Esta nave espacial se está preparando para una misión unidireccional para desviar un asteroide

En una sala limpia en el Edificio 23 del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland, se abrió una nave espacial llamada DART como un huevo cúbico fracturado. Un instrumento llamado rastreador de estrellas, que, una vez que DART esté en el espacio profundo, determinará en qué dirección se encuentra, se montó en el núcleo, junto con baterías y una variedad de otros sensores. El sistema de aviónica, la computadora central de DART, se adjuntó de manera prominente a paneles cuadrados mecanizados con precisión que formarán los lados, una vez que la nave espacial esté plegada. Los cables iban desde la computadora hasta el sistema de radio que DART utilizará para comunicarse con la Tierra. Se expusieron giroscopios y antenas. En una habitación de al lado, un sistema de propulsión experimental llamado NEXT-C estaba esperando su turno. Grandes haces de gruesos zarcillos envueltos en aislamiento plateado colgaban de la nave espacial y corrían por el suelo hasta la sala de control, donde se conectaban a una enorme batería de ordenadores de banco de pruebas operados por cuatro ingenieros.

Un reloj sobre una de las computadoras decía: “Días para el lanzamiento de DART: 350: 08: 33”.

DART, la prueba de redireccionamiento de doble asteroide, está diseñada para estrellarse contra un asteroide llamado Dimorphos. El impacto cambiará la velocidad de Dimorphos en aproximadamente un milímetro por segundo, o quinientas centésimas de milla por hora. Aunque Dimorphos no está a punto de chocar con la Tierra, DART está destinado a demostrar la capacidad de desviar un asteroide como ese que es en nuestro camino, si alguna vez se descubre uno.

Desde que una sonda soviética llamada Luna 1 se convirtió en la primera nave espacial en escapar de la órbita de la Tierra el 2 de enero de 1959, la humanidad ha enviado alrededor de 250 sondas al sistema solar. DART es único entre ellos. Es el primero que se propone no estudiar el sistema solar, sino cambiarlo.


Para 1980, los astrónomos habían determinado las órbitas de unos 10.000 asteroides, incluidos 51 asteroides “cercanos a la Tierra” (junto con 44 cometas cercanos a la Tierra). Hoy en día, las cifras han aumentado: el Minor Planet Center realiza un seguimiento de unos 800.000 asteroides en total, de los cuales casi 24.000 tienen órbitas que los acercan a la Tierra. La gran mayoría de estos se han descubierto desde 1998, cuando el Congreso le dio a la NASA 10 años para identificar todos los objetos cercanos a la Tierra de más de un kilómetro (0,6 millas) de diámetro. Gracias a los análisis estadísticos, los astrónomos creen que han encontrado alrededor del 95% de los grandes asteroides cercanos a la Tierra, del tipo que destruiría la civilización si golpearan nuestro planeta.

Reloj de cuenta atrás de la sala de control de DART
El reloj de cuenta atrás de lanzamiento en APL.

NASA / JOHNS HOPKINS APL / ED WHITMAN

La Tierra mueve la distancia de su diámetro cada siete minutos. Si la hora de llegada de un objeto entrante se puede cambiar en más de unos 10 minutos, nos perderá. (Los detalles, por supuesto, dependen de la trayectoria particular; los tres minutos adicionales son para explicar el efecto de la atracción gravitacional de la Tierra).

Didymos tiene aproximadamente media milla de ancho. Dimorphos tiene unos 500 pies de diámetro, aproximadamente el tamaño de un pequeño estadio deportivo. Nadie sabe aún cómo se ve, porque es demasiado pequeño y está muy lejos para observaciones detalladas de telescopios en la Tierra o cerca de ella. Los dos asteroides están separados por un kilómetro; Dimorphos orbita el asteroide más grande a una velocidad más lenta que la caminata de una persona.

En 2005, el Congreso dio a la NASA nuevas órdenes para catalogar todos los objetos cercanos a la Tierra de más de 140 metros (460 pies) de diámetro, objetos cuyo impacto sería catastrófico en lugar de apocalíptico. Ese trabajo sigue en curso, y en 2016, la NASA estableció la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria para coordinar la miríada de agencias estadounidenses e internacionales que se movilizarían si se descubriera un objeto destructivo en nuestro camino. DART es la primera misión del grupo.

