Los asteroides no vienen con una etiqueta de advertencia. Aunque ningún asteroide conocido está actualmente en curso de colisión con la Tierra, los astrónomos encuentran miles de nuevos cada año, y la posibilidad de un impacto futuro es lo suficientemente real como para justificar una planificación seria de defensa planetaria. La misión DART demostró que un impactador cinético —esencialmente una gran varilla diseñada para empujar un asteroide fuera de su trayectoria— puede mover un asteroide pequeño. Pero la técnica tiene una limitación significativa, y un equipo de la Universidad de Beihang propone un enfoque diferente: usar un nuevo tipo de vela solar para golpear de frente un asteroide peligroso.
Por qué la defensa contra asteroides necesita múltiples opciones
El argumento para desarrollar más de un método de desviación comienza con la incertidumbre. El catálogo de objetos cercanos a la Tierra sigue creciendo, y aunque ninguno de los asteroides conocidos se dirige actualmente hacia la Tierra, el próximo objeto peligroso podría descubrirse con un aviso limitado. La desviación no es una tecnología única sino una familia de posibles respuestas, cada una con diferentes requisitos de tiempo, masa y energía.
DART demostró una de esas respuestas. Al estrellarse contra el pequeño asteroide Dimorphos, la misión mostró que un impactador cinético puede alterar el movimiento de un asteroide. Ese resultado fue un hito para la defensa planetaria. Sin embargo, no resolvió todos los problemas operativos. La geometría del encuentro de DART es especialmente importante, porque determinó cuánta energía podía entregar la nave espacial.
Lo que DART demostró y lo que dejó sin resolver
DART tuvo éxito al mover un asteroide pequeño con un impactador cinético, una gran varilla diseñada para empujar el asteroide fuera de su trayectoria. La misión demostró que la técnica básica es viable. Pero DART tenía un gran defecto: viajaba en la misma dirección que el asteroide y se aproximó desde atrás. El impactador fue lanzado mientras la nave espacial estaba en órbita alrededor del asteroide, lo que significaba que la geometría de la colisión estaba limitada por el propio movimiento del asteroide alrededor del Sol.
Ese enfoque puede funcionar si hay suficiente aviso. Sin embargo, requeriría años de maniobras de mecánica orbital para lograrlo. El impactador tiene que alcanzar el objetivo, igualar su dirección y luego golpearlo. En una emergencia real, esos años pueden no estar disponibles. Una opción más rápida y directa sería valiosa, especialmente una que pueda entregar mucha más energía por kilogramo de masa de la nave espacial.
El argumento energético para un impacto frontal
Desviar un asteroide con un impactador se reduce a un factor simple: energía. Cuanta más energía se transfiera del impactador al asteroide, más se moverá el asteroide. Y la energía aumenta con el cuadrado de la velocidad. En otras palabras, cuanto más rápido golpea un objeto, más energía imparte a su objetivo.
DART se estrelló contra Dimorphos a unos 6 kilómetros por segundo. Esa es una velocidad respetable, pero estaba limitada por el hecho de que la nave espacial venía de la misma dirección que el asteroide. Según el nuevo artículo de la Universidad de Beihang, un impactador que use una vela solar puede aproximarse a un asteroide desde la dirección opuesta —similar a un conductor que va en sentido contrario en una autopista— y estrellarse contra su objetivo a unos 100 kilómetros por segundo. Esa mayor velocidad de cierre impartiría algo así como 230 veces la fuerza por kilogramo de masa del impactador en comparación con la prueba DART.
Esa diferencia importa enormemente para el diseño de la misión. Un golpe frontal a 100 kilómetros por segundo permitiría que un impactador relativamente pequeño transfiera una gran cantidad de momento. En lugar de depender de la masa por fuerza bruta, un impactador con vela solar podría aprovechar la velocidad para hacer que cada kilogramo cuente.
El problema retrógrado
El truco está en conseguir que la nave espacial se mueva en la dirección opuesta. Casi todo orbita el Sol en sentido antihorario, incluida la Tierra. Cuando algo se lanza desde la Tierra, ya se mueve en esa dirección. Invertir esa dirección y entrar en una órbita horaria, o retrógrada, requiere mucha energía, por decirlo suavemente.
Los cohetes químicos no son capaces de ello. La tiranía de la ecuación del cohete de Tsiolkovsky hace imposible que lleven suficiente combustible para completar esa maniobra. La ecuación del cohete vincula la cantidad de propelente necesaria con el cambio de velocidad, y una trayectoria retrógrada exige un cambio de velocidad extremo. Como resultado, una misión química convencional a una intercepción retrógrada no es una opción realista.
Las velas solares potencialmente pueden hacerlo. Esa es la afirmación central detrás de la propuesta de la Universidad de Beihang. En lugar de llevar propelente, una vela solar cambia gradualmente su trayectoria usando la propia luz solar como fuente de momento.
