Usando los módulos de servicio europeos de la nave Orión como sondas para estudiar el Sistema Solar

Europa participa directamente en el programa Artemisa suministrando un elemento crucial: el módulo de servicio de la nave Orión. Lamentablemente, esta contribución no ha permitido que Europa pueda asegurar una plaza en una misión lunar. En cualquier caso, el módulo de servicio o ESM (European Service Module) es una compleja pieza de ingeniería que debe desecharse tras cada misión Artemisa. Pero, ¿y si existiese la posibilidad de aprovecharlo tras cumplir con su misión primaria? En el verano de 2024 el JPL de la NASA estudió la viabilidad de dar una segunda vida al ESM de las misiones Artemisa para intentar encontrar una respuesta a esta pregunta.

Una vez separado de la cápsula Orión antes de la reentrada, el ESM puede efectuar una maniobra propulsiva para sobrevolar la Tierra y evitar quemarse en su atmósfera. A partir de ahí, y dependiendo de la cantidad de propelentes que tenga en sus tanques, puede viajar a múltiples destinos del Sistema Solar (el ESM de la misión Artemisa I se separó a unos 5000 kilómetros de la Tierra y se destruyó en la atmósfera terrestre). Puesto que la nave Orión regresa de la Luna a casi la velocidad de escape, el ESM tiene una Delta-V potencial enorme. Por ejemplo, recordemos que el orbitador de la sonda china Chang’e 5 viajó al punto de Lagrange L1 del sistema Tierra-Sol y luego volvió a la Luna para situarse en una órbita tipo DRO. Y todo ello tras separarse de la cápsula con las muestras lunares, que aterrizó sin problemas en la Tierra. El ESM dispone de un motor principal OME (Orion Main Engine) de la empresa Aerojet Rocketdyne con 26,7 kilonewton de empuje —en realidad, un motor del sistema OMS del shuttle—, así como 8 motores auxiliares R4D-11 de 490 newton de empuje, también de Aerojet Rocketdyne. Además lleva 24 motores de control de posición de 220 newton de empuje fabricados en Europa y derivados de los usados en la nave de carga ATV europea.

El ESM lleva al lanzamiento hasta 8,6 toneladas de propelentes hipergólicos (MON3 y MMH) presurizados por un tanque de helio a 340 atmósferas, además de 90 kg de oxígeno, 30 de nitrógeno y 240 litros de agua. Puede generar 11,2 kilovatios de potencia eléctrica gracias a sus cuatro paneles solares y baterías asociadas. Con estas prestaciones, el ESM sería capaz de llevar hasta 380 kg de carga útil para una misión extendida, aunque habría que dotar al módulo de varios elementos del sistema de comunicaciones, ordenadores adicionales y varios sensores para sustituir a los que lleva la cápsula Orión y que, lógicamente, una vez separada ya no estarán disponibles. En el estudio del verano de 2024, se sopesaron tres variantes de ESM para estas misiones, una sin modificaciones, otra con modificaciones mínimas —instrumentos científicos sencillos, por ejemplo— y otra con modificaciones moderadas y unos 300 kg de carga útil.

Tras estudiar unos treinta escenarios, se llegó a la conclusión de que las aplicaciones más útiles de un ESM con mínimas modificaciones serían misiones de impacto en otros cuerpos planetarios. De esta forma, el ESM no necesitaría llevar una gran cantidad de instrumentación o equipos adicionales. Los objetivos podrían ser desde Mercurio hasta Ganímedes, el mayor satélite de Júpiter, pasando por la Luna, los satélites de Marte o los asteroides cercanos. Un ESM podría llevar a cabo una especie de misión DART 2.0 contra algún asteroide conocido o repetir la misión LCROSS que chocó contra el polo sur de la Luna para estudiar la concentración de hielo que hay en los cráteres en sombra permanente. A favor de esta última propuesta es que la misión tardaría muy poco en alcanzar el objetivo y que un ESM tendría el doble de masa que la sonda LCROSS. Además, ahora conocemos mucho mejor la posible distribución de volátiles en el polo sur lunar. Otra variante todavía más sencilla es que el ESM choque contra la Luna n cualquier punto para generar ondas sísmicas que puedan ser captados por instrumentos en la superficie, de forma similar a cuando en el programa Apolo se hicieron chocar las etapas S-IB del Saturno V y las etapas superiores del LM para este mismo fin.

En el caso de Mercurio, se podría emplear un ESM con modificaciones moderadas que sobrevolase el planeta y fuera capaz de observar el choque de la sonda BepiColombo al final de su misión o, en su defecto, el cráter que generará. Otra variación de esta propuesta es enviar dos ESM: uno chocaría contra Mercurio y otro pasaría años más tarde por el planeta para ver el cráter. No obstante, sin duda la misión más llamativa sería enviar un ESM a Júpiter (!) para que observase el choque de la sonda europea JUICE contra Ganímedes al final de su vida útil. Al igual que en el caso de Mercurio, se podrían mandar dos ESM a Ganímedes, uno para chocar y el otro para ver el cráter resultante. Usando esta variante con modificaciones moderadas el ESM también podría realizar un tour por asteroides cercanos a la Tierra, o, con más Delta-V, visitar asteroides más grandes del cinturón principal, como 24 Themis —aparentemente rico en volátiles— o 216 Kleopatra —con alto contenido de metales—. Al tener atmósfera, Venus no es buen objetivo para el ESM, pero podría servir como satélite retransmisor desde la órbita de Venus para otras misiones más pequeñas.

Personalmente, creo que la aplicación más sencilla y obvia de un ESM es enviarlo de vuelta a la Luna para que choque, bien en el polo sur para buscar volátiles, bien en cualquier otro punto para estudiar el interior lunar. Pero sin duda, la aplicación más interesante es la defensa planetaria. Eso sí, lo malo de efectuar una misión tipo DART es que, sin otra sonda observando el choque, el retorno científico de la misión disminuye mucho (lo mismo le pasó a DART, aunque por lo menos la sonda Hera va camino del asteroide Dimorfo para estudiar los efectos del impacto). Sea como sea, la masa en seco de un ESM es siete veces superior a la DART, así que la capacidad del módulo de servicio europeo para desviar o destruir asteroides potencialmente peligrosos es enorme —te estoy mirando a ti, 2024 YR4—, pero bien es cierto que sincronizar un lanzamiento del SLS con la Orión para una misión de defensa planetaria es un poco complejo, por decirlo suavemente. En todo caso, tal y como están las cosas con el programa Artemisa, el problema ahora mismo no es tanto que el ESM pueda disfrutar de una segunda vida, sino que sea capaz de tener una primera.

Referencias:

• https://www.hou.usra.edu/meetings/opagnov2024/presentations/Thursday/1145_Scully.pdf

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