“No tenemos que ser víctimas del cosmos”, dice Lindley Johnson, quien dirige la oficina. “Si nos enfrentamos a esa situación, no queremos que el primer uso en el mundo real de la desviación de asteroides sea algo imprescindible”. Los objetivos de DART son dobles: demostrar que una nave espacial puede chocar con un asteroide con éxito y medir los efectos de la colisión.

Las propuestas anteriores contemplaban el uso de dos vehículos: uno para hacer la colisión y otro, enviado con anticipación, para observar la colisión y medir sus efectos. Parecía la única opción porque con un asteroide viajando a 30 kilómetros por segundo, el cambio milimétrico por segundo en la velocidad causado por una colisión sería muy difícil de medir usando telescopios basados ​​en o cerca de la Tierra. Pero esto era caro: hasta mil millones de dólares.

Luego, a principios de 2011, Andy Cheng, el científico jefe que estudia la defensa planetaria en el Laboratorio de Física Aplicada, tuvo una epifanía. En lugar de enviar dos naves espaciales, su plan enviaría una sola nave a estrellarse contra un pequeño asteroide que orbita alrededor de uno más grande. Los astrónomos podrían usar un truco inteligente para medir la fuerza del golpe.

“Cada 12 horas, da vueltas y vueltas, siempre igual. Lo que estamos haciendo con DART es contrarreloj “.

Esta misión más sencilla costaría sólo unos 250 millones de dólares, una ganga relativa. El cambio fue crucial para que la NASA aprobara DART. Al final, la Agencia Espacial Italiana contribuyó con una nave espacial del tamaño de una caja de zapatos llamada LICIACube para llevar a cuestas en DART, lo que ayudará con las observaciones sin aumentar mucho el costo.

El objetivo de Cheng, Dimorphos, fue descubierto en 2003 orbitando un asteroide más grande. Después del descubrimiento, el cuerpo más grande se llamó Didymos, la palabra griega para gemelo. Su luna recibió su nombre en 2020. Como se ve desde la Tierra, su órbita a veces pasa por delante y por detrás de Didymos, bloqueando parcialmente el asteroide más grande en cada revolución. Utilizando telescopios terrestres, “puede realizar una medición muy precisa de la órbita observando las caídas de la luz”, dice Cheng. Se utiliza una técnica similar para identificar exoplanetas que orbitan estrellas distantes.

“La órbita de Dimorphos alrededor de Didymos es como un reloj”, dice Tom Statler, científico del programa de la misión DART en la sede de la NASA. “Cada 12 horas, da vueltas y vueltas, siempre igual. Lo que estamos haciendo con DART es contrarreloj “. Todo lo que los astrónomos tienen que hacer es medir qué tan rápido marca el reloj antes del impacto y luego volver a medirlo. Esperan que el período orbital cambie en unos 10 minutos, o un poco más del 1%.

Ésta es información suficiente para permitirles estimar la cifra que más les importa: algo llamado eficiencia de transferencia de impulso, que normalmente se denomina con la letra griega β. Como su nombre lo indica, es una medida de cuánto del impulso de la nave espacial se transfiere al asteroide (en lugar de, digamos, arrojar trozos de roca). Cuanto mayor sea β, más eficaz habrá sido DART para cambiar el curso de Dimorphos.

Determinar β es importante porque para protegernos contra los impactos de los asteroides, necesitamos poder predecir cuánto se moverá uno cuando una nave espacial lo golpee. Como Cheng y sus coautores escribieron en un artículo de 2020, “La determinación de β a partir de las mediciones y el modelado DART es un objetivo de la ciencia de la defensa planetaria de importancia crítica”.

Algunas suposiciones se incluirán en el cálculo de β del equipo de DART. En términos generales, estimarán el tamaño de Dimorphos analizando las imágenes que tomarán DART y LICIACube. Ese número, combinado con una suposición fundamentada de la densidad del asteroide, les da una estimación de su masa. Ese El número, combinado con las observaciones del cambio en el período orbital, les permite estimar β. (Sí, hay mucha estimación involucrada).

Concepto de misión DART
La prueba de redireccionamiento de doble asteroide (DART) de la NASA será la primera misión espacial diseñada para probar la tecnología de defensa planetaria. DART alterará la velocidad de Dimorphos lo suficiente como para ser medido por telescopios terrestres. (La ilustración no está a escala).

