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Misión de redireccionamiento de asteroides

Las pinzas situadas en los extremos de los brazos robóticos se utilizan para agarrar y asegurar una roca de un asteroide de gran tamaño. Una vez asegurada la roca, las patas se impulsarían y proporcionarían un ascenso inicial sin el uso de propulsores.

La Misión de Redireccionamiento de Asteroides ( ARM ), también conocida como la misión de Recuperación y Utilización de Asteroides ( ARU ) y la Iniciativa de Asteroides , fue una misión espacial propuesta por la NASA en 2013; la misión fue posteriormente cancelada. La nave espacial Misión Robótica de Recuperación de Asteroides (ARRM) se encontraría con un gran asteroide cercano a la Tierra y usaría brazos robóticos con pinzas de anclaje para recuperar una roca de 4 metros del asteroide.

La nave espacial caracterizaría el asteroide y demostraría al menos una técnica de defensa planetaria antes de transportar la roca a una órbita lunar estable , donde podría ser analizada más a fondo tanto por sondas robóticas como por una futura misión tripulada, Asteroid Redirect Crewed Mission (ARCM). [1] Si se financia, la misión se habría lanzado en diciembre de 2021, [2] con los objetivos adicionales de probar una serie de nuevas capacidades necesarias para futuras expediciones humanas al espacio profundo, incluidos propulsores de iones avanzados . [3]

El presupuesto propuesto de la NASA para 2018 exigía su cancelación, [4] la misión recibió su notificación de desfinanciamiento en abril de 2017, [5] y la NASA anunció el "cierre" el 13 de junio de 2017. [5] Las tecnologías clave que se estaban desarrollando para ARM han continuado, especialmente el sistema de propulsión con propulsor de iones que se habría utilizado en la misión robótica.

Objetivos

Astronauta en EVA para tomar muestras de asteroides, Orión al fondo

El objetivo principal de la Misión de Redirección de Asteroides era desarrollar capacidades de exploración del espacio profundo necesarias en preparación para una misión humana a Marte y otros destinos del Sistema Solar [6] [7] según las rutas flexibles del Viaje a Marte de la NASA . [8] [9] [10] [11] [12]

Precursor de Marte

Las misiones de remolque espacial, para desagregar la logística de Marte que no es crítica en términos de tiempo de la tripulación, pueden reducir los costos hasta en un 60% (si se utiliza propulsión eléctrica solar avanzada (motores de iones) [13] ) y reducen el riesgo general de la misión al permitir la verificación en el sitio de los sistemas críticos antes de que la tripulación parta. [6] [11] [8] [14] [15] [16]

No sólo se aplicarían las tecnologías y diseños de propulsión eléctrica solar (SEP) a futuras misiones, sino que la nave espacial ARRM se dejaría en una órbita estable para su reutilización. [6] [8] [11] El proyecto ha establecido como base cualquiera de las múltiples capacidades de reabastecimiento de combustible; la carga útil específica del asteroide está en un extremo del autobús , para su posible remoción y reemplazo a través de un mantenimiento futuro, o como una nave espacial separable, dejando un remolcador espacial calificado en el espacio cislunar. [7] [9] [17] [18] [19]

Operaciones en el espacio profundo ampliadas y sostenibles

Las misiones robóticas y tripuladas demostrarían capacidades más allá de la órbita terrestre, pero con una contingencia de regreso de unos pocos días. [20] La Órbita Retrógrada Distante Lunar (DRO), que abarca las L1 y L2 Tierra-Luna , es esencialmente un nodo para el escape y captura del sistema terrestre. [11] [21] [22] [23] Esto es más así si se trae un Módulo de Aumento de Exploración (EAM) para estadías humanas prolongadas, posiblemente por un módulo SEP similar a ARRM. [6] [8] [11] En su tramo de regreso desde Marte, una misión humana puede ahorrar toneladas de masa al capturar en DRO y transferirla a un Orión estacionado para el regreso y reingreso a la Tierra. [12]

Objetivos adicionales

Un objetivo secundario era desarrollar la tecnología necesaria para poner un pequeño asteroide cercano a la Tierra en órbita lunar : "el asteroide fue un regalo". [12] Allí, podría ser analizado por la tripulación de la misión Orion EM-5 o EM-6 ARCM en 2026. [2] [24] [25]

