Entre las órbitas de Marte y Júpiter se encuentra el sistema solar. Cinturón de asteroides principal . Compuesto por millones de objetos que varían en tamaño desde cientos de kilómetros de diámetro (como Ceres y Vesta) hasta un kilómetro o más, el Cinturón de Asteroides ha sido durante mucho tiempo una fuente de fascinación para los astrónomos. Inicialmente, se preguntaron por qué los muchos objetos que lo componen no se unieron para formar un planeta. Pero más recientemente, los seres humanos han estado mirando el Cinturón de Asteroides con otros fines.
Mientras que la mayoría de nuestros esfuerzos se centran en la investigación, con la esperanza de arrojar luz adicional sobre la historia del Sistema Solar, otros buscan aprovechar su considerable riqueza. Con suficientes recursos para durarnos indefinidamente, hay muchos que quieren comenzar a minarlo lo antes posible. Debido a esto, saber exactamente cuánto tardarán las naves espaciales en llegar y regresar se está convirtiendo en una prioridad.
Distancia de la Tierra:
La distancia entre el cinturón de asteroides y la Tierra varía considerablemente dependiendo de dónde midamos. Basado en su distancia promedio del Sol, se puede decir que la distancia entre la Tierra y el borde del Cinturón que está más cerca de él está entre 1.2 y 2.2 AU, o 179.5 y 329 millones de km (111.5 y 204.43 millones de millas).
Los asteroides del Sistema Solar interior y Júpiter: el cinturón de asteroides en forma de rosquilla se encuentra entre las órbitas de Júpiter y Marte. Crédito: Wikipedia Commons
Sin embargo, en un momento dado, parte del cinturón de asteroides estará en el lado opuesto del Sol, en relación con la Tierra. Desde este punto de vista, la distancia entre la Tierra y el asteroide Blt oscila entre 3,2 y 4,2 AU - 478,7 a 628,3 millones de km (297,45 a 390,4 millones de millas). Para poner eso en perspectiva, la distancia entre la Tierra y el Cinturón de Asteroides varía entre ser un poco más que la distancia entre los La tierra y el sol (1 AU), a ser la misma que la distancia entre Tierra y Júpiter (4.2 AU) cuando están más cerca.
Pero, por supuesto, por razones de ahorro de combustible y tiempo, los mineros de asteroides y las misiones de exploración no están a punto de tomar el camino más largo. Como tal, podemos asumir con seguridad que la distancia entre la Tierra y el Cinturón de Asteroides cuando están más cerca es la única medida que vale la pena considerar.
Misiones pasadas:
El Cinturón de Asteroides está tan escasamente poblado que varias naves espaciales no tripuladas han podido atravesarlo en su camino hacia el Sistema Solar exterior. En años más recientes, las misiones para estudiar objetos más grandes del Cinturón de Asteroides también han utilizado esto para su ventaja, navegando entre los objetos más pequeños para encontrarse con cuerpos como Ceres y Vesta . De hecho, debido a la baja densidad de materiales dentro del Cinturón, las probabilidades de que una sonda se estrelle contra un asteroide ahora se estiman en menos de uno en mil millones.
La primera nave espacial que hizo un viaje a través del cinturón de asteroides fue la Pionero 10 nave espacial, que ingresó a la región el 16 de julio de 1972 (un viaje de 135 días). Como parte de su misión a Júpiter, la nave navegó con éxito a través del Cinturón y realizó un sobrevuelo de Júpiter (en diciembre de 1973) antes de convertirse en la primera nave espacial en alcanzar la velocidad de escape del Sistema Solar.
Ilustración de un artista de la nave espacial Dawn de la NASA acercándose a Ceres. Imagen: NASA / JPL-Caltech.
En ese momento, existía la preocupación de que los escombros supondrían un peligro alPionero 10sonda espacial. Pero desde esa misión, 11 naves espaciales adicionales han atravesado el cinturón de asteroides sin incidentes. Estos incluyeron Pionero 11 , Viajar 1 a Dakota del Norte 2 , Ulises , Galileo , CERCA , Cassini , Stardust , Nuevos horizontes ,the ESA’s Rosetta , y más recientemente, el Amanecer astronave .
