La NASA impacta un asteroide, ¿qué viene después?

El primer objetivo ha sido un éxito rotundo: DART dio de lleno en el esteroide, una hazaña similar a acertarle a un mosquito a 70 km de distancia y que, en gran medida, fue posible gracias a un novedoso sistema de navegación óptica autónoma, DRACO, que utiliza las fotos que hacen las propias cámaras de la nave para ir corrigiendo el rumbo sin intervención de los técnicos de tierra.

Pero el segundo objetivo está aún por ver. De hecho, aún no sabemos si Dimorphos se ha desviado, o no, de su trayectoria. Para eso hará falta tomar medidas muy precisas de la órbita del asteroide, algo que ya se está empezando a hacer con telescopios terrestres. Pero pasarán semanas hasta que los científicos obtengan sus primeras conclusiones. La NASA estima que el impacto de DART debería retrasar unos 10 minutos la órbita de Dimorphos alrededor de Didymos, que actualmente es de 11 horas y 55 minutos, pero se conformaría con mucho menos, e incluso un pequeño retraso orbital de 76 segundos sería considerado como un éxito.

Sin embargo, y aún suponiendo que los dos objetivos principales se hayan cumplido, todavía faltaría por hacer el trabajo más importante, convertir este experimento espacial en un auténtico método perfectamente reglado y comprendido, un sistema replicable que poder aplicar en el futuro, en caso de necesidad. Algo para lo que se necesita una gran cantidad de datos de los que aún no se dispone.

Ese será, precisamente, el trabajo de la misión Hera, actualmente en construcción por parte de la Agencia Espacial Europea y que será lanzada en octubre de 2024 con destino al mismo asteroide con el que Dart ha impactado. Hera, que llegará a su destino en 2026, podría considerarse como una 'segunda parte' de la misión DART, y se encuadra dentro de un mismo programa, AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), una colaboración firmada entre la NASA y la ESA en 2016.

«Los principales objetivos de Hera -puede leerse en un artículo recientemente publicado en The Planetary Science Journal- son la caracterización detallada de las propiedades físicas de Didymos y Dimorphos y del cráter creado por la misión DART, así como medir con gran detalle el resultado de la prueba de impacto cinético. Los datos de la nave espacial Hera y sus dos CubeSats también proporcionarán información importante sobre la ciencia de los asteroides y la historia evolutiva de nuestro sistema solar«. Hera, además, »protagonizará el primer encuentro con un asteroide binario y proporcionará nuevas mediciones, como el sondeo de radar del interior de un asteroide, lo que permitirá poner a prueba los actuales modelos en ciencia planetaria«.

La idea de desviar un asteroide por medio de un impacto cinético fue propuesta por la ESA en los primeros años de la década de 2000. De hecho, la agencia europea proyectó una misión, Don Quijote, que constaba de dos naves espaciales, una de ellas para usarse como 'proyectil' contra un asteroide mientras la otra observaba el impacto y medía sus resultados. La primera fase de aquella misión se completó en 2007, pero debido a la falta de un presupuesto o programa asociado en la ESA, el proyecto se abandonó.

Unos años después, sin embargo, el tema fue 'resucitado' en distintas reuniones entre científicos norteamericanos y europeos, lo que llevó a un acuerdo entre la NASA y la ESA para poner a punto dos misiones independientes, pero relacionadas, para llevar a cabo una prueba de desvío de un asteroide mediante la técnica del impacto cinético, tal y como se iba a hacer en la malograda misión Don Quijote.

Esas conversaciones se concretaron en la ya citada colaboración AIDA, que combinaría los datos obtenidos por las dos misiones. Primero, la Prueba de Redirección de Doble Asteroide (DART) de la NASA, impactaría contra Dimorphos, el más pequeño del sistema binario Didymos. Y después, la misión Hera, de la ESA, viajaría al mismo objetivo para caracterizarlo con el máximo detalle.

La idea original de la ESA era que Hera llegara a Didymos antes del impacto de DART, pero el proyecto no recibió los fondos suficientes en el Consejo ministerial de la ESA de 2016, por lo que tuvo que ser aplazado. Al final, Hera no fue aprobada hasta 2019, lo que obligaría a la nave europea a llegar a Dimorphos cuatro años después del impacto. De hecho, Hera no llegará a Dimorphos hasta 2026.

«Afortunadamente -dice el artículo-, no se espera que el resultado del impacto cambie en un período de tiempo tan corto, de modo que se podrán lograr los principales objetivos de la misión».

Cuando llegue a su destino, Hera tendrá cuatro objetivos bien diferenciados. El primero será medir con precisión la masa de Dimorphos para poder así determinar la eficacia del impacto de DART. El segundo será investigar con detalle el cráter producido por la misión de la NASA, lo que mejorará nuestra comprensión del proceso de formación de cráteres y los mecanismos que les confieren sus características. El tercer objetivo será observar sutiles cambios dinámicos en el asteroide, difíciles de apreciar para los telescopios con base en tierra. Y el cuarto será caracterizar tanto la superficie como el interior de Dimorphos, que ejercen una gran influencia en la respuesta del asteroide al impacto, para poder aplicar los datos a futuras misiones en otros asteroides.

