Orbitador y sonda de Urano

Misión espacial propuesta por la NASA a Urano

El Orbitador y Sonda de Urano es un concepto de misión orbital para estudiar Urano y sus lunas . ^[1] El orbitador también desplegaría una sonda atmosférica para caracterizar la atmósfera de Urano . El concepto se está desarrollando como una posible gran misión científica estratégica para la NASA . La fase científica duraría 4,5 años e incluiría múltiples sobrevuelos de cada una de las lunas principales .

El concepto de misión fue seleccionado como la misión de clase insignia de mayor prioridad por el Estudio Decenal de Ciencia Planetaria 2023-2032 , por delante del Enceladus Orbilander . ^{[3] [4]} También se consideró un concepto de misión orbitadora de Neptuno , Neptune Odyssey , que abordaría muchos de los mismos objetivos científicos relacionados con los gigantes de hielo , pero por razones logísticas y de costos se favoreció una misión a Urano.

La propuesta original apuntaba a un lanzamiento en 2031 utilizando un vehículo de lanzamiento prescindible Falcon Heavy con asistencia gravitacional a Júpiter , lo que permitiría la llegada a Urano en 2044. Sin embargo, en 2023, la NASA anunció que, debido a un déficit en la producción de plutonio, se realizaría un lanzamiento a mediados o finales de la década de 2030. Sería más probable. ^[2]

Fondo

La Voyager 2 es la única sonda espacial que ha visitado elsistema de Urano y completó un sobrevuelo el 24 de enero de 1986. El Estudio Decenal de Ciencia Planetaria 2011-2022 recomendó unamisión orbital de clase insignia a un gigante de hielo con prioridad detrás de lo que se convertiría en Marte. Rover 2020 y Europa Clipper . ^{[5] [6] [7]} Los gigantes de hielo ahora se consideran un tipo común de exoplaneta , lo que precipita la necesidad de realizar más estudios sobre los gigantes de hielo en el Sistema Solar . ^[8] Los gigantes de hielo Urano y Neptuno fueron vistos como objetivos científicos únicos pero igualmente atractivos, pero se dio preferencia a un orbitador de Urano y una sonda atmosférica por razones logísticas y de costos. ^{[5] [7]} Un orbitador de Urano lógicamente seguiría las misiones orbitales de clase Flagship realizadas en Júpiter y Saturno ( Galileo y Cassini , respectivamente).

En 2017, antes de la encuesta 2023-2032, un comité redujo veinte conceptos de misión a tres escenarios para Urano y un cuarto para Neptuno. ^{[8] [9] [10] [11]} Algunos consideran que una misión a Neptuno tiene un mayor mérito científico ^[12] porque Tritón , probablemente un objeto capturado del cinturón de Kuiper y un mundo oceánico , es un objetivo astrobiológico más convincente que el lunas de Urano (aunque Ariel y Miranda en particular son posibles mundos oceánicos). ^[13] También hubo un estudio que consideró un concepto de misión orbitadora de Urano de nivel New Frontiers si se favoreciera una misión de clase Flagship a Neptuno. ^[14] Sin embargo, nuevamente debido a consideraciones logísticas y de costo, incluida la disponibilidad del vehículo de lanzamiento y las ventanas de lanzamiento disponibles, el Estudio Decenal de Ciencia Planetaria 2023-2032 recomendó el Orbitador y la Sonda de Urano en lugar de una propuesta análoga para Neptuno, Neptune Odyssey . ^{[3] [4]}

Preguntas científicas clave

El orbitador, combinado con una sonda atmosférica, abordará una variedad de cuestiones científicas en todos los aspectos del sistema de Urano: ^[3]

Origen, interior y atmósfera.