Cómo las velas solares podrían permitir una trayectoria inversa
Las velas solares funcionan aprovechando la presión de radiación solar, la diminuta cantidad de fuerza que un fotón imparte cuando choca contra algo. En esencia, navegan sobre la luz solar en lugar de requerir combustible como un cohete químico o de iones tradicional. La fuerza de cualquier fotón individual es minúscula, pero una vela grande y ligera puede recolectar esa presión sobre un área amplia y usarla para acelerar lentamente una nave espacial.
El concepto de la Universidad de Beihang se centra en un nuevo tipo de vela solar capaz de realizar el difícil trabajo de invertir la dirección. La vela solar difractiva propuesta no produciría un estallido repentino de empuje. En cambio, recolectaría la presión de radiación solar con el tiempo, permitiendo que la nave espacial cambie su órbita sin la penalización de masa del propelente químico. Eso es lo que hace potencialmente factible una intercepción retrógrada.
La tecnología de velas solares ya ha sido probada en el espacio. El despliegue de LightSail 2 de The Planetary Society, mostrado en imágenes de la misión asociadas con el artículo, demostró el tipo de hardware de vela sobre el que se construiría tal concepto. Una versión para defensa planetaria necesitaría ser mucho más capaz, pero el principio subyacente es el mismo: usar la luz solar para empujar una nave espacial adonde un cohete limitado por combustible no puede ir.
Por qué la detección temprana sigue siendo esencial
Un impacto frontal a 100 kilómetros por segundo sería una herramienta de desviación extraordinaria, pero no eliminaría la necesidad de una alerta temprana. La ventaja de la vela solar proviene de su capacidad de cambiar de trayectoria sin combustible, pero esa ventaja depende del tiempo. La vela debe desplegarse, acelerar y maniobrar hacia una órbita retrógrada antes de que el asteroide llegue al punto de intercepción.
Si un asteroide peligroso se descubre solo meses antes del impacto, incluso un impactador de alta energía podría no tener suficiente tiempo para alcanzarlo. Si se descubre años o décadas antes, una vela solar lenta pero persistente podría tener el tiempo que necesita para preparar el encuentro. Eso hace que los programas de sondeo y seguimiento de asteroides sean una parte crítica del mismo sistema de defensa planetaria.
La estrategia también depende de un conocimiento preciso del objetivo. Los planificadores de la misión necesitan conocer la órbita, el tamaño, la composición y la rotación del asteroide. Esos detalles determinan cómo responderá el objeto a un impacto y si un intento de desviación lo empujará de manera segura lejos de la Tierra o simplemente lo fragmentará de manera impredecible.
Lo que queda por demostrar
La física de la transferencia de energía es sencilla. La ingeniería no lo es. Un impactador con vela solar necesitaría desplegarse de manera confiable, sobrevivir al entorno espacial, navegar con precisión y sostener la trayectoria necesaria durante una misión larga. También necesitaría alcanzar una órbita retrógrada, una maniobra que los cohetes químicos no pueden realizar pero que las velas solares podrían potencialmente lograr.
DART ya ha demostrado que un impacto cinético puede cambiar el movimiento de un asteroide. LightSail 2 ha demostrado que las velas solares pueden desplegarse en el espacio. La propuesta de la Universidad de Beihang combina esas dos líneas de evidencia en un nuevo concepto de defensa planetaria. El siguiente paso sería probar el rendimiento requerido de la vela, el control de trayectoria y la sincronización de la intercepción en una misión dedicada.
Nada de eso hace que el concepto esté listo hoy. Sí hace que valga la pena estudiarlo. Si el enfoque funciona, añadiría una opción de alta energía a la caja de herramientas de la defensa planetaria, una que podría golpear un asteroide entrante desde la dirección opuesta en lugar de perseguirlo desde atrás.
La conclusión
El riesgo de un asteroide asesino es bajo en cualquier año dado pero no es cero. DART demostró que la humanidad puede mover un asteroide con un impactador cinético. La propuesta de la Universidad de Beihang argumenta que una vela solar difractiva podría permitir un golpe frontal a aproximadamente 100 kilómetros por segundo, entregando alrededor de 230 veces la fuerza por kilogramo de masa del impactador en comparación con DART. La parte difícil es alcanzar la órbita retrógrada. Los cohetes químicos no pueden llevar suficiente combustible, pero las velas solares potencialmente sí. Si la tecnología madura y los sistemas de alerta temprana mejoran, un impactador impulsado por la luz solar podría convertirse en una poderosa nueva línea de defensa contra una amenaza futura.
Este artículo se basa en reportajes de Universe Today. Lea el artículo original.
Originally published on universetoday.com
