La exploración de Plutón comenzó con la llegada de la sonda New Horizons en julio de 2015, aunque las propuestas para una misión de este tipo se habían estudiado durante muchas décadas. [1] Todavía no hay planes para una misión de seguimiento, aunque se han estudiado conceptos de seguimiento. [2] [3]
Plutón, descubierto por Clyde Tombaugh en 1930, es un objetivo interesante para la exploración planetaria, pero presenta desafíos significativos para la exploración debido a su pequeña masa y gran distancia de la Tierra.
En 1964, Gary Flandro del Laboratorio de Propulsión a Chorro propuso una misión llamada Grand Tour , aprovechando el hecho de que una alineación de planetas a finales de los años 1970 permitiría a una sola nave espacial visitar todos los planetas exteriores, incluido Plutón, mediante el uso de asistencia gravitacional . [4] Debido al coste, la misión no fue financiada, aunque la alineación planetaria fue utilizada por las dos sondas del programa Voyager , lanzadas en 1977.
Una de las muchas posibilidades para la nave espacial Voyager 1 después de su sobrevuelo de Saturno en 1980 fue utilizar Saturno como una honda hacia Plutón para un sobrevuelo ya en marzo de 1986. [5] [6] Sin embargo, los científicos decidieron que un sobrevuelo de Titán durante el encuentro con Saturno sería un objetivo científico más importante, lo que hizo imposible un sobrevuelo posterior de Plutón, porque el acercamiento cercano a Titán lo puso en una trayectoria que lo lanzó fuera del plano del sistema solar . [7] Debido a que ninguna agencia espacial planeó ninguna misión a Plutón en ese momento, quedaría sin explorar por las naves espaciales interplanetarias durante los años venideros.
Tras el éxito del programa Voyager, los científicos planetarios consideraron a Plutón como el destino de una misión posterior. En la década de 1980, Robert Farquhar propuso que se pudiera añadir una misión a Plutón a la misión de la Sonda Solar [8] , que en aquel momento se proponía sobrevolar Júpiter en su camino hacia su encuentro con el Sol. La misión se denominó "Fuego y hielo". Sin embargo, la propuesta no fue aceptada.
En mayo de 1989, un grupo de científicos e ingenieros, entre ellos Alan Stern y Fran Bagenal, formaron una alianza llamada "Pluto Underground". Recibió su nombre en homenaje a Mars Underground, otro grupo de científicos que presionó con éxito para que se reiniciaran las misiones a Marte, tras la falta de ellas desde el programa Viking . El grupo inició una campaña de redacción de cartas que tenía como objetivo llamar la atención sobre Plutón como un objetivo viable para la exploración. [9] En 1990, debido a la presión de la comunidad científica , incluidos los de Pluto Underground, los ingenieros de la NASA decidieron estudiar conceptos para una misión a Plutón. En ese momento, se pensaba que la atmósfera de Plutón se congelaría y caería a la superficie durante el invierno, por lo que era deseable una nave espacial ligera, ya que podría llegar a Plutón antes de que ocurriera tal evento. Uno de los primeros conceptos fue el de una nave espacial de 40 kilogramos que llegaría a Plutón en cinco o seis años. Sin embargo, la idea fue descartada rápidamente debido a la inviabilidad de miniaturizar los instrumentos científicos a bordo de una nave espacial de ese tamaño. [10]
Otro concepto de misión, conocido como Pluto 350, fue desarrollado por Robert Farquhar del Goddard Space Flight Center , con Alan Stern y Fran Bagenal de Pluto Underground, quienes sirvieron como científicos de estudio para el proyecto. Pluto 350 tenía como objetivo enviar una nave espacial, que pesaba alrededor de 350 kilogramos, a Plutón. [11] El diseño minimalista de la nave espacial le permitía viajar más rápido y ser más rentable, en contraste con la mayoría de los otros proyectos de gran presupuesto que la NASA estaba desarrollando en ese momento, como Galileo y Cassini . Pluto 350, sin embargo, más tarde se volvería controvertido entre los planificadores de misiones de la NASA, que consideraban que el proyecto era demasiado pequeño y demasiado riesgoso. El equipo de Farquhar planteó dudas sobre la rentabilidad, ya que Plutón acababa de pasar el perihelio , lo que aumentaría exponencialmente la duración de la misión antes de que se finalizara la fecha de lanzamiento. La inclinación axial aproximada de Plutón de 118 grados significó que no sería posible fotografiar el hemisferio sur, ya que entraría en una oscuridad que duraría décadas con el inicio del invierno. [12]
Un plan alternativo que se consideró en un momento fue enviar a Plutón una configuración de la nave espacial Mariner Mark II , que pesaría 2.000 kilogramos y costaría 3.200 millones de dólares , en marcado contraste con el costo de 543 millones de dólares de Pluto 350. [10] Si bien ambos proyectos compitieron por su aprobación, Pluto 350 fue más favorecido por los planificadores de misiones de la NASA, que estaban comenzando a adoptar misiones más pequeñas como Mars Pathfinder y NEAR Shoemaker . [11]
Durante muchos años, la gente había agitado ese sello como una especie de llamada a la acción, como un gráfico motivador: "Aún no se ha explorado". Ese sello había aparecido en tantas presentaciones hasta ese momento que sabía que a la gente le gustaría que lo incluyeran.
