere a la energía orbital. Para llegar a Saturno rápidamente, tendrías que alcanzar una velocidad tremenda. Para llegar a la órbita, debe quitar una cantidad significativa de esa velocidad. Esto es especialmente difícil si desea que su nave espacial orbite profundamente en el pozo de gravedad del planeta. Para la misión Cassini, el equipo llegó a un compromiso utilizando órbitas que ocasionalmente se acercaban a las lunas interiores de Saturno. Eso estuvo bien porque el objetivo principal de Cassini era la luna Titán, que está relativamente lejos de Saturno.
Transferencia orbital entre dos lunas de Saturno, Dione y Tethys. Fuente: Fantino, E. et al.
Para una misión de regreso a Saturno, a los astrónomos les gustaría tener una buena vista de Encelado. Sabemos que tiene mucha agua líquida y es un excelente candidato para la vida. Pero está en lo profundo del pozo de gravedad de Saturno, con un radio orbital de solo una quinta parte del de Titán. Por el momento, la misión propuesta más poderosa es Enceladus Orbilander, que orbitaría la Luna durante unos 18 meses. Pero eso impediría que la misión explorara en profundidad las otras lunas de Saturno.
Aquí es donde entra esta nueva propuesta. En lugar de centrarse únicamente en Encelado, ¿por qué no dedicar tiempo a las principales lunas de Saturno? Para lograr esto, el equipo propone un complejo conjunto de órbitas que se basa en un motor de propulsión eléctrico. También conocido como motor de iones, dicho motor podría proporcionar una pequeña cantidad de empuje durante largos períodos de tiempo. La idea es cambiar las órbitas gradualmente, no cambiarlas todas a la vez. Estas órbitas dinámicas son realmente difíciles de calcular, pero son extremadamente eficientes energéticamente y ajustables en el tiempo.
En su propuesta, el equipo muestra cómo la propulsión eléctrica podría impulsar una misión para visitar no solo Encelado y Titán, sino también Dione, Tethys y Mimas. Dependiendo de las prioridades, la misión podría ponerse en órbita alrededor de cada una de estas lunas, haciendo varias aproximaciones cercanas a cada mundo. Dependiendo de la duración de la misión, la propulsión eléctrica puede funcionar con energía solar o nuclear.
Esta propuesta inicial es solo una prueba de concepto, pero muestra que la próxima misión a Saturno no tiene que elegir entre Encelado y otra luna. Se puede hacer un gran recorrido por el sistema de Saturno si solo podemos tener ojos de acero en los caminos orbitales que elegimos.
Los resultados de la investigación se publican en el sitio web. arXiv servidor de preimpresión.