Guardianes del planeta: la tecnología que nos protege de amenazas espaciales

La defensa planetaria es un campo de estudio real que busca prevenir y evitar el impacto de asteroides sobre la Tierra.

La amenaza silenciosa: qué es la defensa planetaria

En septiembre de 2022 se logró un hito en la defensa planetaria: por primera vez, una misión espacial consiguió alterar la trayectoria de un asteroide. La NASA, a través de la misión DART, impactó de forma deliberada una sonda contra Dimorphos, una pequeña luna del asteroide Didymos, que conforman juntos un sistema binario. El objetivo era comprobar si era técnicamente posible desviar un asteroide potencialmente peligroso para la Tierra. El experimento resultó exitoso, marcando un antes y un después en las capacidades de protección planetaria.

¿Cómo logró la NASA este hito? En términos sencillos, enviando una nave espacial para colisionar intencionadamente contra Dimorphos en el espacio profundo, con el objetivo de modificar su órbita. Sin embargo, la misión DART forma parte de una estrategia más amplia: el programa AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment), una colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA). La segunda fase de esta iniciativa, la misión Hera, fue lanzada en 2024 y se dirige actualmente al sistema de asteroides para estudiar con detalle las consecuencias del impacto y evaluar la eficacia del método empleado.

Durante las primeras etapas de formación del sistema solar eran frecuentes las colisiones entre asteroides y otros cuerpos celestes. Aunque hoy en día este tipo de impactos son menos habituales, todavía se producen ocasionalmente y asteroides de gran tamaño pueden llegar a colisionar con la Tierra, la Luna o incluso con otros planetas. La defensa planetaria tiene como objetivo prepararnos frente a ese tipo de amenazas. Así resume este concepto el ingeniero aeroespacial Pablo Colmenarejo.

Pablo Colmenarejo trabaja en la empresa GMV y es jefe de proyecto del sistema de guiado, navegación y control (GNC) de la misión Hera, de la Agencia Espacial Europea (ESA). Actualmente, el satélite Hera está en ruta hacia el sistema binario Didymos para estudiar de cerca los efectos del impacto que la NASA provocó en Dimorphos hace dos años.

Observar, calcular, interceptar

La defensa planetaria se basa en tres pilares fundamentales: la observación, para detectar y hacer seguimiento de estos cuerpos cercanos a la Tierra (denominados NEOs -Near Earth Objects- y PHOs -Potentially Hazardous Objects-), el análisis de riesgos, mediante escalas como la de Palermo, y, cuando es necesario, la intercepción de asteroides, con el fin de reducir el riesgo que estos cuerpos puedan representar para la Tierra.

“El primer paso es localizarlos y determinar su posición en el espacio. Originalmente, la mayoría se encontraba en el cinturón de asteroides, pero las colisiones entre ellos que se han producido a lo largo del tiempo han hecho que algunos se desvíen de su órbita original. Son esos los que pueden representar una amenaza”, explica Pablo Colmenarejo.

¿Por qué son más peligrosos estos asteroides? Porque han alterado su trayectoria original y algunos cruzan o se aproximan a la órbita terrestre alrededor del Sol. Es decir, en determinados momentos pueden acercarse demasiado a nuestro planeta. “Hay que detectarlos y, para ello, se utilizan telescopios distribuidos por todo el mundo. Es un esfuerzo global en el que participan tanto grandes observatorios como redes de observación más pequeñas, incluidas algunas gestionadas por astrónomos aficionados”, señala el experto.

Una vez detectados es fundamental determinar si estos asteroides suponen una amenaza real para la Tierra. Para ello, se monitoriza su posición a lo largo del tiempo y se analiza su trayectoria mediante modelos orbitales avanzados. “Todos estos datos se integran con modelos de órbita existentes, lo que permite predecir su evolución y evaluar si, en un plazo de 50 o 100 años, podrían representar un peligro real para el planeta”, puntualiza Colmenarejo.

Posteriormente, los objetos identificados se catalogan y se clasifican según su nivel de riesgo utilizando herramientas como la Escala de Palermo, que estima la probabilidad y el posible impacto de una colisión con la Tierra.

Cuando se detecta una amenaza potencial entra en juego el tercer pilar de la defensa planetaria: la intercepción, es decir, actuar para evitar que el objeto impacte con nuestro planeta. Esto es precisamente lo que puso a prueba la misión DART al modificar la trayectoria de Dimorphos mediante un impacto controlado. “El objetivo final de este tipo de misiones es evitar por completo el impacto desarrollando las tecnologías necesarias para desviar el asteroide y proteger a la Tierra”, resume Colmenarejo.

