Orbitador y sonda de Urano

Propuesta de misión espacial de la NASA a Urano

El Uranus Orbiter and Probe 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 Flagship de mayor prioridad por el Planetary Science Decadal Survey 2023-2032 , por delante del Enceladus Orbilander . ^{[3] [4]} También se consideró un concepto de misión orbital de Neptuno , Neptune Odyssey , que abordaría muchos de los mismos objetivos científicos con respecto a los gigantes de hielo , pero por razones logísticas y de costos se favoreció una misión a Urano.

La propuesta original tenía como objetivo un lanzamiento en 2031 utilizando un vehículo de lanzamiento desechable Falcon Heavy con asistencia gravitacional en 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 , un lanzamiento a mediados o fines de la década de 2030 sería más probable. ^[2]

Fondo

La Voyager 2 es la única sonda espacial que ha visitado el sistema de Urano , completando un sobrevuelo el 24 de enero de 1986. La Encuesta Decenal de Ciencia Planetaria 2011-2022 recomendó unamisión orbital de clase Flagship a un gigante de hielo con prioridad detrás de lo que se convertiría en el rover Mars 2020 y el Europa Clipper . ^{[5] [6] [7]} Los gigantes de hielo ahora se aprecian como un tipo común de exoplaneta , lo que precipitó la necesidad de un mayor estudio de 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 le dio preferencia a un orbitador de Urano y una sonda atmosférica por razones logísticas y de costo. ^{[5] [7]} Un orbitador de Urano seguiría lógicamente a 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 mayor mérito científico ^[12] porque Tritón , probablemente un objeto del cinturón de Kuiper capturado y un mundo oceánico , es un objetivo astrobiológico más atractivo que las lunas de Urano (aunque Ariel y Miranda en particular son posibles mundos oceánicos). ^[13] También hubo un estudio que consideró un concepto de misión orbital a Urano de nivel New Frontiers si se favoreciera una misión de clase Flagship a Neptuno. ^{[14] Sin embargo, nuevamente debido a consideraciones de costo y logística, incluida la disponibilidad del vehículo de lanzamiento y las ventanas de lanzamiento disponibles, la} Encuesta Decenal de Ciencia Planetaria 2023-2032 recomendó el Orbitador y Sonda de Urano en lugar de una propuesta análoga para Neptuno, Neptune Odyssey . ^{[3] [4]}

Preguntas científicas clave

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

Origen, interior y ambiente

• ¿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 de Urano y su dependencia de la profundidad?
• ¿Urano tiene capas discretas o un núcleo diluido ? ¿Puede esto estar relacionado con su formación e inclinación ?
• ¿Cuál es la verdadera tasa de rotación de Urano ? ¿Gira uniformemente y qué profundidad tienen los vientos ?

Magnetosfera

• ¿Qué proceso 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 de calor internas o posibles océanos ?
• ¿Cómo las composiciones y propiedades de las lunas de Urano limitan su formación y evolución?
• ¿Qué historia y procesos geológicos registran las superficies y cómo pueden informar sobre las poblaciones de objetos impactantes del sistema solar exterior? ¿Qué evidencia de interacciones exógenas muestran las superficies?
• ¿Cuáles son las composiciones, los orígenes y la historia de los anillos y las pequeñas lunas interiores de Urano, y qué procesos los esculpieron en 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 de la sonda atmosférica Galileo . ^[7] Un estudio de diseño posterior sugirió que los resultados podrían mejorarse significativamente añadiendo una segunda sonda que podría tener una masa de tan solo 30 kg (66 lb) y un diámetro de aproximadamente 0,5 m (20 in). ^[15]

Instrumentos del orbitador

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 sondeo atmosférico

Se propone que la sonda atmosférica lleve cuatro instrumentos científicos como parte del concepto de referencia. ^[1]

Véase también

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

Propuestas de misión a Urano

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

Referencias

1. Simon, Amy; Nimmo, Francis; 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 sondeo 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». SpaceNews . 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). National Academies Press. 2022. p. 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 ciencia planetaria respalda el retorno de muestras de Marte y las misiones a los planetas exteriores". SpaceNews . 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 del SLS a través de la nueva etapa superior de gran tamaño". NASASpaceFlight.
7. Hubbard, William B. (3 de junio de 2010). «SDO-12345: estudio decenal de gigantes de hielo» (PDF) . National Academies Press . National Academy of Sciences . Archivado (PDF) del original el 6 de mayo de 2021. Consultado el 22 de junio de 2020 .
8. "Informe del estudio de la misión de prospección predecenal de los gigantes de hielo (junio de 2017)" (PDF) . Consultado el 13 de febrero de 2024 .
9. Es hora de explorar nuevamente Urano y Neptuno, y así es como la NASA podría hacerlo. Loren Grush, The Verge . 16 de junio de 2017.
10. Revisitando a los gigantes de hielo: un estudio de la NASA considera las misiones a Urano y Neptuno. Jason Davis. The Planetary Society . 21 de junio de 2017.
11. La NASA completa el estudio de los conceptos de la futura misión 'Gigante de hielo' Archivado el 6 de agosto de 2020 en Wayback Machine . NASA TV . 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; Quick, 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 Bibliográfico :2021BAAS...53d.371M. doi : 10.3847/25c2cfeb.1f297498 . S2CID  214641023 . Recuperado el 20 de abril de 2021 .
13. Hendrix, Amanda R.; Hurford, Terry A.; Barge, Laura M.; Bland, Michael T.; Bowman, Jeff S.; Brinckerhoff, William; Buratti, Bonnie J.; Cable, Morgan L.; Castillo-Rogez, Julie; Collins, Geoffrey C.; Diniega, Serina; German, Christopher R.; Hayes, Alexander G.; Hoehler, Tori; Hosseini, Sona; 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.; Singer, 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 Bibliográfico :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, et al . "Small Next-generation Atmospheric Probe (SNAP) Concept", LPI 2083 (2018): 2262. Versión larga del artículo: Space Sci Rev , 216, 72 (10 de junio de 2020) Small Next-Generation Atmospheric Probe (SNAP) Concept to Enable Future Multi-Probe Missions: A Case Study for Uranus. Consultado el 22 de junio de 2020.