NASA Solar Parker Probe
NASA Solar Parker Probe rumbo al Sol
Una de las misiones mas ambisiosas de NASA en los últimos años es la Solar Parker Proble, una sonda que literalmente se meterá en el Sol. El despegue desde la Base Aérea de Cabo Cañaveral, la nave Parker Solar Probe, una sonda que se acercará a nada más y nada menos que a seis millones de kilómetros del Sol. Puede que esa bola de luz que vemos en el cielo cada día sea una simple estrella G2V del montón, pero es la más cercana y la supervivencia de nuestra civilización tecnológica depende en buena medida de que conozcamos todos sus secretos en profundidad. La Parker Solar Probe rozará el Sol con el objetivo de estudiarlo en detalle, pero, paradójicamente, no por los motivos que la mayoría de personas piensa. Y, además, aproximarse al Sol tampoco es nada sencillo y, de hecho, es la parte más compleja de la misión.
El Sol no solo es la fuente de la vida de este pequeño planeta rocoso gracias a la radiación que emite en diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético, sino que también genera un flujo constante de partículas cargadas conocido como viento solar que domina la magnetosfera de la Tierra. De vez en cuando a nuestra estrella le da por lanzar más partículas de las que emite habitualmente, creando una tormenta geomagnética al interactuar con el campo magnético terrestre. Estas tormentas pueden dañar gravemente a todo tipo de satélites e incluso dejar fuera de juego la red eléctrica de regiones o naciones enteras. Y nadie quiere que una fulguración como el Suceso Carrington de 1859 nos deje a oscuras. Pero todavía nos queda mucho por aprender con respecto al Sol. Por ejemplo, no tenemos muy claro qué mecanismos están detrás de uno de los mayores misterios de nuestra estrella: ¿Cómo es posible que la corona solar esté mucho más caliente que la superficie visible del Sol?
Las reconexiones magnéticas y las ondas magnetohidrodinámicas son dos fenómenos que juegan un papel clave en el calentamiento de la corona y en la aceleración del viento solar en una zona que apenas tiene 500 kilómetros de espesor, pero para estudiarlos en detalle lo ideal sería hacerlo in situ, o, como mínimo, lo más cerca posible. Así que, efectivamente, nos interesa enviar una sonda espacial a las cercanías del Sol, pero no para obtener bonitas imágenes de nuestra estrella, sino para analizar las partículas que emite. Cualquier telescopio solar situado en tierra o en órbita terrestre ya es capaz de ofrecernos imágenes de alta resolución del Sol. Para que las fotografías de una sonda superen la resolución de estos instrumentos habría que acercarse tanto que, por ahora, simplemente no sale rentable. Sin embargo, si lo que queremos es comprender el origen del viento solar y el anómalo calentamiento de la corona no hace falta que nos zambullamos en el Sol. Con situarse a unos pocos millones de kilómetros basta, aunque esto es de por sí todo un desafío tecnológico de primer orden. Bien, ahora queda resolver el siguiente problema. ¿Cómo llegar hasta allí?Contrariamente a lo que mucha gente piensa, viajar al Sol no es nada sencillo. No basta con «dejarse caer» desde la órbita terrestre y ya está. En astronáutica lo que cuenta es la energía que debemos aportar para llegar a nuestro destino, que es proporcional a la Delta-V, sin importar si aceleramos o frenamos. Y cualquier objeto situado en la órbita de la Tierra alrededor del Sol ya tiene una considerable cantidad de energía de la que debemos deshacernos para acercarnos a nuestra estrella. Aunque parezca increíble, en la actualidad no existe ningún cohete lo suficientemente potente para mandar a una nave a las cercanías del Sol de forma directa. En realidad, la energía para acercarse a nuestra estrella a menos de diez radios solares es unas sesenta veces la energía necesaria para ir a Marte. La única solución es realizar maniobras de asistencia gravitatoria con otros planetas para reducir nuestra energía orbital y aproximarnos al Sol.