Además, y aunque Hera ha sido diseñada como una misión de defensa planetaria, también contribuirá de forma notable a nuestro conocimiento general de los asteroides. De hecho, llevará a cabo la primera caracterización completa de un asteroide binario cercano a la Tierra, incluídas sus propiedades internas, y estudiará los materiales de la superficie para determinar su influencia en la formación de satélites de asteroides. Hasta ahora, en efecto, solo 350 del más de un millón de cuerpos conocidos han sido identificados como sistemas binarios o múltiples.

Hera será lanzada entre el 8 y el 25 de octubre de 2024 a lomos de un Ariane 6.4. En marzo de 2025 pasará por marte, y es posible que se decida desviarla ligeramente para estudiar la luna marciana Deimos. Después, al llegar a su destino final, llevará a cabo hasta cinco maniobras diferentes para poder ser 'capturada' por la débil gravedad del sistema binario Didymos.

Durante sus seis primeras semanas de trabajo, se dedicará a caracterizar Dimorphos trazando una serie de arcos hiperbólicos que la llevarán semanalmente a distancias de 20-30 km de los asteroides. Para ello, liberará dos pequeños CubeSats, que la ayudarán en esta fase de la misión. Durante sus aproximaciones, Hera aprovechará para probar una serie de nuevas técnicas de navegación que le permitirán hacer sobrevuelos más bajos, incluso a menos de un km del asteroide. En esta fase experimental, se probará el nuevo sistema de orientación autónoma de actitud y trayectoria. Durante esta fase, la exploración de Dimorphos alcanzará una resolución de decímetros, lo que permitirá observar el asteroide con todo detalle. La misión terminará con el aterrizaje de Hera en el mayor de los dos asteroides Didymos, del que enviará datos en alta resolución.

Con una masa total de 1.280 kg, Hera es una nave pequeña o mediana. Está equipada con dos Cámaras de Encuadre de Asteroides (AFC), un generador de imágenes de espectro (Hyperscout-H), un microLIDAR, para medir por láser las distancias (PALT), un generados de imágenes térmicas (TIRI) y varios instrumentos para llevar a cabo sus instrumentos, además de dos antenas de comunicaciones.

Precisamente, GMV, una empresa española, ha desarrollado la pieza clave de la misión: el innovador sistema completo de guiado, navegación y control (GNC) que permitirá a la nave orientarse de forma autónoma respecto a los asteroides durante ciertas fases de la misión. Para ello, empleará imágenes de una cámara (AFC) que detectará el asteroide como un punto en la imagen cuando aún esté lejos y podrá seguir imágenes de formas (cráteres, rocas, sombras) en la superficie de la roca cuando se acerque.

«GNC es un sistema pionero. Podrá funcionar sin comandos ni contacto desde el centro de control de la misión en la Tierra», afirma a este periódico Mariella Graziano, directora ejecutiva de estrategia y desarrollo comercial de Sistemas de vuelo y Robótica de Espacio en GMV. Con un objetivo experimental, intentará demostrar la capacidad de llevar a cabo misiones de manera fundamentalmente autónoma, lo que servirá para limitar costes de operación y mejorar tiempos de respuesta, algo que puede ser crítico para misiones futuras (por ejemplo, para evitar choques con un asteroide o para ahorrar combustible y alargar la vida de la sonda y de toda la misión).

«Este sistema es fundamental para la defensa planetaria, pero también podría utilizarse para la retirada de basura espacial o la prestación de servicios en órbitas terrestres a satélites garantizando un espacio más sostenible y seguro», señala Graziano.

Como explica la responsable de GMV, «Hera es una misión extraordinariamente compleja. Se ha llevado al límite de lo posible en casi todas las tecnologías y equipos existentes». Esto hace que los «efectos cruzados» entre los cientos de aspectos diferentes a considerar en toda la sonda sean de una enorme relevancia. «Como ejemplo, nos hemos encontrado que cambiar un poco la magnitud de una maniobra orbital para ahorrar algunos gramos de combustible (relevantes para el lanzamiento) puede afectar a los paneles solares (muy grandes por la menor intensidad solar presente durante el viaje interplanetario), lo que a su vez puede desviar a la sonda de la dirección a la que debería apuntar, tener imágenes de peor calidad y, además, que el sistema de guiado no funcione correctamente», explica. Una carambola que uno no quisiera encontrarse en el espacio.

Para evitar o al menos minimizar estos problemas, la compañía española ha tardado un año en hacer un primer diseño completo del GNC y dos años en refinarlo. El sistema se entregará a principios de 2023 para integrarlo en Hera.

El trabajo ha sido «extraordinariamente complejo y se ha hecho en poco tiempo, comparado con otras misiones de la ESA. Podríamos hacer el símil de estar corriendo una maratón, pero a ritmo de sprint de 100 metros y sostenido durante dos años y medio, lo cual está siendo un reto humano de magnitud inconmensurable. Afortunadamente, ya estamos cerca del final de la maratón», dice Graziano.