La próxima gran misión espacial europea en el Sistema Solar estudiará Encelado, la luna de Saturno, a partir de 2050. Así lo ha decidido un comité de expertos de la Agencia Espacial Europea (ESA). En 2021, la ESA ya había llegado a un consenso de que la próxima misión planetaria de alto coste, del tipo ‘Large’ o L (Grande) en la jerga de la NASA—, L4, tendría como destino las ‘lunas de los planetas gigantes del Sistema Solar’, un eufemismo para designar tres mundos con océanos internos que tienen potencial astrobiológico: Europa, Encelado y Titán (Ganimedes y Calisto ya son el objetivo de la sonda JUICE, mientras que otras lunas con posibles océanos alrededor de Urano y Neptuno son mucho más complicadas de estudiar).
Ahora faltaba decidir a cuál de las tres lunas viajar y el consenso fue Encelado, con Titán y Europa como segunda y tercera opción, respectivamente. Un resultado, por otra parte, más de lo esperado. De hecho, además de JUICE, dentro de unos meses la sonda Europa Clipper de la NASA partirá hacia Júpiter, por lo que el sistema joviano está perfectamente cubierto para la próxima década. Por el contrario, no hay ninguna misión prevista para Encelado y sólo una para Titán (Dragonfly). Naturalmente, una vez elegida Encelado, hay varias opciones: ¿simplemente sobrevolamos este mundo o podemos orbitarlo? ¿Deberíamos enviar una sonda a la superficie? Y ya que estamos en eso, ¿por qué no aprovechamos la oportunidad para estudiar Titán?
En primer lugar, debemos recordar que Encelado es una prioridad para la comunidad científica respecto a Titán u otros mundos oceánicos porque esta pequeña luna de Saturno no sólo tiene un manto de agua interno, sino que también tiene actividad hidrotermal en el fondo, un rango de salinidad y pH compatible con la vida que conocemos y unos maravillosos y magníficos géiseres en el polo sur que escupen hielo y partículas al espacio exterior. Por el contrario, el océano interno de Titán no está en contacto directo con el núcleo rocoso caliente (silicatos), sino que, como en el caso de Ganímedes y Calisto, está en medio de dos capas de hielo: la corteza de Titán. hielo ‘normal’ (hielo I o hielo II) y la capa más interna de hielo VI—. Además, no exhibe géiseres, sino criovolcanes, mucho más complicados de estudiar porque hay que acceder a la superficie. Además de su mayor potencial astrobiológico, la ventaja de Encelado es precisamente la posibilidad de estudiar directamente el océano interno analizando los géiseres mediante una misión de sobrevuelo, sin necesidad de aterrizar.
Aunque el comité de expertos de la ESA no entra en detalles técnicos muy concretos (aún es pronto), la misión elegida incluiría un orbitador Encelado para analizar repetidamente los géiseres y una sonda de aterrizaje (‘lander’) para estudiar en el sitio la superficie del polo sur de la luna. El orbitador necesitaría enormes paneles solares para generar la energía eléctrica necesaria. Antes de ponerse en órbita de Encelado, la misión sobrevolaría Encelado unas diez veces y Titán en varias ocasiones, así como otras lunas (especialmente Mimas, debido a su posible océano interno, pero también Tetis, Dione y Rea). Los sobrevuelos iniciales de Encelado se realizarían a una velocidad de entre 3 y 5 km/s para evitar la fragmentación de las moléculas orgánicas de los géiseres al chocar con el barco. Por supuesto, algunos sobrevuelos serían rápidos, alrededor de 5 a 9 km/s, para comparar el análisis de las moléculas fragmentadas con respecto a las intactas.
Posteriormente, el orbitador se colocaría en una órbita NRHO inclinada (Órbita casi rectilínea del halo) y, tras soltar la sonda de aterrizaje, alcanzaría una órbita circular de 200 kilómetros de altura con una inclinación inferior a 48º. Su misión científica duraría al menos cuatro años. Llevaría instrumentos estándar como cámaras en el visible y en el infrarrojo cercano, varios espectrómetros y, para analizar los géiseres, un instrumento para analizar su polvo y otro para gases. También utilizaría radar para medir el espesor y las características de la corteza de hielo.