Es por esto que, aunque la NASA identificó en una fecha tan temprana como 1958 la necesidad de enviar una sonda cerca del Sol, nadie lo ha hecho hasta ahora. Por otro lado, hasta este momento hemos obviado las complejidades técnicas que suponen acercarse mucho al Sol. El récord de proximidad a nuestra estrella de una nave operativa lo tiene la sonda alemana Helios B, que en 1976 llevó a cabo un paso por el perihelio —el punto más cercano al Sol de una órbita— a tan solo 43,4 millones de kilómetros del Sol (unos 65 radios solares), es decir, por dentro de la órbita de Mercurio (cuyo punto más cercano al Sol está a 47 millones de kilómetros). Pero si queremos desentrañar los misterios del calentamiento de la corona hay que ir mucho más cerca, a menos de 7 millones de kilómetros (10 radios solares) de la superficie visible (la fotosfera). A principios de este siglo la NASA identificó la misión Solar Probe como una de las prioridades para el estudio del Sol. Solar Probe debía ser una misión de tipo flagship muy cara y ambiciosa. La sonda se acercaría hasta 2,1 millones de kilómetros (3 radios solares) de la superficie, aunque su órbita no sería circular, sino altamente elíptica. De esta forma se podría conciliar la necesidad de acercarse mucho al Sol con los problemas tecnológicos asociados con esta decisión. Con el fin de evitar las elevadas temperaturas Solar Probe emplearía un escudo térmico durante sus pasos por el perihelio. Se descartó usar energía solar porque por entonces no existía la tecnología que permitiese crear paneles que no se degradasen de forma catastrófica por culpa de la intensa radiación a esa distancia, así que Solar Probe llevaría generadores de radioisótopos (MMRTG).La sonda que más se iba a acercar al Sol debía emplear la misma tecnología que las naves que exploran el sistema solar exterior. De hecho, el uso de RTGs permitiría que la nave usase Júpiter para realizar una maniobra de asistencia gravitatoria para aproximarse al Sol (recuerda lo difícil que es llegar a las cercanías del astro rey). Más o menos una versión extrema de las maniobras que llevó a cabo la sonda europea Ulises en los años 90. Solar Probe debía realizar un mínimo de dos sobrevuelos del Sol a una distancia de 2,1 millones de kilómetros con 4,6 años de diferencia, permitiendo de este modo estudiar el viento solar y la corona en fases distintas del ciclo solar de 11 años. La sonda pasaría por el perihelio a una velocidad de 1,1 millones de km/h (308 km/s), por lo que cada sobrevuelo solo duraría unas 14 horas en total. El escudo térmico estaría formado por un cono de 2,7 metros hecho de carbono-carbono, el mismo material empleado en las losetas térmicas del morro y el borde de ataque de las alas del transbordador espacial (en principio el escudo iba a tener una forma elíptica para reflejar la luz solar eficientemente, pero se decidió cambiar el diseño).
La nave, de 3 metros de alto, despegaría mediante un cohete Atlas V 551 al que se le añadiría una etapa extra de combustible sólido Star-48BV de forma parecida a la técnica usada en el lanzamiento de la sonda New Horizons a Plutón, aunque en este caso la sonda viajaría en dirección contraria. Como esto no era suficiente, para reducir su perihelio todavía más Solar Probe Plus usaría ahora siete maniobras de asistencia gravitatoria con Venus, una trayectoria conocida como V7GA. La introducción de V7GA fue una revolución para la misión, puesto que ya no era necesario realizar un sobrevuelo de Júpiter para aproximarse al Sol. Sin la trayectoria V7GA la misión Solar Probe Plus no habría sido posible. Según el nuevo plan, el escudo térmico no debería soportar temperaturas tan altas —«solo» 1.440 ºC— y pasaría a tener un diseño plano circular más simple de 2,3 metros de diámetro. Tras el escudo se instalarían dos radiadores con líquido de 4,4 metros cuadrados para refrigerar la nave. La nave tendría nueve instrumentos para estudiar las partículas y los campos magnéticos en las proximidades del Sol.
A partir de 2008 el proyecto estaría a cargo del laboratorio APL (Applied Physics Laboratory) de la Johns Hopkins University. En 2010 el diseño sería refinado al pasar a la Fase A y se decidió lanzar la nave en 2018. Se abandonó la forma circular del escudo térmico, que pasó a tener unas dimensiones de 2,4 x 3,1 metros, 11,43 centímetros de espesor y una masa de unos 70 kg. La masa de la sonda fue aumentando hasta alcanzar los 685 kg, de ahí que posteriormente también se decidiese cambiar de cohete a favor del Delta IV Heavy de ULA, actualmente el segundo lanzador más potente en servicio tras el Falcon Heavy. Por último, la misión fue rebautizada como Parker Solar Probe (PSP) en honor a Eugene Parker, un astrofísico solar estadounidense que ha estudiado el calentamiento de la corona (Parker propuso en los años 80 que este fenómeno era debido a «nanofulguraciones») y el viento solar (el patrón en espiral del viento solar lleva su nombre).
Más información:
https://www.nasa.gov/content/goddard/parker-solar-probehttp://parkersolarprobe.jhuapl.edu/
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