Viaje interplanetario a Urano.

La sonda Voyager 2 sobrevolando Urano.

En entradas anteriores habíamos hablado acerca de los misterios planetarios que envuelven a Urano, su inclinación extrema, sus oscuros anillos y sus extrañas lunas. Pues bien, recientes estudios en Norteamérica han colocado a la exploración de Urano, como una prioridad para las próximas naves espaciales avanzadas de la NASA, por delante de otros objetivos como Saturno o Venus.

Urano posee una gran inclinación de su eje, así como anillos muy oscuros. 

Seguramente se preguntarán¿Qué hace tan interesante el estudio de este mundo lejano? Existen dos motivos principales primero porque desconocemos muchos aspectos de su estructura interna, y segundo porque ahora sabemos que este tipo de planeta puede ser muy común en nuestra galaxia. Urano y Neptuno, no son versiones más pequeñas de Júpiter y Saturno, sino son un tipo completamente distinto de planeta, llamados a menudo "Gigantes de Hielo".

Un mundo misterioso.

Los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar (Júpiter y Saturno) están formados principalmente por hidrógeno (más del 90% de la masa del planeta) y helio, más un "pequeño" núcleo (del tamaño de la Tierra) de roca y hielos. Es decir, presentan una composición que se asemeja bastante a la de una enana marrón o una estrella. Bien es cierto que los gigantes gaseosos no son exactamente "gaseosos". Las tremendas presiones y temperaturas de su interior hacen que el hidrógeno esté en estado líquido y metálico. Más bien deberían ser llamados "gigantes líquidos". 

Composición interna de los planetas del sistema solar.

Por otro lado, sólo alrededor de un 20% de la masa de los gigantes de hielo corresponde al hidrógeno. El resto está formado por oxígeno, carbono, nitrógeno o azufre, formando compuestos como agua, amoniaco o metano. El menor tamaño de estos planetas impide que el hidrógeno de su interior alcance la fase metálica. En vez de hidrógeno metálico, en este tipo de planetas se cree que existe una mezcla de fluidos supercríticos, especialmente agua. Por lo tanto, "gigantes de hielo" tampoco es una expresión muy correcta que digamos. En todo caso, dejando la semántica aparte, la estructura y evolución de Urano y Neptuno son todo un misterio.

Diseño propuesto para el orbitador de Urano.

Para estudiar estos mundos en profundidad, una sonda espacial no debe limitarse a sobrevolarlo tan solo una vez, como fue el caso de la Voyager 2, necesitamos específicamente un orbitador y, de ser posible, equipado con una sonda atmosférica para estudiar su interior. Neptuno se halla mucho más lejos, por lo que Urano es mucho más atractivo. Una misión a Neptuno necesitaría una asistencia gravitatoria con Júpiter y hacer uso de la técnica de la aerocaptura, si queremos que la masa de la nave y el tiempo de vuelo quede por debajo de límites razonables.

Configuración de lanzamiento de la sonda a Urano (izquierda). Configuración de vuelo espacial (derecha).

La misión propuesta a Urano, llamada tentativamente UOP (Uranus Orbiter Probe) haría uso de muchas tecnologías probadas para alcanzar su objetivo. Partiría de la tierra a lomos de un cohete Atlas V 531, dicho cohete es incapaz de poner a la sonda en rumbo directo a Urano, por lo que la sonda utilizaría un etapa propulsora equipada con 3 motores iónicos alimentados a energía solar utilizando xenón como propulsante, para aumentar su velocidad además sobrevolaría a la tierra en una ocasión. 

Sonda con la etapa propulsora (abajo), dicha etapa deberá acelerar a la nave para que pueda alcanzar a Urano, una vez pasada la órbita de júpiter la nave se desprenderá de dicha etapa propulsora (arriba).

En el espacio la energía solar es muy eficiente (aproximadamente 8 veces el rendimiento que un panel solar ubicado en a superficie de la tierra), pero dicha eficiencia disminuye al aumentar la distancia al sol, por lo que una vez alcanzada una distancia de más de 750 millones de kilómetros (aproximadamente sobre la órbita de Júpiter) la sonda se desprenderá de su etapa propulsora y continuará el viaje en solitario. Pese a todas estas ayudas la nave tardaría "13 años" en llegar a Urano.

Etapa propulsora.

La sonda atmosférica de 127 kg y 76 cm de diámetro se separaría 29 días antes de la llegada de la sonda a Urano. Entraría en la atmósfera a la increíble velocidad de 22 km/s, con un ángulo de -68º. Dependiendo del presupuesto, la sonda resistiría hasta una profundidad correspondiente a 1 ó 5 bar de presión. El descenso duraría una hora. Por su parte, el orbitador se situaría en una órbita polar alrededor de Urano.

Inserción orbital de la sonda en Urano.

Detalles de la sonda atmosférica.

Una vez en órbita la nave sobrevolaría por lo menos 2 veces a los satélites principales del planeta en una misión primaría de alrededor de 400 días de duración. La nave en sí, tendría una masa en seco de 906 kg, emplearía tres generadores de radioisótopos del tipo Stirling (ASRG) para proveer la energía electrica a los instrumentos científicos y otros sistemas de la sonda, además dispondría de una antena de alta ganancia de 2,5 metros de diámetro para transmitir sus datos a la tierra.

Órbitas iniciales de la sonda alrededor de Urano.

De ser aprobada esta misión en los proximos años (algo poco probable), partiría alrededor del 2020, y llegaría a Urano hacia el 2033!!!. Está claro que debemos seguir investigando nuevas y mejores formas de propulsión si queremos explorar a placer el sistema solar.

Aspectos técnicos de la misión.