Misión Rosetta: El sacrificio de Philae

                                

 

 

 

  Por: José Antonio Olmedo López-Amor

 

“Somos una imposibilidad

en un Universo imposible”.
Ray Bradbury

 

La sonda europea Rosetta pertenece a uno de los proyectos científicos más ambiciosos de la ciencia que está a punto de hacer historia.

 

Un viaje mítico

Un miércoles 3 de marzo de 2004, ahora ya hace diez años, y tras dos intentos fallidos -por inclemencias meteorológicas y un fallo técnico-, despegó sin problemas el cohete Arianne 5; el lanzamiento tuvo lugar en Kurou, la Guayana francesa, aquello fue el principio de la misión Rosetta, uno de los proyectos científicos más ambiciosos de la Agencia Espacial Europea (ESA).

El propósito de tal empresa era enviar una sonda al encuentro del cometa 67/P  Churyumov-Gerasimenko, un encuentro que se produciría dentro de diez años a más de 675 millones de  kilómetros de la Tierra. Antes de alcanzar la órbita de dicho cometa, la nave Rosetta necesitó impulsarse hasta en tres ocasiones mediante la fuerza gravitatoria de la Tierra y un nuevo impulso más con el campo gravitatorio de Marte. En su periplo interplanetario hacia el cometa Churyumov/Gerasimenko, Rosetta aprovechó para estudiar dos asteroides. La primera visita la realizó al asteroide Steins, el 5 de septiembre del año 2008, y fue durante los dos últimos sobrevuelos a la Tierra. Steins es un asteroide pequeño, de unos pocos kilómetros de diámetro. El sobrevuelo se efectuó a una velocidad relativamente baja (9 kilómetros por segundo) y a una distancia de unos 1.700 kilómetros. El segundo asteroide que encontró en su camino fue Lutetia, quien posee un diámetro superior a los 100 km y fue sobrevolado el 10 de julio del 2010, justo cuando Rosetta finalizó su trayecto de máxima cercanía a él. Rosetta pasó a una distancia de 300 kilómetros moviéndose a una velocidad de unos 15 kilómetros por segundo. Se aprovechó estas dos ocasiones para conocer mejor la estructura, composición y dinámica de estos pequeños elementos del Sistema Solar. Las fotografías enviadas por Rosetta tras su encuentro con estos asteroides son de una belleza que sobrecoge.

 

Estudio de los cuerpos menores del Universo

El nombre del proyecto es tomado de la famosa piedra de Rosetta, una roca que fue encontrada en Egipto en el año 1799 por el soldado francés Pierre-François Bouchard, un hallazgo que sirvió para descifrar el hasta entonces desconocido lenguaje jeroglífico. Por el mismo motivo, la idea de aterrizar un ingenio humano en un cometa, aunque sea por un periodo breve de tiempo, es algo novedoso, algo que puede arrojar mucha luz sobre asuntos como: la composición íntegra de los cometas, el proceso de formación de los planetas o el origen de la vida; sin duda, una gran ayuda para descifrar otro tipo de misterios jeroglíficos para los que nadie tiene respuesta.

Dentro de la nomenclatura que designa a los cuerpos celestes, los grupos formados por asteroides y cometas son denominados, primitivos. Su composición se prevé tan arcaica como nuestro propio sistema solar, ya que se supone que estos cuerpos son residuos de nuestro proceso de formación planetario. Un cometa, no sólo puede revelar la composición de materia exacta que era capaz de formarse en los albores de nuestro sistema solar, sino que, debido a las bajas temperaturas que soportan en sus tramos de órbita más alejados del Sol (Afelio), son una valiosa cantera de muestras muy bien conservadas. Por tanto, si conocemos su composición, podemos calcular con mayor exactitud tanto posibles fenómenos, como explosiones, fusiones…etc. Como también qué tipo de elementos existían durante el proceso de formación de nuestra galaxia.

El objetivo de Rosetta es el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, descubierto en 1969 por dos investigadores -a los que debe el nombre- de la Universidad de Kiev, (Ucrania). Dicho cometa se mueve alrededor del Sol, entre la Tierra y Júpiter, con un periodo relativamente corto de seis años y medio, y pertenece a los llamados cometas jovianos (cometas cuyas órbitas están fuertemente influenciadas por Júpiter). Tiene un diámetro de unos cuatro kilómetros y una forma parecida a la de un carambolo, o fruta estrella, como muestran las observaciones del Telescopio Espacial Hubble.

El estudio de las órbitas y periodos de los cometas incluyendo los modelos teóricos de la evolución del Sistema Solar, indican que la mayoría de los cometas que conocemos se agrupan en dos regiones bien diferenciadas: una es la Nube de Oort y la otra el Cinturón de Kuiper.

