Captura de asteroides - Asteroid capture
La captura de asteroides es una inserción orbital de un asteroide alrededor de un cuerpo planetario más grande. Cuando se capturan asteroides, pequeños cuerpos rocosos en el espacio, se convierten en satélites naturales . Todos los asteroides que han entrado en la órbita o la atmósfera de la Tierra hasta ahora han sido fenómenos naturales; sin embargo, los ingenieros estadounidenses han estado trabajando en métodos para que las naves espaciales telerobóticas recuperen asteroides mediante propulsión química o eléctrica. Estos dos tipos de captura de asteroides se pueden clasificar como naturales y artificiales.
- La captura natural de un asteroide es la captura balística de un asteroide libre en órbita alrededor de un cuerpo como un planeta, debido a las fuerzas gravitacionales.
- La captura artificial de asteroides implica ejercer intencionalmente una fuerza para insertar el asteroide en una órbita específica.
La recuperación artificial de asteroides puede proporcionar a los científicos e ingenieros información sobre la composición de los asteroides, ya que se sabe que los asteroides a veces contienen metales raros como el paladio y el platino. Los intentos de recuperación de asteroides incluyen las Misiones de redireccionamiento de asteroides de la NASA de 2013. Estos esfuerzos se cancelaron en 2017. Pero otras misiones relacionadas con asteroides siguen funcionando, como OSIRIS-REx de la NASA , que recogió una muestra de un asteroide cercano a la Tierra el 22 de octubre. 2020.
Ocurrencia natural de la captura de asteroides
La captura de un asteroide ocurre cuando un asteroide "pierde" un planeta al caer hacia él, pero ya no tiene la velocidad suficiente para escapar de la órbita del planeta. En ese caso, el asteroide es capturado, entrando en una órbita estable alrededor del planeta que no atraviesa la atmósfera del planeta. Sin embargo, los asteroides ocasionalmente golpean un planeta. Se estima que los pequeños asteroides golpean la Tierra cada 1.000 a 10.000 años.
El tamaño y las características físicas de una órbita dependen de la masa del planeta. Un asteroide que se aproxima casi siempre entrará en la esfera de influencia de un planeta en una trayectoria hiperbólica en relación con el planeta. La energía cinética del asteroide cuando se encuentra con el planeta es demasiado grande para que la gravedad del planeta la lleve a una órbita limitada; su energía cinética es mayor que su energía potencial absoluta con respecto al planeta, lo que significa que su velocidad es mayor que la velocidad de escape . Sin embargo, la trayectoria de un asteroide puede verse perturbada por otra masa que podría reducir su energía cinética. Si esto lleva la velocidad del asteroide por debajo de la velocidad de escape local, su trayectoria cambia de una hipérbola a una elipse y se captura el asteroide. Cuando la trayectoria cambia con el tiempo, los asteroides pueden chocar entre sí. Teniendo en cuenta que el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter contiene alrededor de 1,9 millones de asteroides, los astrónomos estimaron que los asteroides de tamaño modesto chocan entre sí una vez al año. El impacto de la colisión puede cambiar la trayectoria de un asteroide y los asteroides pueden entrar en la esfera de influencia de un planeta.
Tecnología para capturar asteroides
Propulsión eléctrica
La propulsión química tradicional es excelente para un entorno de atmósfera espesa, pero la propulsión eléctrica tiene una eficiencia superior a la propulsión química. Una de las principales propulsiones eléctricas utilizadas, el propulsor de iones tiene una eficiencia del 90 por ciento, mientras que la eficiencia de la propulsión química es de alrededor del 35 por ciento. En el espacio, no hay fricción entre el medio ambiente y la nave espacial. Traer un asteroide pesado requiere un motor extremadamente eficiente, como la propulsión eléctrica.
Brazos robóticos
Basado en la misión de redireccionamiento de asteroides de la NASA, un satélite tomaría una roca y regresaría a la órbita predeterminada. Los brazos robóticos se utilizan para diversos fines, incluido agarrar una roca. Canadarm 2 es un ejemplo de un brazo robótico avanzado utilizado en el espacio. Canadarm 2 no solo ayuda a acoplar naves espaciales de carga a la Estación Espacial Internacional, sino que también realiza el mantenimiento de la estación. El avance en brazos robóticos ayuda a la captura de asteroides artificiales para realizar una recolección precisa de muestras en la superficie del asteroide.
Sobrevuelo lunar
El sobrevuelo lunar también se puede utilizar para capturar un asteroide. Las órbitas de un asteroide antes y después del sobrevuelo lunar tienen diferentes constantes de Jacobi. Cuando la constante de Jacobi de su órbita alcance un cierto valor, el asteroide será capturado. Las regiones de captura de diferentes constantes de Jacobi previas al sobrevuelo se pueden representar numéricamente, y estas regiones de captura se pueden utilizar para determinar si el asteroide puede ser capturado por sobrevuelos lunares, que finalmente se validarán mediante el modelo de efemérides .
Motivaciones para la captura
Defensa planetaria
Las misiones de captura de asteroides artificiales pueden permitir a los científicos lograr un progreso significativo en muchas áreas en relación con la defensa planetaria contra objetos cercanos a la Tierra:
- Fondeo. Las misiones de captura de asteroides artificiales permitirán el desarrollo de una capacidad de anclaje más confiable, lo que ayuda a que las naves espaciales se adhieran mejor a los asteroides, brindando así más opciones para la desviación de objetos cercanos a la Tierra (NEO).