NASA / JOHNS HOPKINS APL

Sin embargo, nada de esto les dirá a los astrónomos por qué β tomó ese valor particular para la colisión DART-Dimorphos. Los asteroides son diversos en tamaño y composición. No se sabe mucho sobre su estructura interna. Nadie sabe con certeza si DART creará un cráter grande o uno pequeño. “Esperamos que esos factores dependan de la topografía del lugar donde impacta DART”, dice Andy Rivkin, quien dirige el equipo científico de DART con Cheng.

En otras palabras: ¿Golpeará la nave espacial una ladera o un terreno plano? ¿Habrá cantos rodados? ¿Roca dura o blanda? ¿Grava? ¿Suciedad? Y como resultado, ¿cuánta eyección creará DART? ¿En qué dirección irá esa eyección y qué tan rápido? La eyección que sale volando en una dirección le da al asteroide una patada en la dirección opuesta, por lo que la respuesta afecta el valor final de β.

El equipo planea comparar los datos que recopila DART con simulaciones por computadora de impactos similares. Esto les permitirá mejorar sus modelos, permitiéndoles calcular mejor qué tipo de proyectil se necesitaría para desviar un futuro asteroide que se dirige a la Tierra.


Construir una nave espacial es probar una nave espacial. Llegar al espacio es caro; apuntando a un asteroide distante aún más. Las cosas tienen que funcionar la primera vez.

Un día de agosto cuando visité APL, Rosanna Smith, líder de pruebas de propulsión de DART, se sentó en la sala de control supervisando las pruebas de los propulsores de hidracina de la nave espacial. Cada componente ya había sido probado, muchas veces, individualmente. Ahora estaban siendo probados nuevamente, como partes de un todo. DART se conectó a computadoras del banco de pruebas que le proporcionaron datos, lo que hizo que esos componentes se comportaran como si estuvieran en el espacio. Los propulsores no estaban encendidos, pero la aviónica de la nave respondió como si lo hubieran hecho. Si se detectaba una anomalía, explicó Smith, los ingenieros se detendrían para evaluar la sonda. Podrían vestirse y entrar en la sala limpia, conectar un osciloscopio a la nave espacial y ver qué estaba pasando.

El objetivo era obtener datos sobre el rendimiento básico de DART. En las próximas semanas, los ingenieros planeaban someter la nave espacial a pruebas de vibración: agitarla violentamente, aproximar físicamente las tensiones de las maniobras de lanzamiento y vuelo, para ver qué se rompía, si es que algo se rompía. Planearon poner la nave espacial en una cámara de vacío térmico para simular el espacio, haciéndolo funcionar en ciclos de frío y calor. Después de cada actividad, volverían a realizar las pruebas del día, comparando los resultados con la línea de base para ver qué cambiaba y qué no.

Por lo general, puede haber una docena de personas en la sala realizando pruebas. Pero, como muchas otras cosas, los procedimientos de montaje de DART han cambiado en respuesta a la pandemia. APL ha instalado cámaras en toda la instalación. Aquellos que trabajan desde casa pueden marcar para ver qué está sucediendo. Sus voces surgieron de los altavoces del techo y los ingenieros de la sala respondieron con indiferencia, como si hablaran con fantasmas.

Esta nave espacial se está preparando para una misión unidireccional para desviar un asteroide

El viaje de la Tierra a Didymos dura 14 meses. DART se lanzará en un cohete Falcon 9 desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en la costa de California, 130 millas al noroeste de Los Ángeles. La nave espacial despegará hacia el sur y rodeará al sol una vez antes de encontrarse con los asteroides unas semanas después de su aproximación más cercana a la Tierra, cuando Didymos y Dimorphos estarán a unos 6,8 millones de millas de distancia, unas 30 veces más lejos que la luna. La trayectoria fue diseñada para minimizar la energía requerida para lanzar DART y para cronometrar el impacto para una aproximación cercana, de modo que los telescopios terrestres puedan obtener la mejor vista posible de la colisión.

Pero primero, DART tiene que encontrar a Didymos. Treinta días antes del impacto, la nave espacial comenzará a recolectar imágenes de navegación óptica mientras se acerca a los asteroides gemelos a casi 15,000 millas por hora. Los astrónomos no conocen las órbitas de los asteroides con la precisión necesaria para un impacto preprogramado, y aún no lo saben cuando un sistema a bordo llamado SMART Nav se hace cargo. El plan de la misión exige que DART llegue a no más de 50 pies del punto objetivo planeado, pero para entonces la incertidumbre sobre la órbita de Didymos seguirá siendo de miles de pies, y para el Dimorphos, mucho más pequeño, será aún mayor.