Los objetivos adicionales de la misión incluían demostrar técnicas de defensa planetaria capaces de proteger la Tierra en el futuro, como el uso de naves espaciales robóticas para desviar asteroides potencialmente peligrosos. [24] [26] Entre las opciones que se están considerando para desviar un asteroide se encuentran: agarrar el asteroide y moverlo directamente, así como emplear técnicas de tractor de gravedad después de recoger una roca de su superficie para aumentar la masa ("tractor de gravedad mejorado"). [27]

La misión también probaría el rendimiento de la propulsión eléctrica solar avanzada (motores de iones) [13] y la comunicación láser de banda ancha en el espacio . [28] Estas nuevas tecnologías ayudarían a enviar grandes cantidades de carga, hábitats y propulsor a Marte antes de una misión humana a Marte [31] y/o Fobos. [43]

Descripción general de la nave espacial

Las pinzas para asteroides situadas en los extremos de los brazos robóticos se utilizan para agarrar y asegurar una roca de 6 m de un asteroide de gran tamaño. Se utilizaría un taladro integrado para proporcionar el anclaje final de la roca al mecanismo de captura.
Representación del vehículo de redireccionamiento de asteroides saliendo del asteroide después de capturar una roca de su superficie

El vehículo aterrizaría en un asteroide de gran tamaño y las pinzas situadas en los extremos de los brazos robóticos agarrarían y asegurarían una roca de la superficie de un asteroide de gran tamaño. Las pinzas se clavarían en la roca y crearían un agarre fuerte. Se utilizaría un taladro integrado para proporcionar el anclaje final de la roca al mecanismo de captura. [46] Una vez que la roca esté asegurada, las patas se impulsarían y proporcionarían un ascenso inicial sin el uso de propulsores. [24] [27]

Propulsión

La nave espacial estaría propulsada por un sistema avanzado de propulsión eléctrica solar (SEP) (posiblemente un propulsor de efecto Hall , véase propulsor iónico ). La electricidad sería suministrada por paneles solares de alta eficiencia de estilo UltraFlex (50 kW). [13] [47]

El motor iónico avanzado utiliza el 10% del propulsor requerido por cohetes químicos equivalentes, puede procesar tres veces la potencia de los diseños anteriores y aumentar la eficiencia en un 50%. [48] Utilizaría el efecto Hall , que proporciona una baja aceleración pero puede disparar de forma continua durante muchos años para impulsar una gran masa a alta velocidad. [13] Los propulsores de efecto Hall atrapan electrones en un campo magnético y los utilizan para ionizar el propulsor de gas xenón a bordo . El campo magnético también genera un campo eléctrico que acelera los iones cargados creando una columna de plasma de escape que empuja la nave espacial hacia adelante. [48] El concepto de nave espacial tendría una masa seca de 5,5 toneladas y podría almacenar hasta 13 toneladas de propulsor de xenón . [49]

Cada propulsor tendría un nivel de potencia de 30 a 50 kilovatios, [50] y se pueden combinar varios propulsores para aumentar la potencia de una nave espacial SEP. Este motor, que es escalable a 300 kilovatios y más, está siendo investigado y desarrollado por Northrop Grumman con Sandia National Laboratories y la Universidad de Michigan . [51] El Centro de Investigación Glenn de la NASA está administrando el proyecto. [51]

Incluso en el destino, el sistema SEP puede configurarse para suministrar energía para mantener los sistemas o evitar la evaporación del combustible antes de que llegue la tripulación. [6] [52] Sin embargo, la propulsión solar-eléctrica calificada para vuelo actual se encuentra en niveles de 1 a 5 kW. Una misión de carga a Marte requeriría ~100 kW, y un vuelo tripulado ~150 a 300 kW. [6] [11]

Cronograma propuesto

Originalmente planeado para 2017, luego 2020, [26] [46] y luego para diciembre de 2021. [2] La misión recibió su notificación de desfinanciamiento en abril de 2017. [5] El vehículo de lanzamiento habría sido un Delta IV Heavy , SLS o Falcon Heavy . [53] La roca habría llegado a la órbita lunar a fines de 2025. [46]