S. Alan Stern en el sello del USPS [10]
En octubre de 1991, el Servicio Postal de los Estados Unidos emitió una serie de sellos conmemorativos de la exploración del Sistema Solar por parte de la NASA . [13] La serie incluía un sello para todos los planetas, que mostraba una imagen del planeta y destacaba una nave espacial asociada que había sido enviada a él. El sello para Plutón, sin embargo, mostraba una esfera sin rasgos distintivos, presentada con la frase "aún no explorado" en lugar del nombre de una nave espacial. Los sellos se dieron a conocer en una ceremonia en el Laboratorio de Propulsión a Chorro .
Dos científicos que asistieron al evento, el presidente de la Fundación Mundial del Espacio Robert Staehle y el científico del JPL Stacy Weinstein, se sintieron inspirados por el estatus de Plutón en el sello, de modo que comenzaron a indagar sobre la viabilidad de enviar una nave espacial a Plutón. [14] [15] Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro, inspirados por el estatus de "Aún no explorado" de Plutón, también comenzaron a proponer ideas sobre una misión a Plutón. [16] [17]
En agosto de 1992, Staehle telefoneó al descubridor de Plutón, Clyde Tombaugh , para pedirle permiso para visitar su planeta. "Le dije que sería bienvenido", recordó Tombaugh más tarde, "aunque tenía que hacer un viaje largo y frío". [18]
Ese año, Staehle, con la ayuda de ingenieros del JPL y estudiantes del Instituto de Tecnología de California , formó el proyecto Pluto Fast Flyby . La misión anunciaba la misma ideología que el concepto Pluto 350: pequeño en tamaño y rentable en alcance, de modo que la nave espacial pudiera llegar a Plutón más rápido y fuera asequible de desarrollar y lanzar. Descrito como un concepto de misión "radical", la misión vería el envío de dos naves espaciales a Plutón. Ambas naves espaciales pesarían solo alrededor de 35 a 50 kilogramos cada una (incluidos 7 kilogramos de instrumentos científicos), y el proyecto costaría menos de US$500 millones para desarrollar, sin incluir los costos de lanzamiento. [14] Descrito por Staehle como un enfoque "más rápido, mejor [y] más barato" que los proyectos Pluto 350 y Mariner Mark II, llamó la atención del entonces administrador de la NASA Daniel S. Goldin , quien ordenó que cesaran todos los trabajos tanto en Pluto 350 como en Mariner Mark II y que se trasladaran todos los recursos al nuevo proyecto Pluto Fast Flyby. [11]
Sin embargo, durante el desarrollo de Pluto Fast Flyby, hubo múltiples preocupaciones tanto por parte de la NASA, el administrador Goldin y el equipo de desarrollo de la misión. A medida que avanzaba la investigación y el desarrollo de la misión, el tamaño, el alcance y el presupuesto del proyecto se expandieron. Además, la moral entre el equipo y el personal que trabajaba en misiones interplanetarias era baja después de la pérdida de la nave espacial Mars Observer en agosto de 1993. Alan Stern citaría más tarde ese evento como un factor significativo en el bajo entusiasmo por el proyecto Pluto Fast Flyby. [10]
Las naves espaciales estaban destinadas a ser lanzadas utilizando cohetes Titan IV , que habrían costado 400 millones de dólares cada uno, elevando así el presupuesto a más de 1.000 millones de dólares. [11] Debido a las crecientes restricciones presupuestarias, el concepto de dos naves espaciales fue descartado a favor de enviar una sola nave espacial a Plutón. Sin embargo, el proyecto seguía siendo demasiado caro a los ojos del administrador Goldin. [10] Alan Stern, como compromiso, llegó a un acuerdo con los científicos del Instituto de Investigación Espacial Ruso en Moscú, en el que Pluto Fast Flyby se lanzaría a bordo de un cohete Proton , ahorrando a la NASA más de 400 millones de dólares en costos de lanzamiento. Alec Galeev, director del Instituto de Investigación Espacial Ruso, llegó al acuerdo con Stern estipulando que Rusia incluiría una sonda atmosférica que impactaría en Plutón después de estudiar su atmósfera con un espectrómetro de masas. [19] La propuesta fue remitida al administrador Goldin, pero él la vetó, recomendando en cambio que el JPL estudiara la viabilidad de Pluto Fast Flyby siendo lanzado a bordo de un cohete más pequeño, como el Delta II . [11]
A finales de los años 1990 se descubrieron varios objetos transneptunianos que confirmaron la existencia de un cinturón de Kuiper . El interés por una misión al cinturón de Kuiper aumentó tanto que la NASA encargó al JPL que reorientara la misión no solo para que sobrevolara Plutón, sino también para que sobrevolara un objeto del cinturón de Kuiper (KBO). La misión pasó a llamarse Pluto Kuiper Express , después de haber sido anunciada brevemente como Pluto Express antes de la revisión. El peso de la nave espacial se volvió a aumentar, esta vez a 175 kilogramos, y la NASA permitió más libertad con el presupuesto del proyecto. [11]