• ¿Cómo funciona la circulación atmosférica , desde el interior hasta la termosfera , en un gigante de hielo?
• ¿Cuál es la estructura atmosférica 3D de la capa meteorológica?
• ¿Cuándo, dónde y cómo se formó Urano, cómo evolucionó tanto térmica como espacialmente, incluida la migración, y cómo adquirió su oblicuidad retrógrada ?
• ¿Cuál es la composición global de Urano y su dependencia de la profundidad?
• ¿Tiene Urano capas discretas o un núcleo diluido ? ¿Puede esto estar relacionado con su formación e inclinación ?
• ¿Cuál es la verdadera velocidad de rotación de Urano ? ¿Gira uniformemente y qué profundidad tienen los vientos ?

Magnetosfera

• ¿Qué proceso de dinamo produce el complejo campo magnético de Urano ?
• ¿Cuáles son las fuentes de plasma y la dinámica de la magnetosfera de Urano y cómo interactúa con el viento solar , la atmósfera superior de Urano y las superficies de los satélites?

Satélites y anillos

• ¿Cuáles son las estructuras internas y las proporciones roca-hielo de las grandes lunas de Urano y qué lunas poseen importantes fuentes internas de calor o posibles océanos ?
• ¿Cómo limitan la composición y propiedades de las lunas de Urano su formación y evolución?
• ¿Qué historia y procesos geológicos registran las superficies y cómo pueden informar a las poblaciones de impactadores del sistema solar exterior? ¿Qué evidencia de interacciones exógenas muestran las superficies?
• ¿Cuáles son las composiciones, los orígenes y la historia de los anillos de Urano y las pequeñas lunas interiores, y qué procesos los esculpieron hasta su configuración actual?

Detalles de la misión

Esquema del diseño del estudio conceptual de 2021 para el Orbitador y la Sonda

El elemento de sonda atmosférica de esta misión estudiaría la distribución vertical de las moléculas que forman las nubes, la estratificación térmica y la velocidad del viento en función de la profundidad. El diseño de la misión de 2010 preveía una sonda de 127 kg (280 lb), menos de la mitad que la sonda atmosférica Galileo . ^[7] Un estudio de diseño posterior sugirió que los resultados podrían mejorarse significativamente agregando una segunda sonda que podría tener una masa tan pequeña como 30 kg (66 lb) y aproximadamente 0,5 m (20 in) de diámetro. ^[15]

Instrumentos orbitales

Se propone que el orbitador lleve los siguientes instrumentos en el concepto básico, con instrumentos adicionales posibles si se demuestra que están dentro de las limitaciones de masa, potencia y costo: ^[1]

Instrumentos de sonda atmosférica.

Como parte del concepto básico, se propone que la sonda atmosférica lleve cuatro instrumentos científicos. ^[1]

Ver también

• Atmósfera de Urano
• Exploración de Urano
• Lunas de Urano

Propuestas de misión a Urano

• MUSA
• Oceanus (propuesta de clase New Frontiers de la década de 2010)
• ODINO
• Uranus Pathfinder (propuesta de Clase M de la ESA de la década de 2010)

