Hayabusa2 logra el primer experimento de medición láser de distancias en un asteroide

La nave espacial Hayabusa2 de Japón ha añadido otra entrada a su historial de primicias en la exploración. El domingo 5 de julio, la sonda logró rebotar un rayo láser en el asteroide Torifune y capturó la señal de retorno, completando el primer experimento de medición láser de distancias jamás realizado contra un asteroide. La Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) confirmó el hito, que tuvo lugar mientras Hayabusa2 pasaba junto a Torifune, el primer destino de la misión extendida de la nave espacial.

El logro es más que una curiosidad técnica. La medición láser de distancias funciona cronometrando cuánto tarda un pulso de luz en alcanzar una superficie y regresar, lo que da a los operadores una forma directa de fijar la distancia y sondear el carácter físico de un cuerpo de forma remota. Según JAXA, la demostración reforzará las capacidades de sus propios ingenieros y de los de otras agencias espaciales mientras se preparan para futuras misiones a asteroides cercanos a la Tierra (NEA, por sus siglas en inglés) y otros objetos del espacio profundo.

Un hito construido sobre un altímetro probado

El experimento se basó en el altímetro láser LIDAR de Hayabusa2, conocido como LALT. El instrumento es un derivado del altímetro LIDAR que voló en el orbitador lunar Kaguya de JAXA, adaptado a las demandas muy diferentes de operar alrededor de un asteroide pequeño.

LALT nunca fue concebido únicamente para medir distancias. Su diseño también le permite ayudar a determinar la densidad y porosidad de un asteroide, registrar cuán reflectante es su superficie y buscar partículas de polvo levitante, el material fino que puede elevarse de un cuerpo pequeño y flotar sobre su superficie.

El instrumento ya es un veterano de misión. Desempeñó un papel significativo en la navegación de Hayabusa2 y recopiló datos sustanciales sobre la topografía superficial de Ryugu, el asteroide que la nave espacial investigó antes en su viaje. Ese trabajo anterior dio al equipo una herramienta bien comprendida para adaptar al encuentro con Torifune.

Dos disparos a una mota de roca

El momento lo era todo. El láser disparó dos veces, a las 6:29 p.m. (2:29 a.m. PDT; 5:29 a.m. EDT), con el primer pulso liberado 56,5 segundos antes del sobrevuelo de Torifune y el segundo 57,5 segundos antes. Hayabusa2 estaba a unos 20 kilómetros (12,5 millas) de distancia para el primer disparo y a unos 15 kilómetros (9,3 millas) para el segundo.

En ambos momentos, la nave espacial viajaba a 5,3 kilómetros por segundo, equivalente a unos 18.000 kilómetros por hora (3,3 millas por segundo, o 11.185 mph). Debido a que el haz está muy enfocado, iluminó solo una pequeña porción de Torifune, cubriendo áreas de aproximadamente 30 metros (100 pies) y 23 metros (75,5 pies) de diámetro.

Esa combinación de velocidad, distancia y un haz estrecho produjo una lista de obstáculos que el equipo de la misión tuvo que resolver de antemano.

• El láser tenía que apuntarse a un objetivo pequeño mientras la nave espacial pasaba a su lado a miles de kilómetros por hora.
• Acertar en ese objetivo requería un control preciso de actitud y trayectoria, manteniendo la orientación y la ruta de la sonda dentro de límites estrictos.
• Los instrumentos tenían que configurarse para que los tenues retornos de la superficie no se perdieran en el ruido de fondo.
• La secuencia general exigió una preparación exhaustiva por parte del equipo de la misión antes de que se produjera el encuentro.

Esos preparativos dieron resultado en ambos intentos, no solo en uno. JAXA publicó imágenes que muestran el área iluminada por el láser cuando la medición tuvo éxito, junto a las huellas de los pulsos que no devolvieron un resultado utilizable.

Por qué la medición láser de distancias es tan difícil en el espacio profundo

Medir distancias con luz suena simple en principio: enviar un pulso, cronometrar el viaje de ida y vuelta, dividir por dos. En la práctica, el espacio profundo elimina las ayudas que hacen rutinaria la técnica más cerca de casa. Allí fuera no hay objetos de referencia para anclar una medición, lo que hace que la medición precisa de distancias sea considerablemente más difícil de asegurar y de interpretar.

En la Tierra y en la órbita cercana a la Tierra, los operadores pueden apoyarse en puntos de referencia conocidos, estaciones terrestres y señales de navegación satelital para verificar su trabajo. Una nave espacial que opera sola en un asteroide debe depender de su propio instrumento, su propio reloj y un sistema de control de actitud lo suficientemente bueno como para mantener un haz estrecho sobre un cuerpo irregular y en rotación. Por eso el resultado de Torifune se trata como una primicia y no como una mejora incremental.

Qué abre la demostración

El valor del experimento reside en gran medida en lo que demuestra sobre el hardware y las operaciones que lo respaldan.

• La medición directa de distancias puede afinar la navegación de una nave espacial durante los acercamientos, cuando la distancia y la geometría precisas son más importantes.
• Los retornos láser llevan información sobre la reflectancia de la superficie, lo que ayuda a los científicos a distinguir tipos de terreno y material.
• Combinada con otras mediciones, la medición de distancias respalda las estimaciones de la densidad y porosidad de un asteroide, pistas clave sobre su estructura interna y su historia.
• Los retornos sensibles podrían revelar polvo levitante, un fenómeno que determina cómo los cuerpos pequeños desprenden y redistribuyen material.

Para Hayabusa2, que ya ha pasado años en el espacio profundo, la prueba del 5 de julio es también un recordatorio de que las misiones extendidas pueden seguir generando nueva ciencia mucho después de que se completen sus objetivos principales. Torifune es el primer objetivo de esa fase extendida, y el sobrevuelo dio al equipo la oportunidad de validar una técnica que nunca antes se había probado en un asteroide.

El éxito también resuena más allá de Japón. La altimetría y la medición láser de distancias son herramientas compartidas por la comunidad internacional de exploración, y una demostración verificada en un asteroide da a los ingenieros de otros lugares un punto de referencia para el diseño de instrumentos y los procedimientos operativos a medida que se envían más naves espaciales a destinos cercanos a la Tierra y del espacio profundo.

Por ahora, las cifras destacadas son pequeñas: un haz que iluminó una porción de roca de solo 23 metros de diámetro, disparado desde unos 15 kilómetros de distancia por una sonda que se movía a 18.000 kilómetros por hora, con la señal de retorno capturada en dos intentos consecutivos separados por segundos. Esa es la medición que JAXA califica de primicia, y es probable que sirva de plantilla para muchas más.

Este artículo se basa en reportajes de Phys.org. Lea el artículo original.