Actualmente se están considerando varios métodos de intercepción. El más maduro, ya demostrado con éxito, consiste en enviar una sonda para colisionar directamente con el asteroide y desviarlo cuando aún está lejos de la Tierra, como hizo la NASA con DART. Otro método potencial, más indicado en caso de que la distancia/tiempo de colisión entre el asteroide y nuestro planeta sea más reducida, y no exento de enormes desafíos técnicos y éticos, incluiría el uso de explosivos (probablemente nucleares) para alterar la trayectoria del objeto o fragmentarlo de tal manera que los eventuales restos que pudiesen llegar a chocar con nuestro planeta fuesen mucho más pequeños. Un enfoque que, aunque recuerda a escenarios de ficción como el de la película Armageddon, podrían considerarse como última opción en caso de emergencia extrema.

Ojos en el cielo

Aunque la misión DART supuso un avance significativo en defensa planetaria, aún queda un largo camino por recorrer antes de contar con una herramienta plenamente eficaz frente a cualquier asteroide potencialmente peligroso. Un dato revelador lo demuestra: mientras que la NASA preveía que el impacto de la sonda DART alteraría la órbita de Dimorphos (alrededor de Didymos) entre 2 y 10 minutos, el cambio real fue mucho mayor: 32 minutos.

Este resultado puso de manifiesto ciertas imprecisiones en los modelos científicos utilizados para predecir trayectorias. “El 80 % de la energía que desvió a Dimorphos no provino del impacto directo, sino del material expulsado del cráter generado. Fue como un globo que pierde aire y sale disparado”, explica Pablo Colmenarejo.

A partir de esta experiencia, resulta evidente la necesidad de perfeccionar los modelos orbitales y de simulación para lograr predicciones más precisas, especialmente si en el futuro fuera necesario desviar un objeto con peligro real. “Esto es crucial, ya que, si llegamos a enfrentarnos a una amenaza concreta, debemos saber con exactitud cuánta fuerza aplicar y en qué punto del asteroide impactar. No es lo mismo golpear en el centro de masas del objeto que en un extremo”, puntualiza.

Para afinar estos modelos, es imprescindible contar con datos que no pueden obtenerse desde la Tierra, como la composición interna del asteroide, su estructura, su densidad o incluso su campo gravitatorio. Además, no todos los asteroides presentan las mismas características: algunos son más compactos, otros más porosos, y su respuesta a un impacto puede variar considerablemente.

“Con esta misión hemos podido confirmar que la técnica del impacto cinético funciona: es posible desviar un asteroide. Pero la información que tenemos aún es incompleta. Necesitamos acercarnos, tomar imágenes de alta resolución, usar radares, cámaras infrarrojas... instrumentos que nos permitan recopilar muchos más datos”, subraya el experto.

Para cubrir esa necesidad, en 2024 se lanzó Hera, la misión europea que se dirige al sistema binario Didymos. Además de sus propios instrumentos, lleva a bordo dos pequeños satélites (CubeSats), diseñados para realizar observaciones adicionales y detalladas. Uno de ellos, Juventas, tiene previsto aterrizar en la superficie de Dimorphos, lo que permitirá mejorar el conocimiento del campo gravitatorio de un asteroide y obtener datos fundamentales para futuras estrategias de defensa planetaria.

Videojuegos a distancia sideral

A simple vista podría parecer que enviar una nave no tripulada al espacio profundo, desplegar allí dos satélites adicionales y dirigirlos desde la Tierra sin incidentes es tan sencillo como jugar a un videojuego. Sin embargo, la realidad es mucho más compleja.

“Imaginemos que estamos jugando a un videojuego de Fórmula 1 con un mando en la mano. En un momento dado vemos una curva a la derecha y pulsamos para girar. Pero lo que estamos viendo ocurrió hace media hora y la orden que damos también tardará otra media hora en llegar. Cuando la instrucción alcanza el juego, el coche ya se ha estrellado. Como es evidente, esta técnica no funciona”, explica Andrea Pellacani, director técnico del sistema de guiado, navegación y control (GNC) de la misión Hera y jefe de proyecto en GMV del mismo sistema en la misión RAMSES de la ESA.

Pellacani ilustra así uno de los grandes desafíos de operar en el espacio profundo: el tiempo de retardo en las comunicaciones entre la Tierra y una nave situada a millones de kilómetros. En un entorno inexplorado como el sistema binario Didymos, al que se dirige Hera, este retardo hace inviable un control continuo desde la Tierra. Por ello, la nave debe contar con capacidad de navegación autónoma, algo que proporciona el sistema GNC desarrollado por GMV tanto para Hera como para RAMSES.