Sin embargo, Goldin decidió más tarde que la misión Pluto Kuiper Express tenía poca importancia, por lo que recortó drásticamente la financiación del proyecto. Finalmente, a pesar de la selección oficial de los instrumentos científicos y el nombramiento de varios investigadores, el entonces Director de Misiones Científicas, Edward J. Weiler, ordenó la cancelación de toda la misión a Plutón y el cinturón de Kuiper en 2000, citando las crecientes limitaciones presupuestarias que habían afectado al proyecto desde su inicio en 1992. En el momento de la cancelación, los costos proyectados superaban los mil millones de dólares. [10] [20]
La cancelación de Pluto Kuiper Express enfureció a algunos miembros de la comunidad científica de exploración espacial, lo que llevó a grupos, como The Planetary Society , a presionar a la NASA para que reiniciara el Pluto Kuiper Express o una misión a Plutón. Las divisiones internas dentro de la NASA, incluido su Consejo Asesor Científico, también expresaron su apoyo a una misión a Plutón. [10] En respuesta a la reacción negativa causada por la cancelación de Pluto Kuiper Express, se decidió inaugurar una nueva clase de misiones que encajarían entre el Programa Flagship de gran presupuesto y el Programa Discovery de bajo presupuesto , creando un compromiso para misiones como la antigua Pluto Kuiper Express, que resultó ser demasiado cara para el Programa Discovery. Se llevó a cabo una competencia, en la que la NASA seleccionaría un concepto de misión para financiar como parte de la primera misión del programa New Frontiers . [20]
En 2003 se propuso una misión de orbitador/aterrizaje/retorno de muestras a Plutón. El plan incluía un viaje de doce años desde la Tierra a Plutón, mapeo desde la órbita, múltiples aterrizajes, una sonda de agua caliente y la posible producción in situ de combustible para otro viaje de doce años de regreso a la Tierra con muestras. La energía y la propulsión provendrían del sistema de reactor nuclear bimodal MITEE. [21]
Después de una intensa batalla política, una misión revisada a Plutón llamada New Horizons recibió financiación del gobierno de los EE. UU. en 2003. [22] New Horizons se lanzó con éxito el 19 de enero de 2006. El líder de la misión, S. Alan Stern , confirmó que algunas de las cenizas de Clyde Tombaugh, quien murió en 1997, habían sido colocadas a bordo de la nave espacial. [23]
La sonda New Horizons capturó sus primeras imágenes (distantes) de Plutón a finales de septiembre de 2006, durante una prueba del Long Range Reconnaissance Imager. [24] Las imágenes, tomadas desde una distancia de aproximadamente 4.200 millones de kilómetros, confirmaron la capacidad de la nave espacial para rastrear objetivos distantes, algo fundamental para maniobrar hacia Plutón y otros objetos del cinturón de Kuiper. A principios de 2007, la nave hizo uso de la asistencia gravitatoria de Júpiter .
El 4 de febrero de 2015, la NASA publicó nuevas imágenes de Plutón (tomadas el 25 y el 27 de enero) desde la sonda que se acercaba. [25] New Horizons estaba a más de 203.000.000 km (126.000.000 mi) de distancia de Plutón cuando comenzó a tomar las fotos, que mostraban a Plutón y su luna más grande, Caronte. El 20 de marzo de 2015, la NASA invitó al público en general a sugerir nombres para las características de la superficie que se descubrirán en Plutón y Caronte. [26] El 15 de abril de 2015, se fotografió Plutón mostrando un posible casquete polar. [27] Entre abril y junio de 2015, New Horizons comenzó a enviar imágenes de Plutón que excedían la calidad que el telescopio espacial Hubble podía producir. [28] [29]
Las pequeñas lunas de Plutón, descubiertas poco antes y después del lanzamiento de la sonda, se consideraban potencialmente peligrosas, ya que los restos de las colisiones entre ellas y otros objetos del cinturón de Kuiper podrían haber producido un tenue anillo de polvo. Si New Horizons hubiera viajado a través de un sistema de anillos de este tipo, habría habido un mayor riesgo de daños potencialmente incapacitantes por micrometeoroides . [30]
La sonda New Horizons alcanzó su punto más cercano a Plutón el 14 de julio de 2015, después de un viaje de 3.462 días a través del Sistema Solar. Las observaciones científicas de Plutón comenzaron cinco meses antes del punto más cercano y continuaron durante al menos un mes después del encuentro. La sonda New Horizons utilizó un paquete de teledetección que incluye instrumentos de imagen y una herramienta de investigación científica de radio, así como experimentos espectroscópicos y de otro tipo, para caracterizar la geología y la morfología globales de Plutón y su luna Caronte, cartografiar la composición de su superficie y analizar la atmósfera neutra de Plutón y su tasa de escape. La sonda New Horizons también fotografió las superficies de Plutón y Caronte.