Referencias

1. Simón, Amy; Nimmo, Francisco; Anderson, Richard C. (7 de junio de 2021). "Viaje a un sistema gigante de hielo: sonda y orbitador de Urano". Concepto de misión planetaria para el estudio decenal de ciencia planetaria 2023-2032 . NASA . Consultado el 1 de mayo de 2022 .
2. Foust, Jeff (3 de mayo de 2023). "La disponibilidad de plutonio limita los planes para futuras misiones planetarias". Noticias espaciales . Consultado el 3 de mayo de 2023 .
3. Orígenes, mundos y vida: una estrategia decenal para la ciencia planetaria y la astrobiología 2023-2032 (edición previa a la publicación). Prensa de Academias Nacionales. 2022. pág. 800. doi : 10.17226/26522. ISBN 978-0-309-47578-5. S2CID  248283239 . Consultado el 30 de abril de 2022 .
4. Foust, Jeff (19 de abril de 2022). "La década de ciencia planetaria respalda el retorno de muestras a Marte y las misiones a planetas exteriores". Noticias espaciales . Consultado el 19 de abril de 2022 .
5. "Visiones y viajes para la ciencia planetaria en la década 2013-2022" . Consultado el 20 de abril de 2021 .
6. Chris Gebhardt (20 de noviembre de 2013). "Se exploran nuevas opciones de misión SLS a través del nuevo escenario superior grande". Vuelo espacial de la NASA.
7. Hubbard, William B. (3 de junio de 2010). "SDO-12345: Estudio decenal de los gigantes de hielo" (PDF) . Prensa de Academias Nacionales . Academia Nacional de Ciencias . Archivado (PDF) desde el original el 6 de mayo de 2021 . Consultado el 22 de junio de 2020 .
8. "Informe del estudio de la misión de la encuesta anterior a la década de los gigantes de hielo (junio de 2017)" (PDF) . Consultado el 13 de febrero de 2024 .
9. Es hora de explorar Urano y Neptuno nuevamente, y así es como la NASA podría hacerlo. Loren Grush, El borde . 16 de junio de 2017.
10. Revisando los gigantes de hielo: estudio de la NASA considera las misiones a Urano y Neptuno. Jason Davis. La Sociedad Planetaria . 21 de junio de 2017.
11. La NASA completa el estudio de los futuros conceptos de la misión 'Gigante de hielo' Archivado el 6 de agosto de 2020 en la Wayback Machine . Televisión de la NASA . 20 de junio de 2017.
12. Moore, Jeff; Spilker, Linda; Bowman, Jeff; Cable, Morgan; Edgington, Scott; Hendrix, Amanda; Hofstadter, Mark; Hurford, Terry; Mandt, Kathleen; McEwen, Alfred; Paty, Carol; Rápido, Lynnae; Rymer, Abigail; Sayanagi, Kunio; Schmidt, Britney; Spilker, Thomas (2021). "Estrategia de exploración de los planetas exteriores 2023-2032: objetivos y prioridades". Boletín de la AAS . 53 (4): 371. arXiv : 2003.11182 . Código Bib : 2021BAAS...53d.371M. doi : 10.3847/25c2cfeb.1f297498 . S2CID  214641023 . Consultado el 20 de abril de 2021 .
13. Hendrix, Amanda R.; Hurford, Terry A.; Barcaza, Laura M.; Suave, Michael T.; Bowman, Jeff S.; Brinckerhoff, William; Buratti, Bonnie J.; Cable, Morgan L.; Castillo-Rogez, Julie; Collins, Geoffrey C.; Diniega, Serina; alemán, Christopher R.; Hayes, Alejandro G.; Hoehler, Tori; Hosseini, Soná; Howett, Carly JA; McEwen, Alfred S.; Neish, Catherine D.; Neveu, Marc; Nordheim, Tom A.; Patterson, G. Wesley; Patthoff, D. Alex; Phillips, Cynthia; Rhoden, Alyssa; Schmidt, Britney E.; Cantante, Kelsi N.; Soderblom, Jason M.; Vance, Steven D. (2019). "Hoja de ruta de la NASA hacia los mundos oceánicos". Astrobiología . 19 (1): 1–27. Código Bib :2019AsBio..19....1H. doi : 10.1089/ast.2018.1955 . PMC 6338575 . PMID  30346215. S2CID  53043052. 
14. EL CASO DE UN ORBITADOR DE URANO, Mark Hofstadter et al.
15. KM Sayanagi, RA Dillman, AA Simon y otros . "Concepto de sonda atmosférica pequeña de próxima generación (SNAP)", LPI 2083 (2018): 2262. Versión larga del artículo: Space Sci Rev , 216, 72 (10 de junio de 2020) Concepto de sonda atmosférica pequeña de próxima generación (SNAP) para Permitir futuras misiones de múltiples sondas: un estudio de caso para Urano. Consultado el 22 de junio de 2020.