Esta última misión, RAMSES (Rapid Apophis Mission for Space Safety), tiene previsto su lanzamiento en 2028. Su objetivo será observar al asteroide Apophis, que se aproximará notablemente a la Tierra en 2029. Aunque ya se ha descartado cualquier posibilidad de que el asteroide colisione con nuestro planeta, se espera que pase a menos de 32.000 Km de su superficie, lo que proporcionará una oportunidad única para estudiar cómo estos objetos interactúan con el campo gravitacional terrestre. A esa distancia tan reducida, Apophis será visible a simple vista.

Pruebas en la Luna y en Marte

Volviendo al sistema de guiado, navegación y control (GNC) desarrollado por GMV, podría decirse que actúa como el cerebro de los satélites para observar de cerca el sistema de asteroides. Este sistema es capaz ejecutar planes definidos desde la Tierra cuando está más lejos de los asteroides y luego calcular maniobras a bordo de forma totalmente autónoma aumentando la fiabilidad y la capacidad de reacción de la nave. Este sistema autónomo es responsable de posicionarse respecto del entorno (los dos asteroides), tomar decisiones sobre la aproximación a los objetos y definir cómo realizar esas maniobras. Su capacidad de autonomía supone una ventaja operativa clave, ya que permite ahorrar tiempo y combustible, dos recursos críticos en misiones espaciales.

“En función de lo que captan las cámaras de la nave espacial, el sistema decide si conviene desplazarse a una zona u otra. También puede orientar la nave hacia puntos concretos para observar un cráter u otra característica relevante de la superficie”, explica Pablo Colmenarejo. “Esto nos permite actuar con mayor agilidad y realizar muchas más operaciones que en misiones anteriores. Por eso la autonomía es tan importante”, añade.

La parte más autónoma del GNC desarrollado por GMV para la misión Hera se basa en un innovador sistema de navegación visual, que permite interpretar imágenes (reconociendo cráteres o “features” como rocas en la superficie del asteroide) en tiempo real para guiar la nave con precisión. Antes del lanzamiento, se realizaron numerosas simulaciones en tierra para validar su comportamiento. Una vez en el espacio, el sistema se ha puesto a prueba en condiciones reales, utilizando como referencia cuerpos como la Luna y Marte durante el trayecto hacia Didymos.

Estas pruebas, junto con los ensayos previos, han ofrecido resultados muy positivos, lo que refuerza la confianza en el correcto funcionamiento del sistema cuando la misión llegue a su destino, dentro de poco más de un año.

RAMSES: navegación precisa para una misión crítica

Una adaptación del sistema GNC desarrollado para Hera se aplicará también en RAMSES. En este caso, el satélite no solo deberá acercarse al asteroide sin colisionar, sino también mantenerse en una posición estable para poder realizar observaciones detalladas.

“Esa técnica se conoce como hovering y es similar a lo que hace un dron cuando permanece suspendido en el aire. Permite al satélite mantenerse en una posición más o menos fija respecto a la superficie o al centro del asteroide. Así puede observarlo directamente o seguir una zona concreta que se quiera estudiar en detalle”, explica Andrea Pellacani.

Realizar maniobras de este tipo en el espacio es considerablemente más complejo que en la Tierra. Mientras aquí mantenernos estáticos es algo natural, en el espacio requiere un control constante. “Es necesario medir de forma continua la posición respecto al asteroide y accionar los propulsores para mantenerse en el punto deseado”, detalla Pablo Colmenarejo. En este contexto, la autonomía y precisión del sistema GNC, basado en el procesamiento de imágenes, será clave para el éxito de la misión.

La defensa planetaria ya no es solo un concepto de ciencia ficción, sino una realidad tecnológica en desarrollo, impulsada por la colaboración internacional (imprescindible para misiones de esta complejidad y para garantizar la sostenibilidad espacial) y el conocimiento experto. La experiencia de Hera también ha sido un ejemplo de sostenibilidad financiera y temporal, haciendo latente que es posible diseñar y volar de forma efectiva, en tiempo y costes, sistemas complejos e innovadores como su GNC.

Misiones como DART, Hera y RAMSES no solo demuestran que es posible actuar frente a una amenaza procedente del espacio, sino que también reflejan el papel clave que desempeñan empresas como GMV en el diseño de sistemas avanzados de navegación y control. En un futuro en el que la prevención será tan importante como la reacción, contar con la capacidad de anticiparse y actuar con precisión puede marcar la diferencia. La tecnología ya está en marcha; ahora, el reto es seguir afinándola para proteger nuestro planeta.