La NASA ha pedido a los científicos que evalúen cómo diseñar y volar sondas espaciales robóticas a Urano y Neptuno, el último de los planetas clásicos del sistema solar que aún no han estado en órbita, lo que probablemente garantiza que los enormes mundos helados estén cerca de la parte superior de la lista de tareas pendientes de la agencia espacial en las próximas décadas.
Dirigido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro, el estudio analizará ideas para orbitadores que podrían enviarse a Urano y Neptuno a finales de la década de 2020 o principios de la década de 2030 y estudiará las estructuras, la composición y los extensos sistemas lunares del planeta gigante.
Un enfoque del estudio será el diseño de una plataforma espacial común que podría desarrollarse en dos copias y lanzarse a Urano y Neptuno por aproximadamente 2 2 mil millones cada uno, según Jim Green, jefe de la división de ciencias planetarias de la NASA.
Pero Green dijo que los científicos deberían mirar conceptos reducidos que podrían desarrollarse a menor costo.
» Queremos identificar conceptos potenciales a través de un espectro de puntos de precio», dijo Green el lunes en una reunión de un grupo de trabajo científico patrocinado por la NASA dedicado a la investigación de planetas exteriores. «Uno de nuestros (impedimentos) para hacer que las misiones sucedan es el enorme precio que se necesita para poder salir al sistema solar exterior.»
El estudio es el primer paso burocrático en un esfuerzo de varios años que implica evaluaciones técnicas y de costos independientes, revisión científica por pares y presupuesto federal antes de que una misión a uno de los planetas gigantes helados pase de la mesa de dibujo a la realidad, dijo Green.
Los resultados del estudio se presentarán a un panel de científicos sentado por el Consejo Nacional de Investigación a principios de la década de 2020. El comité de la NRC se reúne una vez por década para trazar las principales prioridades para los próximos 10 años de investigación científica planetaria, produciendo un informe que clasifica los conceptos de misión para su consideración por los tomadores de decisiones de la NASA.
La política de la agencia espacial es seguir las recomendaciones del estudio decenal.
Una misión a Urano o Neptuno probablemente será una misión multimillonaria de clase insignia en el molde del orbitador Cassini de la NASA que vuela alrededor de Saturno y una sonda recientemente aprobada para volar repetidamente por la helada luna de Júpiter, Europa.
El presupuesto de la NASA para ciencia planetaria solo puede apoyar el desarrollo de una misión tan costosa a la vez, por lo que solo el trabajo de bajo nivel en un proyecto insignia de seguimiento es asequible hasta después de que la misión Europa salga de la Tierra en 2022.
» Obviamente, no va a ser fácil poder, incluso después de tener a Europa en nuestro haber, ejecutar realmente la próxima gran misión, pero necesitamos avanzar para comprender nuestras prioridades científicas y ver esto de una manera que nos prepare para la próxima década, pero también utilizar las nuevas tecnologías y capacidades que han surgido (desde la última encuesta decenal)», dijo Green el lunes.
El último informe decenal publicado en 2011 estableció los objetivos científicos planetarios más importantes de la NASA como una misión de retorno de muestras de Marte y una sonda a Europa.
El próximo rover de Marte de la NASA, que se lanzará en 2020, recogerá y almacenará especímenes de roca para su recuperación y regreso a la Tierra en una futura misión, cumpliendo el primer paso en una odisea de múltiples misiones para traer muestras de la superficie del planeta rojo. Y la NASA aprobó formalmente la sonda Europa flyby a principios de este año para evaluar la habitabilidad de la luna helada.
Un orbitador Urano fue el tercero en la línea en el estudio decenal de 2011, pero el presupuesto de la NASA mantendrá la misión en tierra hasta al menos finales de la década de 2020. Eso significa que la aprobación final de la misión por parte de la NASA depende de que le vaya bien en la próxima evaluación decenal del Consejo Nacional de Investigación.
Es probable que se enfrente a un fuerte respaldo para una misión robótica dedicada a Titán, la luna de Saturno, que tiene mares y ríos de hidrocarburos líquidos como el metano, y otra misión insignia a Marte para recoger las muestras recogidas por el rover 2020.
Una misión de módulo de aterrizaje o rover a Venus también puede obtener apoyo en el próximo informe decenal. La superficie del sofocante mundo cubierto de nubes no ha sido explorada desde las misiones de aterrizaje de la era soviética en la década de 1980.
Se espera que la NASA solicite estudios conceptuales similares sobre otros contendientes líderes para futuras misiones insignia de cara al próximo estudio decenal, pero Urano y Neptuno son los primeros en el lote.
Los orbitadores para Urano y Neptuno casi con certeza dependerán de baterías nucleares alimentadas con plutonio, y el financiamiento del gobierno de los Estados Unidos para la producción adicional de plutonio de grado espacial garantiza que dichos proyectos tengan los recursos de energía que necesitan, dijo Green.
Los ingenieros empaquetan pellets de plutonio-238, el isótopo diseñado para electricidad en el espacio, en generadores de radioisótopos. La descomposición natural del plutonio-238 produce calor, que se transfiere a través de parejas termoeléctricas para generar electricidad.