En su mayor parte, estas misiones fueron parte de misiones al Sistema Solar exterior, donde las oportunidades para fotografiar y estudiar asteroides fueron breves. Solo elAmanecer,CERCAy JAXA Hayabusa Las misiones han estudiado asteroides durante un período prolongado en órbita y en la superficie. Dawn exploró Vesta desde julio de 2011 hasta septiembre de 2012, y actualmente está orbitando Ceres (y enviando datos de gravedad sobre la gravedad del planeta enano) y se espera que permanezca allí hasta 2017.
Misión más rápida hasta la fecha:
La misión más rápida que jamás haya montado la humanidad fue laNuevos horizontesmisión, que fue lanzada desde la Tierra el 19 de enero de 2006. La misión comenzó con un rápido lanzamiento a bordo de un cohete Atlas V, que lo aceleró a una velocidad de aproximadamente 16,26 km por segundo (58,536 km / h; 36,373 mph). A esta velocidad, la sonda alcanzó el cinturón de asteroides el verano siguiente y se acercó al pequeño asteroide. 132524 APL antes del 13 de junio de 2006 (145 días después del lanzamiento).
Sin embargo, incluso esto palidece en comparación conViajar1, que se lanzó el 5 de septiembre de 1977 y llegó al Cinturón de Asteroides el 10 de diciembre de 1977, un total de 96 días. Y luego estaba elViajar 2sonda, que se lanzó 15 días despuésViajar 1(el 20 de septiembre), pero aún así logró llegar en la misma fecha, lo que equivale a un tiempo total de viaje de 81 días.
Para la Voyager 2, en el límite de nuestro sistema solar, los métodos de navegación convencionales no funcionan muy bien. Crédito: NASA
No está mal para los tiempos de viaje. A esta velocidad, una nave espacial podría hacer el viaje al Cinturón de Asteroides, pasar varias semanas investigando (o extrayendo mineral) y luego regresar a casa en poco más de seis meses. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en todos estos casos, los equipos de la misión no desaceleraron las sondas para hacer un encuentro con ningún asteroide.
Ergo, una misión al Cinturón de Asteroides tomaría más tiempo ya que la nave tendría que reducir la velocidad para alcanzar la velocidad orbital. Y también necesitarían algunos motores potentes propios para hacer el viaje a casa. Esto alteraría drásticamente el tamaño y el peso de la nave espacial, lo que inevitablemente significaría que sería más grande, más lenta y mucho más cara que cualquier cosa que hayamos enviado hasta ahora.
Otra posibilidad sería utilizar la propulsión iónica (que es mucho más eficiente en el consumo de combustible) y recoger una asistencia de gravedad realizando un sobrevuelo de Marte, que es precisamente lo queAmanecermisión hizo. Sin embargo, incluso con un impulso de la gravedad de Marte, elAmanecerLa misión aún tardó más de tres años en llegar al asteroide Vesta, lanzándose el 27 de septiembre de 2007 y llegando el 16 de julio de 2011 (un total de 3 años, 9 meses y 19 días). ¡No es exactamente una buena respuesta!
Métodos futuros propuestos:
Existe una serie de posibilidades que podrían reducir drásticamente tanto el tiempo de viaje como el consumo de combustible al Cinturón de Asteroides, muchas de las cuales se están considerando actualmente para varias propuestas de misiones diferentes. Una posibilidad es utilizar naves espaciales equipadas con motores nucleares , un concepto que la NASA ha estado explorando durante décadas.
El Vehículo de Transferencia de Tripulación (CTV) utiliza sus motores de cohetes térmicos nucleares para reducir la velocidad y establecer una órbita alrededor de Marte. Crédito: NASA
En un cohete de propulsión térmica nuclear (NTP), las reacciones de uranio o deuterio se utilizan para calentar hidrógeno líquido dentro de un reactor, convirtiéndolo en gas hidrógeno ionizado (plasma), que luego se canaliza a través de una boquilla de cohete para generar empuje. Un cohete de propulsión eléctrica nuclear (NEP) implica el mismo reactor básico que convierte su calor y energía en energía eléctrica, que luego alimentaría un motor eléctrico.
En ambos casos, el cohete se basaría en la fisión o fusión nuclear para generar propulsión en lugar de propelentes químicos, que ha sido el pilar de la NASA y todas las demás agencias espaciales hasta la fecha. Según estimaciones de la NASA, el concepto NTP más sofisticado tendría un impulso específico máximo de 5000 segundos (50 kN · s / kg).