Cuatro horas después, “encendemos SMART Nav, identifica a Didymos y comienza a buscar Dimorphos, que estamos tratando de encontrar”, dice Elena Adams, ingeniera en jefe de la misión DART. Hay radiación en el espacio y ruido en el detector, por lo que los algoritmos comparan píxeles en su campo de visión. Una hora antes del impacto, el software debería identificar Dimorphos. “Una vez que descubre el píxel que quiere, que está en la ubicación correcta y que tiene sentido, es cuando cambia de apuntar al asteroide principal a apuntar a su luna”, agrega.

Incluso si los astrónomos conocieran la posición de Dimorphos con total precisión, DART no podría ser preprogramado para ejecutar la maniobra requerida con suficiente precisión para golpearlo. Ningún propulsor está perfectamente alineado y ningún rendimiento de un propulsor está perfectamente modelado. Para cada maniobra, una nave espacial necesita maniobras de corrección de seguimiento para tener en cuenta las desviaciones. SMART Nav lo hace de forma autónoma. Además, DART utilizará sus propulsores para permanecer apuntando en la dirección correcta; esto cambiará su trayectoria en varios pies. Todas estas desviaciones serán evaluadas y corregidas continuamente por SMART Nav en las últimas horas antes del impacto. En comparación, para las maniobras típicas de naves espaciales ejecutadas por humanos, generalmente se necesitan horas o días para calcularlas y ejecutarlas, y luego evaluar el rendimiento para diseñar una corrección. Mientras realiza ajustes de trayectoria, SMART Nav mantiene los paneles solares de la nave apuntando al sol y la antena de alta ganancia apuntando a la Tierra, enviando imágenes de Didymos y Dimorphos aproximadamente cada dos segundos. A medida que la nave espacial se acerca al asteroide, los propulsores de hidracina se dispararán con frecuencia para mantener al objetivo dentro del estrecho campo de visión de su cámara.

SMART Nav dejará de ejecutar maniobras unos dos minutos antes del impacto, y la nave espacial se deslizará hacia el asteroide. “Logramos la resolución requerida del lugar del impacto unos 20 segundos antes del impacto y enviamos la última imagen a la Tierra dentro de los últimos siete segundos del impacto”, dice Adams. “Y luego – ¡boom!”


Los impactadores cinéticos como DART no son la única forma de desviar un asteroide entrante. La NASA ha contemplado detonar una bomba nuclear cerca de un asteroide para desviarlo. Esto libera mucha más energía para alejar el asteroide, pero corre el riesgo de fragmentarlo en una gran cantidad de proyectiles más pequeños con trayectorias impredecibles; algunos todavía podrían golpear la Tierra. Otras opciones incluyen remolcadores, que se acoplarían a un asteroide y lo desviarían de su curso con un empuje lento y constante, o “tractores de gravedad”, naves espaciales que volarían cerca de un asteroide y, en el transcurso de años o incluso décadas, lo sacarían lentamente. su curso de colisión por la fuerza de su propia gravedad.

Ambas alternativas son técnicamente más complicadas que un impactador cinético como DART. Pero DART también está probando tecnologías que podrían aplicarse a naves espaciales posteriores.

Por ejemplo, demostrará el nuevo propulsor de iones, NEXT-C. Esto no es necesario para la misión de DART, que se basará principalmente en cohetes químicos convencionales. Pero los propulsores de iones, que utilizan la electricidad para generar impulso, son mucho más eficientes que sus homólogos químicos. Con unos pocos cientos de libras de propulsor pueden lograr lo que requeriría decenas de miles de libras de combustible químico como la hidracina. Solo dos naves espaciales, Deep Space One y Dawn, han utilizado propulsores de iones en el espacio profundo, y NEXT-C es aproximadamente tres veces más potente que las de esas misiones.

Para generar la electricidad necesaria para alimentar NEXT-C, DART también utilizará una nueva matriz solar desenrollable que es más liviana que los paneles solares plegables convencionales. Al dar a los aspirantes a defensores planetarios más trayectorias para elegir, los sistemas de propulsión sofisticados permitirían que los impactadores golpeen los asteroides entrantes a velocidades más altas.

ilustración de la nave espacial DART
Una representación de la nave espacial DART, con su motor de iones experimental NEXT-C encendido.