Asteroide objetivo

Hasta el 29 de octubre de 2017 , se conocían 16.950 asteroides cercanos a la Tierra , [54] que fueron descubiertos por varios equipos de búsqueda y catalogados como objetos potencialmente peligrosos . A principios de 2017, la NASA aún no había seleccionado un objetivo para ARM, pero para fines de planificación y simulación, el asteroide cercano a la Tierra (341843) 2008 EV 5 se utilizó como ejemplo para que la nave espacial recogiera una sola roca de 4 m (13 pies) de él. [24] Otros asteroides candidatos fueron Itokawa , Bennu y Ryugu . [53]

La roca carbonosa que habría sido capturada por la misión (de un diámetro máximo de 6 metros y 20 toneladas) [45] es demasiado pequeña para dañar la Tierra porque se quemaría en la atmósfera. Redirigir la masa del asteroide a una órbita retrógrada distante alrededor de la Luna garantizaría que no pudiera chocar con la Tierra y también lo dejaría en una órbita estable para futuros estudios. [29]

Historia

El administrador de la NASA, Robert Frosch, testificó ante el Congreso sobre la "recuperación de un asteroide a la Tierra" en julio de 1980. Sin embargo, afirmó que en ese momento no era viable. [55] [56]

La misión ARU, excluyendo cualquier misión humana a un asteroide que pueda permitir, fue objeto de un estudio de viabilidad en 2012 por el Instituto Keck de Estudios Espaciales . [49] El costo de la misión fue estimado por el Centro de Investigación Glenn en alrededor de $ 2.6 mil millones, [57] de los cuales $ 105 millones fueron financiados en 2014 para madurar el concepto. [28] [58] Los funcionarios de la NASA enfatizaron que ARM fue concebido como un paso en los planes a largo plazo para una misión humana a Marte . [46]

La «Opción A» consistía en desplegar un contenedor lo suficientemente grande como para capturar un asteroide en vuelo libre de hasta 8 m (26 pies) de diámetro.

Las dos opciones estudiadas para recuperar un asteroide pequeño fueron la Opción A y la Opción B. La Opción A desplegaría una gran bolsa de captura de 15 metros (50 pies) capaz de contener un asteroide pequeño de hasta 8 m (26 pies) de diámetro, [13] y una masa de hasta 500 toneladas. [28] La Opción B, que fue seleccionada en marzo de 2015, haría que el vehículo aterrizara en un asteroide grande y desplegara brazos robóticos para levantar una roca de hasta 4 m (13 pies) de diámetro desde la superficie, transportarla y colocarla en órbita lunar . [24] [29] Esta opción fue identificada como más relevante para futuras tecnologías de encuentro , acoplamiento autónomo , aterrizaje , muestreador , defensa planetaria , minería y servicio de naves espaciales. [59] [60]

La parte tripulada para recuperar muestras de asteroides de la órbita de la Luna ( Orion EM-3 ) fue criticada como una parte innecesaria de la misión con afirmaciones de que ya se han analizado miles de meteoritos [61] y que la tecnología utilizada para recuperar una roca no ayuda a desarrollar una misión tripulada a Marte. [46] Los planes no se cambiaron a pesar de que el Consejo Asesor de la NASA sugirió el 10 de abril de 2015 que la NASA no debería llevar a cabo sus planes para ARM, y en su lugar debería desarrollar propulsión eléctrica solar y usarla para impulsar una nave espacial en un vuelo de ida y vuelta a Marte. [62]

En enero de 2016, el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA adjudicó contratos para estudios de diseño de una nave espacial basada en propulsión eléctrica solar. La misión robótica ARRM habría sido la primera fase de ARM. Los contratos fueron ganados por Lockheed Martin Space Systems , Littleton, Colorado; Boeing Phantom Works , Huntington Beach, California; Orbital ATK , Dulles, Virginia; y Space Systems/Loral , Palo Alto, California. [63]

En mayo de 2016, la ASI ( Agencia Espacial Italiana ) acordó un estudio conjunto y la posible participación italiana. [64]

En virtud del presupuesto de la NASA para 2018 propuesto por la administración Trump en marzo de 2017, esta misión fue cancelada. [4] El 13 de junio de 2017, la NASA anunció una "fase de cierre" tras la desfinanciación. [5] La NASA ha enfatizado que las tecnologías clave que se están desarrollando para ARM continuarán, especialmente el sistema de propulsión eléctrica solar, que se habría volado en la misión robótica, que se utilizará en el Lunar Gateway como elemento de energía y propulsión . [5] [65]

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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