Por décadas, sólo podíamos imaginar cuál sería la vista de la superficie de Plutón. Ahora, tenemos lo real.

Las imágenes y los datos del sobrevuelo de la misión New Horizons de Plutón en julio de 2015 nos mostraron un mundo inesperadamente impresionante y geológicamente activo. Los científicos han utilizado palabras como 'mágico, "Impresionante" y "país de las maravillas científicas" para describir las vistas en primer plano tan esperadas del lejano Plutón.

Aunque los científicos todavía están analizando los datos de New Horizons, comienzan a formularse ideas sobre el envío de otra nave espacial a Plutón, pero con una misión orbitadora a largo plazo en lugar de un sobrevuelo rápido.

"La próxima misión apropiada a Plutón es un orbitador, tal vez equipado con un módulo de aterrizaje si tuviéramos fondos suficientes para hacer ambas cosas, "El investigador principal de New Horizons, Alan Stern, dijo a Universe Today en marzo.

Esta semana, Stern ha compartido en las redes sociales que el equipo científico de New Horizons se está reuniendo. Pero, por separado, otro grupo está empezando a hablar sobre una posible próxima misión a Plutón.

Algunas escenas del taller Pluto Follow On Mission en Houston ayer. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01

- AlanStern (@AlanStern) 25 de abril de 2017

Pero llevar una nave espacial a las regiones exteriores de nuestro sistema solar lo más rápido posible presenta desafíos, particularmente en poder reducir la velocidad lo suficiente como para permitir entrar en órbita alrededor de Plutón. Para los veloces y ligeros New Horizons, una misión orbital era imposible.

¿Qué sistema de propulsión podría hacer posible una misión de aterrizaje y / o orbitador de Plutón?

Se están lanzando algunas ideas.

Sistema de lanzamiento espacial

Un concepto aprovecha las grandes ventajas de la NASA. nuevo Space Launch System (SLS), actualmente en desarrollo para permitir misiones humanas a Marte. La NASA describe el SLS como "diseñado para ser flexible y evolutivo y abrirá nuevas posibilidades para cargas útiles, incluía misiones científicas robóticas ". Incluso la primera versión del Bloque 1 puede lanzar 70 toneladas métricas (las versiones posteriores podrían levantar hasta 130 toneladas métricas). El Bloque 1 estará propulsado por propulsores gemelos de cohetes sólidos de cinco segmentos y cuatro motores de propulsión líquida , con un 15% más de empuje propuesto en el lanzamiento que los cohetes Saturno V que enviaron astronautas a la Luna.

Pero una misión en órbita a Plutón podría no ser el mejor uso del SLS por sí solo.

Se necesita mucho combustible para acelerar un vehículo a una velocidad lo suficientemente rápida como para llegar a Plutón en un período de tiempo razonable. Por ejemplo, New Horizons fue la nave espacial más rápida jamás lanzada, usando un cohete Atlas V mejorado con impulsores adicionales, realizó una gran quemadura cuando New Horizons partió de la órbita terrestre. La nave espacial liviana se alejó de la Tierra a 36, 000 millas por hora (aproximadamente 58, 000 km / hora), luego usó una asistencia de gravedad de Júpiter para aumentar la velocidad de New Horizons a 52, 000 mph (83, 600 km / h), viajando casi un millón de millas (1,5 millones de kilómetros) al día en su viaje de 3 mil millones de millas (4,8 mil millones de kilómetros) a Plutón. El vuelo duró nueve años y medio.

"Para entrar en la órbita de Plutón, un vehículo [como SLS] tendría que aumentar a la misma velocidad, luego dé la vuelta y desacelere durante la mitad del viaje para llegar a Plutón con una velocidad neta de cero en relación con el planeta, "explicó Stephen Fleming, un inversor en varias empresas emergentes de espacio alternativo, incluida XCOR Aerospace, Recursos planetarios y NanoRacks. "Desafortunadamente, debido a la tiranía de la ecuación del cohete, tendría que llevar todo el combustible / propulsor para desacelerar con usted en el lanzamiento ... lo que significa acelerar el orbitador Y todo ese combustible en la fase inicial. Eso requiere logarítmicamente más combustible para la combustión inicial, y resulta ser MUCHO combustible ".