La sonda de aterrizaje Encelado en el polo sur tendría una masa de unos 800 kg. No llevaría RTG ni RHU con radioisótopos, por lo que duraría un mínimo de dos semanas (el objetivo sería un mes) gracias a unos 250 kg de baterías. Incorporaría una carga de instrumento de al menos 20 kg, que transmitiría 500 Mb de datos (otro requisito mínimo). Aterrizaría a pocos kilómetros de una fractura activa del polo sur por donde emergen los géiseres y realizaría hasta tres análisis del terreno. Esta misión requeriría dos lanzamientos del Ariane 64 (o cohetes similares) y un acoplamiento en órbita baja (LEO). Incorporaría propulsión eléctrica solar (SEP), es decir, utilizaría motores de iones o plasma para reducir el tiempo de vuelo a Saturno. Pasaría 2,7 años realizando hasta cincuenta sobrevuelos de las principales lunas de Saturno antes de establecerse en la órbita de Encelado. Otra versión de la misión sólo requeriría un Ariane A64, pero a cambio la sonda de aterrizaje en Encelado sería mucho más sencilla e impactaría a gran velocidad.
La siguiente opción arquitectónica prioritaria sería un orbitador Titán equipado con una sonda de aterrizaje para esta fascinante luna. Sin embargo, antes de entrar en la órbita de Titán, sobrevolaría Encelado varias veces (al menos cinco) para analizar la composición de los géiseres. El orbitador Titán también analizaría directamente las capas superiores de la atmósfera lunar. Al contrario de lo que nos dice el sentido común, la sonda de aterrizaje no aterrizaría en un lago o mar de metano-etano, sino en alguna zona seca cercana que en el pasado albergó líquido. Se cree que estos lagos secos almacenan depósitos de sustancias orgánicas complejas que se pueden encontrar en los lagos y mares de metano actuales, pero en concentraciones mucho más altas y, por lo tanto, más fáciles de analizar. Los requisitos de esta sonda de aterrizaje serían similares a los del módulo de aterrizaje Encelado, aunque lógicamente llevaría paracaídas para el aterrizaje y una estación meteorológica, entre otras diferencias.
La misión L4 despegará entre 2040 y 2045 y debería enviar la sonda de superficie al polo sur de Encelado en 2054 (antes no es posible porque habría pocas o ninguna luz diurna). Por otro lado, si la misión va a Titán, la sonda de aterrizaje tendría que estar en la superficie de esta luna a más tardar en 2054, de lo contrario se enfrentaría a noches cada vez más largas (2054 es el equinoccio en Saturno, pero la diferencia es que los géiseres de Encelado están en el polo sur del satélite y los lagos de metano de Titán están en el hemisferio norte.
Como hemos visto, el gran Desventaja de la ESA es que no dispone de generadores de radioisótopos (RTG) ni calentadores de radioisótopos (RHU) para generar electricidad y calentar sondas espaciales sin depender del Sol. Aunque la tecnología actual permite enviar una misión a Saturno basada en energía solar (ya se han propuesto varias misiones de este tipo, como E2T), el uso de RTG o RHU aumentaría significativamente la flexibilidad de la misión, especialmente en el caso del sonda de aterrizaje (sin RHU y no RTG es difícil que la misión dure más de un mes, mientras que el uso de radioisótopos le permitiría funcionar durante meses o años). La ESA no tiene plutonio-238 como Estados Unidos o Rusia, pero tiene varias iniciativas en marcha para desarrollar RTG y RHU de americio-241. Como la misión L4 no está programada para despegar antes de 2040, está claro que Europa tiene tiempo de sobra para fabricar estos sistemas si finalmente decide hacerlo. Otra posibilidad, por supuesto, es colaborar con Estados Unidos para suministrar RTG y RHU. Sea como fuere, el informe es conservador y ha apostado por arquitecturas totalmente europeas y, por tanto, sin RTG ni RHU.
El concepto de misión de la ESA para el estudio de Encelado es diferente del Orbilander de la NASA, una misión que es la segunda prioridad de la comunidad científica estadounidense después de un orbitador a Urano o Neptuno. El comité de expertos no especifica por qué la arquitectura de esta misión es mejor que la de Orbilander, aunque probablemente sea porque esta propuesta de la NASA es, además de original, relativamente más arriesgada. La misión europea a Encelado, de ser finalmente aprobada, será la cuarta misión de tipo L tras JUICE, LISA y NewAthena, y la primera de la hoja de ruta Voyage 2050 que fija nuevos objetivos para las misiones científicas de la agencia europea.
Referencias:
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Saturn_s_moon_Enceladus_top_target_for_ESA
- https://cosmos.esa.int/documents/1866264/1866292/ESA_L4_Expert_Committee_report_Voyage_2050_Moons_of_the_Giant_Planets.pdf