«Sería después de 2023, a medida que nos adentramos en la próxima década, que consideraríamos el uso de energía radioisotópica para esas misiones, si sobreviven al proceso decadal, que estoy seguro que lo harán», dijo Green el lunes.
Se requiere energía nuclear para sondas en los confines del sistema solar, donde la luz solar es insuficiente para los paneles solares. La misión New Horizons de la NASA a Plutón, la misión Cassini en Saturno y el rover Curiosity en Marte dependen actualmente de fuentes de energía de plutonio.
Urano orbita alrededor de 1,8 mil millones de millas del sol, más de tres veces más lejos que Júpiter, y Neptuno está ubicado a 2,8 mil millones de millas de distancia.
Otros objetivos del estudio JPL incluyen evaluar cómo las sondas de investigación de Urano y Neptuno podrían beneficiarse de tecnologías de sensores avanzadas, como instrumentación compacta y cámaras de alta resolución. Green dijo que el estudio también examinará cómo el poderoso Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA, que se está considerando para el lanzamiento de la misión Europa en 2022, podría permitir misiones más grandes, más capaces y menos riesgosas a Urano y Neptuno que podrían hacer que el viaje en una fracción del tiempo sea factible si las sondas utilizan un cohete más pequeño.
» Existe un sentimiento subterráneo de que necesitamos regresar al sistema solar exterior, pero es muy difícil», dijo Heidi Hammel, una astrónoma planetaria que es vicepresidenta ejecutiva de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía. «Estamos trabajando en la tecnología para que no sea tan difícil y tan caro.»
La NASA también encargó al JPL identificar formas en que los socios internacionales podrían participar en las misiones y establecer un equipo de definición científica para Urano y Neptuno.
Algunos científicos ven a Urano y Neptuno como el siguiente paso lógico en la exploración estratégica del sistema solar, y los orbitadores a uno o ambos planetas enormes podrían llegar aproximadamente medio siglo después de sus primeros encuentros con la sonda Voyager 2 de la NASA.
» El decenal planetario pone una misión a Urano muy alta», dijo Green a los periodistas en julio en una sesión informativa durante el sobrevuelo de Plutón en Nuevos Horizontes. «A pesar de que son planetas gigantes — Urano y Neptuno — tienen muchas diferencias compositivas importantes con respecto a los grandes gigantes gaseosos — que son principalmente hidrógeno y helio — que son Saturno y Júpiter. Los llamamos gigantes de hielo de Urano y Neptuno porque tienen mucho amoníaco y otros materiales.»
Los científicos creen que Urano y Neptuno están compuestos principalmente de roca y hielo, con una atmósfera densa y en capas. Los investigadores no están seguros de dónde obtuvieron tanto hielo, pero algunos expertos creen que Urano y Neptuno fueron bombardeados con objetos primordiales congelados del Cinturón de Kuiper, un anillo de protomundos gélidos más allá de Neptuno que contiene Plutón y docenas más de planetas enanos del tamaño de una nación.
Los sorprendentes descubrimientos del sobrevuelo de Plutón en Nuevos Horizontes, revelando el diminuto mundo helado que muestra signos de flujos glaciales aparentes y actividad geológica en curso, han renovado la atención en los bordes lejanos, en su mayoría inexplorados, del sistema solar, como el Cinturón de Kuiper.
» Nuestra nueva frontera es la parte exterior del sistema solar», dijo Green.
Al menos algunas de las lunas de los planetas gigantes exteriores, como el Tritón de Neptuno, son probablemente restos intactos del antiguo Cinturón de Kuiper que fueron capturados hace miles de millones de años.
«Si queremos volver a un Objeto del Cinturón de Kuiper (después de Nuevos Horizontes), es posible que no tengamos que entrar en el Cinturón de Kuiper para obtenerlo», dijo Green en julio. «Es posible que queramos ir a Neptuno para visitar Tritón, que está más cerca. Aunque Neptuno está a una gran distancia, todavía no está tan lejos como algunos de los objetos del Cinturón de Kuiper.»
«Creo que el argumento científico para una futura misión a uno — o ambos — de los gigantes de hielo es sólido, y espero que estén bien ubicados en la próxima encuesta decenal», dijo Mark Hofstadter, un científico planetario que dirigió estudios para una misión en Urano a finales de la década de 2000.
«El anuncio de ayer de Jim Green significa que la próxima década estará mejor posicionada para identificar una misión realista y capaz, y su costo», dijo Hofstadter a Spaceflight Now.
Para William McKinnon, geólogo planetario de la Universidad de Washington en St. Louis, otra visita a Urano o Neptuno sería fascinante, le dice a Spaceflight Ahora.
Pero McKinnon, que actualmente analiza datos frescos sobre Plutón desde Nuevos Horizontes, plantea una preocupación a menudo pasada por alto entre los científicos que trabajan en sondas a destinos lejanos: Se necesitan décadas para diseñar, construir y volar una misión de este tipo, seguida de más años de análisis de datos.
» Una misión gigante de hielo, presumiblemente un orbitador, está, por desgracia, sobre el horizonte en lo que respecta a mi vida, ¡así que saludo a aquellos que vivirán para verla!»
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