Fleming le dijo a Universe Today que usar el SLS multimillonario para lanzar un orbitador Plutón, terminaría lanzando una carga útil completa llena de propulsor solo para acelerar y desacelerar un diminuto orbitador Plutón. "Es una misión extraordinariamente cara, " él dijo.

Propulsión de iones RTG

Una mejor opción podría ser utilizar un sistema de propulsión de tecnologías combinadas. Stern mencionó un estudio de la NASA que analizó el uso del SLS como vehículo de lanzamiento y para impulsar la nave espacial hacia Plutón. pero luego usando un motor de iones accionado por RTG (generador termoeléctrico de radioisótopos) para frenar más tarde para una llegada orbital.

Un RTG produce calor a partir de la descomposición natural del plutonio-238 no apto para armas, y el calor se convierte en electricidad. Un motor de iones RTG sería un sistema de propulsión de iones más potente que el motor de iones eléctrico solar actual de la nave espacial Dawn, ahora orbitando Ceres, en el cinturón de asteroides, además permitiría el funcionamiento en el sistema solar exterior, lejos del sol. Este motor de iones de propulsión nuclear permitiría a una nave espacial a alta velocidad reducir la velocidad y entrar en órbita.

"El SLS te impulsaría a volar a Plutón, "Stern dijo, "y en realidad se necesitarían dos años para frenar con propulsión iónica".

Stern dijo que el tiempo de vuelo para una misión de este tipo a Plutón sería de siete años y medio, dos años más rápido que New Horizons.

Propulsión por fusión

Pero la opción más emocionante podría ser una misión Pluto Orbiter y Lander habilitada por fusión propuesta actualmente en un estudio de Fase 1 en Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA.

La propuesta utiliza un motor Direct Fusion Drive (DFD) que tiene propulsión y potencia en un dispositivo integrado. DFD proporciona un alto empuje para permitir un tiempo de vuelo de aproximadamente 4 años a Plutón, además de poder enviar una masa sustancial a la órbita, quizás entre 1000 y 8000 kg.

DFD se basa en el reactor de fusión Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC) que ha estado en desarrollo durante 15 años en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton.

Si este sistema de propulsión funciona según lo planeado, podría lanzar un orbitador Plutón y un módulo de aterrizaje (o posiblemente un rover), y proporcionar suficiente energía para mantener un orbitador y todos sus instrumentos, además de transmitir mucha potencia a un módulo de aterrizaje. Eso permitiría al vehículo de superficie transmitir video al orbitador porque tendría mucha potencia, según Stephanie Thomas de Princeton Satellite Systems, C ª., quién dirige el estudio NIAC.

"Nuestro concepto generalmente se recibe como, 'Guau, ¡eso suena muy cool! ¿Cuándo puedo conseguir uno? '", Dijo Thomas a Universe Today. Ella dijo que ella y su equipo eligieron un prototipo de misión de aterrizaje y orbitador Plutón en su propuesta porque es un gran ejemplo de lo que se puede hacer con un cohete de fusión.

Su sistema de fusión utiliza una pequeña matriz lineal de bobinas de solenoide, y su combustible de elección es deuterio helio 3, que tiene una producción de neutrones muy baja.

"Cabe en una nave espacial, cabe en un vehículo de lanzamiento, Thomas explicó en una charla del simposio del NIAC (su charla comienza alrededor de las 17:30 en el video vinculado). "No hay litio, u otros materiales peligrosos, produce muy pocas partículas dañinas. Tiene aproximadamente el tamaño de una minivan o un camión pequeño. Nuestro sistema es más barato y más rápido de desarrollar que otras propuestas de fusión ".

El equipo de Princeton ha podido producir pulsos de 300 milisegundos con su experimento de calentamiento de plasma, órdenes de magnitud mejor que cualquier otro sistema.

"El mayor obstáculo es la fusión en sí, ", dijo." Necesitamos construir un experimento más grande para terminar de probar el nuevo método de calentamiento, lo que requerirá un orden de magnitud más de recursos de los que el proyecto ha estado recibiendo del Departamento de Energía hasta ahora, ", Dijo Thomas por correo electrónico." Sin embargo, todavía es pequeño en el gran esquema de proyectos de tecnología avanzada, alrededor de $ 50 millones ".