NASA / JOHN HOPKINS APL


Cuanto antes se pueda detectar un asteroide, u otro objeto, como un cometa, que se dirija hacia la Tierra, más fácil será hacer algo al respecto. Casi todos los asteroides que podrían representar una amenaza de extinción para la vida en la Tierra ya se han encontrado. Estas son rocas enormes de varios kilómetros de diámetro, y ninguna de las conocidas amenaza a la humanidad en el corto plazo. (Se cree que el impacto de Chicxulub que llevó a la extinción de los dinosaurios involucró a un objeto del orden de 10 millas de diámetro). Pero los astrónomos no han encontrado todos los asteroides más pequeños, pero aún peligrosos, como el meteoro que explotó arriba. Chelyabinsk, Rusia, en 2013, con la fuerza de una bomba nuclear de tamaño mediano. El objeto de Chelyabinsk tenía unos 20 metros de diámetro; su huelga rompió ventanas de 200 millas cuadradas en medio del invierno en un área densamente poblada. Mil sietecientas personas resultaron heridas, la mayoría por cristales rotos.

“Hace cuarenta años, no sabíamos si podríamos ser aniquilados por un asteroide asesino gigante una semana a partir del próximo martes. Ese riesgo particular de ignorancia se ha eliminado ”, dice Statler, el científico del programa DART. Pero los objetos de menos de 500 pies, aproximadamente del tamaño de Dimorphos, son difíciles de detectar para los observatorios actuales, tanto terrestres como satelitales. (Un asteroide de 500 pies de diámetro impactaría aproximadamente con el impacto de la bomba atómica más grande de la historia). En este momento, dice Statler, tal vez se haya identificado una cuarta parte del número total de pequeños objetos potencialmente peligrosos. “Si no sabemos dónde están”, dice, “entonces no tenemos la capacidad de predecir cuándo podría ocurrir un impacto y cuándo podríamos tener que hacer una desviación”.

La Misión de Vigilancia de Objetos Cercanos a la Tierra de 500 millones de dólares, un telescopio infrarrojo orbital financiado por la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria, se lanzará a finales de esta década, y debería ayudar a resolver ese problema. Debido a que observa en longitudes de onda infrarrojas, tendrá una mayor capacidad que los telescopios de luz visible para mirar hacia el sol. Será capaz de detectar objetos bañados por la luz solar y, por lo tanto, no visibles para los telescopios terrestres. Además, el observatorio Vera Rubin, un nuevo telescopio que se está construyendo en Chile, buscará objetos peligrosos utilizando una cámara de 3.200 megapíxeles, la más grande jamás utilizada en astronomía. “Nuestra esperanza en otros 20 años es decir: ‘Sí, también hemos eliminado ese riesgo y sabemos cuáles debemos vigilar’”, dice Statler.

Cuanto antes se encuentre un objeto entrante, menos poderoso debe ser un impactador diseñado por humanos para hacer el trabajo. Si se detecta un asteroide o cometa peligroso en la hora 11, se necesitará mucha más energía para cambiar su curso lo suficiente.


LICIACube se separará de un compartimento sobre DART 10 días antes del impacto y desplegará sus propios pequeños paneles solares. A medida que el pequeño cubesat se queda atrás para mirar, DART golpeará a Dimorphos.

Es probable que la nave espacial se rompa en pedazos muy pequeños, algunos convertidos en polvo. La mayoría de sus remanentes serán expulsados ​​nuevamente como eyección cuando se forme el cráter. Es posible que sobrevivan elementos estructurales grandes, aunque quedarán enterrados a una profundidad de hasta 10 pies en el asteroide. LICIACube observará la columna de eyección a medida que sale y también fotografiará el lado más alejado de Dimorphos a medida que pasa. Pero no tendrá forma de reducir la velocidad: LICIACube continuará acelerando más allá de Dimorphos hacia las profundidades del espacio.

La Agencia Espacial Europea está planeando una misión llamada Hera, que se lanzará en 2024 y volverá a visitar Dimorphos a principios de 2027 para tomar medidas más precisas de su masa, estudiar su composición y determinar β con una precisión aún mayor. Hera llevará dos cubesats propios y viajará por el sistema Didymos-Dimorphos durante un período planificado de tres a seis meses, recopilando muchos más datos.

Si todo va bien, DART dejará la Tierra a fines de julio de 2021. El 30 de septiembre de 2022 dejará de existir: años de esfuerzo de cientos de personas transmutados en un empujón, el primero de una nueva era.

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