Usando este motor, los científicos de la NASA estiman que solo se necesitaría una nave espacial 90 días para llegar a Marte cuando el planeta estaba en 'oposición', es decir, tan cerca como 55.000.000 km de la Tierra. Ajustado para una distancia de 1,2 AU, eso significa que un barco equipado con un sistema de propulsión NTP / NEC podría hacer el viaje en aproximadamente 293 días (aproximadamente nueve meses y tres semanas). Un poco lento, pero no está mal considerando que la tecnología existe.
Otro método propuesto de viaje interestelar viene en forma de propulsor de cavidad resonante de radiofrecuencia (RF), también conocido como EM Drive. Propuesto originalmente en 2001 por Roger K. Shawyer, un científico del Reino Unido que comenzó Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) para llevarlo a cabo, este impulso se basa en la idea de que las cavidades electromagnéticas de microondas pueden permitir la conversión directa de energía eléctrica en el empuje.
Concepto artístico de una nave interestelar equipada con un EM Drive. Crédito: Centro de vuelos espaciales de la NASA
Según cálculos basados en el prototipo de la NASA (que arrojó una potencia estimada de 0,4 N / kilovatio), una nave espacial equipada con el impulsor EM podría hacer el viaje a Marte en solo diez días. Ajustado para un viaje al Cinturón de Asteroides, por lo que una nave espacial equipada con un motor EM tardaría aproximadamente 32,5 días en llegar al Cinturón de Asteroides.
Impresionante, ¿no? Pero, por supuesto, eso se basa en un concepto que aún no se ha probado. Así que pasemos a otra propuesta radical, que consiste en utilizar barcos equipados con un motor de antimateria. Creado en aceleradores de partículas, la antimateria es el combustible más denso que podría usar. Cuando los átomos de materia se encuentran con los de antimateria, se aniquilan entre sí, liberando una increíble cantidad de energía en el proceso.
De acuerdo con la Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC), que está investigando la tecnología, necesitaría solo 10 miligramos de antimateria para impulsar una misión humana a Marte en 45 días. Según esta estimación, una nave equipada con un motor de antimateria y aproximadamente el doble de combustible podría hacer el viaje al Cinturón de Asteroides en aproximadamente 147 días. Pero, por supuesto, el mero costo de crear antimateria, combinado con el hecho de que un motor basado en estos principios todavía es teórico en este punto, lo convierte en una perspectiva lejana.
Básicamente, llegar al cinturón de asteroides lleva bastante tiempo, al menos en lo que respecta a los conceptos que tenemos disponibles actualmente. Utilizando conceptos teóricos de propulsión, podemos reducir el tiempo de viaje, pero tomará algo de tiempo (y mucho dinero) antes de que esos conceptos se hagan realidad. Sin embargo, en comparación con muchas otras misiones propuestas, como Europa y Encelado - el tiempo de viaje es más corto y los dividendos bastante claros.
Como ya se dijo, hay suficientes recursos, en forma de minerales y volátiles, en el cinturón de asteroides para durarnos indefinidamente. Y, si algún día encontramos una manera rentable de enviar naves espaciales allí rápidamente, ¡podríamos aprovechar esa riqueza y comenzar a marcar el comienzo de una era de posescasez! Pero al igual que con tantas otras propuestas y conceptos de misión, parece que tendremos que esperar por el momento.
Hemos escrito muchos artículos sobre el cinturón de asteroides para Universe Today. Aquí está ¿De dónde vienen los asteroides? , Por qué el cinturón de asteroides no amenaza a las naves espaciales , y ¿Por qué el cinturón de asteroides no es un planeta? .
Además, asegúrese de saber cuál es el El asteroide más grande del sistema solar , y sobre el asteroide que lleva el nombre Leonard Nimoy . Y aqui esta 10 datos interesantes sobre los asteroides .
También tenemos muchos artículos interesantes sobre la misión de la nave espacial Dawn para Vesta y Ceres , y minin asteroide gramo.
Para obtener más información, consulte Página de ciencia lunar y planetaria de la NASA en asteroides, y el Comunicados de prensa de Hubblesite sobre asteroides .
Astronomy Cast también algunos episodios interesantes sobre asteroides, como Episodio 55: El cinturón de asteroides y Episodio 29: Los asteroides son malos vecinos .
Fuentes:
- NASA: Exploración del sistema solar - Asteroides
- Los planetas - Datos del cinturón de asteroides
- Universidad de Cornell, Departamento de Astronomía - Cinturón de asteroides
- Estación Sol - Cinturón principal de asteroides
- Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA
- Vuelo espacial de la NASA: evaluación del impulso EM futurista de la NASA
- SPR Ltd.