Thomas dijo que DARPA ha gastado mucho más en muchas iniciativas tecnológicas que terminaron canceladas. Y también es mucho menos de lo que requieren otras tecnologías de fusión para la misma etapa de investigación, dado que nuestra máquina es tan pequeña y tiene una configuración de bobina simple ". (Thomas dijo que eche un vistazo al presupuesto para ITER, el megaproyecto internacional de investigación e ingeniería de fusión nuclear, actualmente con más de $ 20 mil millones).

"Para hacerlo mas simple, sabemos que nuestro método calienta los electrones muy bien y se puede extrapolar a los iones de calentamiento, pero tenemos que construirlo y demostrarlo, " ella dijo.

Thomas y su equipo están trabajando actualmente en la tecnología del "equilibrio de la planta":los subsistemas que serán necesarios para operar el motor en el espacio. asumiendo que el método de calentamiento funciona como se predice actualmente.

En términos de la misión de Plutón en sí, Thomas dijo que no hay obstáculos en particular en el orbitador en sí, pero implicaría ampliar algunas tecnologías para aprovechar la gran cantidad de energía disponible, como las comunicaciones ópticas.

"Podríamos dedicar decenas o más kW de potencia al láser de comunicación, no 10 vatios, [como las misiones actuales] ", dijo." Otra característica única de nuestro concepto es poder transmitir una gran cantidad de energía a un módulo de aterrizaje. Esto permitiría nuevas clases de instrumentos de ciencia planetaria como poderosos taladros. Existe la tecnología para hacer esto, pero los instrumentos específicos deben diseñarse y construirse. La tecnología adicional que se necesitará y que está en desarrollo en varias industrias son los radiadores espaciales livianos, cables superconductores de próxima generación, y almacenamiento criogénico a largo plazo para el combustible de deuterio ".

Thomas dijo que su investigación sobre el NIAC va bien.

"Fuimos seleccionados para el estudio NIAC Phase II, y estamos en negociaciones contractuales ahora, ", dijo." Estamos ocupados trabajando en modelos de mayor fidelidad del empuje del motor, diseñar componentes de la trayectoria, y dimensionamiento de los distintos subsistemas, incluyendo las bobinas superconductoras, ", dijo." Nuestras estimaciones actuales son que un solo motor de 1 a 10 MW producirá entre 5 y 50 N de empuje, alrededor de las 10, 000 segundos de impulso específico ".

Zapping láser a Plutón

Otra posibilidad de propulsión futurista son los sistemas basados ​​en láser propuestos por Yuri Milner para su propuesta Breakthrough Starshot, donde pequeños cubesats podrían ser atacados por láseres en la Tierra, básicamente, naves espaciales "eliminando errores" para alcanzar velocidades increíbles (posiblemente millones de millas / km por hora) para visitar el sistema solar exterior o más allá.

"No está realmente en nuestras cartas utilizar este tipo de tecnología, porque tendríamos que esperar décadas para que esto se desarrolle, "Dijo Stern." Pero si pudieras enviar peso ligero, naves espaciales económicas a velocidades como una décima parte de la velocidad de la luz basadas en láseres de la Tierra. Podríamos enviar estas pequeñas naves espaciales a cientos o miles de objetos en los cinturones de Kuiper, y estarías ahí en cuestión de dos días y medio. Podrías enviar una nave espacial más allá de Plutón todos los días. Eso sería realmente un cambio de juego ".

El futuro realista

Pero incluso si todos están de acuerdo en que se debe hacer un orbitador de Plutón, La fecha más temprana posible para una misión de este tipo es en algún momento entre principios de la década de 2020 y principios de la de 2030. Pero todo depende de las recomendaciones que presente la próxima encuesta decenal de la comunidad científica, lo que sugerirá las misiones de mayor prioridad para la División de Ciencias Planetarias de la NASA.

Estas encuestas decenales son "hojas de ruta" de 10 años que establecen prioridades científicas y brindan orientación sobre dónde la NASA debería enviar naves espaciales y qué tipo de misiones deberían ser. La última Encuesta Decadal se publicó en 2011, y que estableció las prioridades de la ciencia planetaria hasta 2022. El próximo, para 2023-2034, probablemente se publique en 2022.

La misión New Horizons fue el resultado de las sugerencias del Decadal Survey de ciencia planetaria de 2003, donde los científicos dijeron que visitar el sistema de Plutón y los mundos más allá era un destino de máxima prioridad.

Entonces, si sueñas con un orbitador de Plutón, sigue hablando de ello.