Fotografías de Plutón tomadas el 14 de julio de 2015, 15 minutos después del acercamiento más cercano de New Horizon , desde una distancia de 18.000 kilómetros y enviadas a la Tierra el 13 de septiembre de 2015, muestran una puesta de sol cercana en Plutón con detalles de la superficie y una neblina en la atmósfera. [31] [32]
No se han planeado formalmente misiones de seguimiento de New Horizons , pero se han estudiado al menos dos conceptos de misión. En abril de 2017, se celebró un taller en Houston, Texas, para discutir ideas para una misión de seguimiento. [33] Los posibles objetivos discutidos por el grupo para una misión de seguimiento incluyen el mapeo de la superficie a 30 pies por píxel, observaciones de los satélites más pequeños de Plutón, observaciones de cómo cambia Plutón a medida que gira sobre su eje y el mapeo topográfico de las regiones de Plutón que están cubiertas de oscuridad a largo plazo debido a su inclinación axial. El último objetivo podría lograrse utilizando pulsos láser infrarrojos. Según el investigador principal de New Horizons, Alan Stern, "si enviamos un orbitador, podemos mapear el 100 por ciento del planeta, incluso terrenos que están en sombra total". [33] Stern y David Grinspoon también han sugerido que una misión orbital podría buscar evidencia del océano subterráneo insinuado en los datos de New Horizons . [34]
Poco después del sobrevuelo de New Horizons , Stern sugirió un módulo de aterrizaje en Caronte como seguimiento que observaría a Plutón desde la superficie de Caronte. [35] Sin embargo, dicho módulo de aterrizaje solo observaría el hemisferio de Plutón que mira hacia Caronte, ya que Plutón y Caronte están bloqueados por mareas . Desde el taller de Houston, Stern cambió de opinión para abogar en cambio por un orbitador al estilo Cassini que usaría la gravedad de Caronte para ajustar su órbita mientras estudiaba Plutón y sus lunas. [35] La sonda podría usar propulsión eléctrica similar a la misión Dawn de la NASA . Entonces tendría la opción de usar la gravedad de Caronte para abandonar el sistema de Plutón después de que se completen todos los objetivos científicos de Plutón y estudiar nuevos KBO más allá de Plutón. Stern previó que la sonda se lanzaría en 2030, marcando el centenario del descubrimiento de Plutón, y pasaría de 7 a 8 años viajando al sistema de Plutón.
El Orbitador y módulo de aterrizaje para Plutón habilitados para fusión fue un informe de la fase I de 2017 financiado por el programa Innovative Advanced Concepts ( NIAC ) de la NASA. [3] [36] El informe, escrito por la investigadora principal Stephanie Thomas de Princeton Satellite Systems, Inc., describe una misión de propulsión directa por fusión (DFD) a Plutón. Se utilizaría un reactor de fusión para enviar un orbitador y un módulo de aterrizaje de 1000 kg al sistema de Plutón en solo cuatro años (más del doble de rápido que New Horizons ). [37]
Global Aerospace Corporation presentó un concepto de módulo de aterrizaje en Plutón titulado "Pluto Hop, Skip, and Jump" en el Simposio NIAC de 2017 en Denver, Colorado. [38] [2] El concepto describe una nave de entrada que frenaría utilizando la resistencia de la atmósfera delgada pero muy extendida de Plutón. Una vez en la superficie de Plutón, el vehículo aprovecharía la baja gravedad de Plutón para saltar entre sitios utilizando propulsor. Esto es similar al concepto Triton Hopper de la NASA para explorar la luna más grande de Neptuno, Tritón .
Otra propuesta presentada a la NASA en 2020 es una sonda orbital del sistema Plutón-Caronte, llamada “Perséfone”. [39] [40]
Estaría propulsado por 5 RTG , contendría varias cámaras de alta resolución y orbitaría durante 3 años. Un objetivo clave sería determinar si hay un océano subterráneo en Plutón. El costo estimado sería de 3 mil millones de dólares.
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