La Nube de Oort es un gigantesco enjambre esférico poblado por cometas cuya amplitud abarca un radio de un año luz -63.000 unidades astronómicas (UA), o casi 10 billones de kilómetros- centrado en el Sol. Una (UA) es una unidad astronómica, un sistema métrico equivalente a (150 millones de kilómetros) la distancia comprendida entre la Tierra y el Sol y se suele utilizar -por simplificación- para mediciones del universo a una escala mayor que los años luz. Muchos consideran esa franja como la frontera del Sistema Solar -aunque para otros el Sistema Solar termina donde cesa la influencia magnética del Sol, lo cual sucede a unas 100 UA o 15.000 millones de kilómetros-.

El Cinturón de Kuiper es una estructura anular que se extiende entre las 30 y 50 UA del Sol. La Nube de Oort y el Cinturón de Kuiper albergan cientos de miles de millones de cometas, todos de una composición similar. Se cree que todos los cometas de periodo largo (más de 200 años en completar una órbita alrededor del Sol) provienen de la Nube de Oort, mientras que la mayoría de los de periodo corto (menos de 200 años) tienen su origen en el Cinturón de Kuiper. Sin embargo, recientemente se descubrieron otras dos poblaciones de cometas o cuerpos similares: una que se mezcla con el cinturón principal de asteroides y otra —los centauros— que se mueve entre los planetas gigantes y se extiende hasta el Cinturón de Kuiper. Los centauros se parecen a los cometas y a los asteroides. Se cree que algunos cometas de periodo corto pertenecen a este grupo.

El proyecto Rosetta cuenta con dos grandes paradigmas científicos, uno es la propia nave o satélite Rosetta, y otro el módulo o sonda Philae.

El satélite Rosetta

Rosetta es un satélite con una masa de 3.065 kg, de los cuales 1.670 corresponden al combustible, 1.130 de ellos se reparten en su estructura, distribuidos en paneles solares , sistemas de navegación y demás artilugios, 165 kg más se encuentran en sus múltiples instrumentos científicos y 100 kg corresponden al colonizador, el verdadero héroe de esta historia, de nombre Philae. Rosetta conforma un paralepípedo de 2.8 x 2.1 x 2.0 metros y está dotado de 24 pequeños motores (3 en cada esquina orientados ortogonalmente entre ellos) que serán los responsables de realizar las maniobras de corrección de órbita, navegación y de aproximación al cometa. Estos motores están alimentados por un sofisticado combustible líquido  formado por monometilhidracina y tetróxido de nitrógeno, presurizados por helio. Cualquier pieza o parte de esta invención futurista es clave y primordial para conseguir el objetivo, no existe nada en el conjunto que sea prescindible.

Debido a su trayectoria, Rosetta se encuentra viajando y deberá alejarse a más de 800 millones de kilómetros del Sol. Esto implica que, en estas circunstancias, la radiación solar que percibirá será el equivalente al 3.5% de la radiación que llega a la Tierra. Por lo tanto, la alimentación que requieren los sistemas de Rosetta necesita un mínimo de 350 vatios para funcionar. Este dato exige disponer de una extensión de paneles solares superior a 56 metros cuadrados. Rosetta está equipada con un sistema de dichos paneles con una extensión de 64 metros cuadrados, conformado por dos sistemas plegables de 16 x 2 metros cada uno. Rosetta es la primera misión espacial que viajará más allá del cinturón de asteroides y cuya energía es abastecida por mediación de paneles solares en lugar de generadores radiactivos. Los paneles solares de Rosetta han representado un gran desafío tecnológico ya que están diseñados para cubrir un amplio rango de irradiación solar, son capaces de producir 8700 vatios en las fases iniciales y finales de la misión, es decir, cuando Rosetta se encuentre a unos 150 millones de kilómetros del Sol, y estará capacitada para producir 400 vatios en las fases más lejanas de su aventura.

 

La sonda Philae

 

Philae debe su nombre a la célebre isla de Egipto donde fue encontrado el obelisco con los nombres de Cleopatra y Ptolomeo del que se valió Champolion, junto a la piedra de Rosetta, para descifrar el enigma jeroglífico.

Philae posee una masa total de 100 kg y ha sido construido por un consorcio europeo liderado por el Instituto Alemán de Investigación Aeroespacial (DLR) y en el que se encuentran institutos de Austria, Finlandia, Francia, Hungría, Irlanda, Italia y el Reino Unido. La industria aeroespacial española ha participado de forma importante en el desarrollo de Rosetta, desde aportaciones al lanzador Ariane 5, como en el control térmico de Rosetta, el análisis de misión, dotación de componentes, etc. En particular, las siguientes empresas españolas han aportado su saber y experiencia a la misión: SENER, GMV, Alcatel, GTD, Tecnológica, CASA y CRISA, principamente para los sistemas OSIRIS y GIADA.

Pero volviendo al Philae, sabemos que consta de una estructura en forma de caja revestida de paneles solares. En ella se encuentran alojados los 10 instrumentos científicos que forman su carga científica junto con el sistema de comunicaciones con el orbital. En la siguiente tabla se encuentran relacionados cada uno de los instrumentos con una pequeña descripción de sus objetivos científicos:

APXS: Espectrómetro de rayos x y de partículas alfa para estudiar la composición atómica de la superficie.

ÇIVA: Seis microcámaras destinadas a tomar imágenes panorámicas de la superficie, además es un espectrómetro para estudiar la composición y albedo superficiales.

CONSERT: Mediante sondeo de radio-frecuencia, estudiará la estructura interna del núcleo cometario.

COSAC: Es un analizador de gas destinado a detectar e identificar moléculas orgánicas complejas.

MODULUS PTOLEMY: Otro analizador de gas destinado a medir las distribuciones isotópicas de los elementos ligeros.

MUPUS: Determinará la densidad y las propiedades térmicas y mecánicas de la superficie.

ROLIS: Es una cámara CCD destinada a obtener imágenes de alta resolución durante el descenso e imágenes panorámicas estereoscópicas de la superficie.

ROMAP: Estudiará el campo magnético del núcleo y la interacción del cometa con el viento solar.

SD2: Consiste en un taladro para tomar muestras del núcleo del cometa hasta 20 cm de profundidad para ser analizadas en una serie de hornos y microscopios.

SESAME: Es un conjunto de tres instrumentos destinados a medir las propiedades eléctricas de la superficie, la estructura del núcleo mediante sondeo acústico y un analizador de impacto de polvo.

 

La última fase

 

Un año después de que el orbital Rosetta terminase su encuentro con el asteroide Lutetia en el año 2010, fue inducido a una hibernación que los científicos preveían, según cálculos estimados, duraría cerca de cuatro años. En el transcurso de ese sueño, el satélite sería dirigido directamente a su encuentro con el cometa 67/P  Churyumov-Gerasimenko y una vez en su estela, sería despertado para iniciar las labores de estudiar, orbitar y aterrizar sobre dicho cuerpo celeste. Hace tan sólo unas semanas, la nave Rosetta se aproximaba velozmente a su objetivo, el equipo de científicos procedió a despertar todos los sistemas hibernados y tras cuatro largos años de incertidumbre, y después de haber seguido estrictamente el protocolo, recibieron una respuesta que celebraron como un triunfo: “Sistema operativo listo y a la espera de recibir órdenes”. Dicho acontecimiento se emitió por televisión en varios países, la euforia y reconocimiento entre la comunidad científica fue plausible. El próximo mes de mayo de 2014, Rosetta alcanzará el punto de cercanía máxima al cometa, hasta entonces, deberá estudiar su núcleo, su morfología, deberá calcular con total exactitud cuál es el punto de aterrizaje más propicio, quizá ese cálculo será uno de los momentos más delicados de la operación, de ello dependerá que el módulo Philae corone con éxito su asentamiento. Toda la información que Rosetta sea capaz de enviar durante los aproximadamente de dos a seis meses que orbitará alrededor del cometa antes del desembarco de Philae, será de vital importancia para la humanidad, después de eso, se prevé que el Philae alcance su apogeo en noviembre de 2014. Será una lucha contra las fuerzas de la naturaleza, un desafío a una velocidad y temperatura extremas. La sonda será liberada y propulsada por un conjunto de propulsores que la orientarán, de manera definitiva, sin margen para el error, y tratará de ser atraída hasta la superficie del cometa a través de su débil gravedad. Una vez allí,  debe anclarse literalmente, clavará un arpón en la superficie para evitar un posible rebote o alejamiento del núcleo. Una de las máximas preocupaciones del gremio científico, es que el lugar escogido para el aterrizaje sea una zona inestable o movediza y no posibilite su enganche de seguridad. Su sistema de perforación, sus múltiples sensores, todo mecanismo posible comenzará a trabajar para tomar muestras y enviar datos en tiempo real, la información será única. Se espera que Rosetta acompañe a Philae hasta finales de 2015, también se espera que la sonda analice al cometa, al menos, durante cinco meses de trascendencia mundial; transcurrido ese tiempo, el combustible, que habrá propiciado la actividad de los sistemas de Philae, así como la cobertura necesaria para que los instrumentos electrónicos soporten dichas temperaturas, se consumirá, sus depósitos quedarán vacíos y quedará a merced de las condiciones del espacio hostil. El módulo Philae verá finalizada su misión, una misión abocada al sacrificio, perderá la conexión con la Tierra, sus sistemas se apagarán y morirá congelado.