- Caracterización estructural. Las misiones de captura de asteroides ayudarán a los ingenieros a mejorar la capacidad de caracterización estructural. Una de las tecnologías de deflexión de NEO más maduras es a través de Kinetic Impact, pero su efectividad es altamente impredecible debido a la falta de conocimiento sobre la condición y estructura del NEO. Si podemos caracterizar mejor el material y la estructura de la superficie de NEO, podremos utilizar Kinetic Impact para redirigir un NEO con mayor certeza.
- Entorno de polvo. Los científicos obtendrán conocimientos sobre el entorno de polvo de los objetos cercanos a la Tierra y comprenderán mejor las fuerzas que pueden desencadenar la levitación del polvo y los comportamientos de asentamiento. Este conocimiento ayudará con el diseño de algunos enfoques de redirección de NEO, como el tractor de gravedad y el motor de cohete convencional.
Recursos de asteroides
La minería de asteroides es una de las principales razones para capturar un asteroide. Un asteroide de condrita LL relativamente pobre en recursos contiene un 20% de hierro, así como una cantidad significativa de volátiles en forma de agua, minerales y oxígeno. Aunque es posible traer estos recursos de regreso a la Tierra, el alto costo del transporte y la abundancia de recursos en la Tierra significa que el objetivo principal de la recuperación de asteroides en un futuro cercano será para su uso inmediato en el espacio. Se espera que la minería de asteroides sea más barata que enviar esos recursos desde la Tierra. Usando propulsión química convencional, la NASA estima que entregar un kilogramo de masa a una órbita lunar alta cuesta $ 100K. Eso significaría un costo de $ 20 mil millones para entregar 500 toneladas. Una misión de captura de asteroides que entrega la misma cantidad de material a una órbita lunar alta, idealmente solo costaría $ 2.6 mil millones.
Exploración adicional
Las misiones de captura de asteroides artificiales pueden ayudar a los científicos a desarrollar tecnologías que pueden ser potencialmente útiles para una mayor exploración de otros destinos en el espacio:
- Trayectoria y Navegación. A partir de la experiencia de maniobrar una gran masa, como un asteroide, los científicos pueden adquirir conocimientos sobre cómo navegar en los campos de gravedad de diferentes cuerpos celestes. Las misiones de captura de asteroides artificiales también pueden ayudar a perfeccionar la capacidad para entregar grandes cantidades de recursos necesarios para una mayor exploración espacial.
- Técnicas de recogida y contención de muestras. Las misiones de captura de asteroides artificiales requerirán que obtengamos muestras de asteroides. Esto puede ayudar con el desarrollo de técnicas para la recolección y contención de muestras, que serán útiles para todo tipo de misiones de exploración espacial.
- Capacidad de acoplamiento. Las exploraciones adicionales en el espacio requerirán capacidades de acoplamiento mucho más sólidas para acomodar la utilización de vehículos, hábitats y módulos de carga. Las misiones de captura de asteroides ayudarán a los ingenieros a mejorar estas capacidades.
Base para habitar
Si los científicos pueden encontrar una forma eficiente de utilizar recursos como el agua, el oxígeno y el metal recolectados de los asteroides capturados, estos asteroides también tienen el potencial de convertirse en bases para la habitación humana. La abundante masa de un asteroide puede ser valiosa para un hábitat debido a sus propiedades de protección contra la radiación. Los metales y otros materiales extraídos del asteroide pueden usarse inmediatamente para la construcción del hábitat. Si el asteroide es lo suficientemente grande, incluso podría proporcionar cierta cantidad de gravedad, que sería preferible para la habitación humana.
Cooperación internacional
Un panel internacional puede supervisar todas las recuperaciones de asteroides y los estudios sobre los materiales recolectados y proporcionar una distribución equilibrada y justa de los materiales recuperados. Las naciones que no cuentan con un costoso programa espacial nacional aún pueden realizar investigaciones.
Intentos
Misión de redireccionamiento de la NASA
El objetivo de la misión de redireccionamiento de la NASA es enviar una nave espacial robótica a un gran asteroide cercano a la Tierra y luego recolectar una roca de varias toneladas de su superficie. Los astronautas tomarían muestras de la roca y las traerían de regreso a la Tierra para un estudio científico adicional, y finalmente la redirigirán a la órbita alrededor de la Luna para que no golpee la Tierra. Además, la interacción con los asteroides proporcionaría muchos datos útiles con respecto a la estructura interna del asteroide y, por lo tanto, resolvería preguntas de larga duración sobre el material de los asteroides. Esta misión integra operaciones robóticas y de naves espaciales tripuladas y, si tiene éxito, demostraría las capacidades clave necesarias para el viaje de la NASA a Marte. Sin embargo, la Directiva 1 de Política Espacial de la Casa Blanca canceló la misión el 11 de diciembre de 2017 para adaptarse a los crecientes costos de desarrollo. Sin embargo, muchos avances importantes en el desarrollo de esta misión, como la propulsión eléctrica solar, la detección y caracterización de pequeños asteroides cercanos a la Tierra y la capacidad de capturar grandes objetos no cooperativos en el espacio profundo, seguirán utilizándose en el futuro porque son indispensables para las exploraciones humanas del espacio profundo.
OSIRIS-REx
El objetivo de OSIRIS-REx (Orígenes, Interpretación espectral, Identificación de recursos, Seguridad, Explorador de regolitos) es operado por la NASA para obtener una muestra de un asteroide cercano a la Tierra llamado Bennu y aprender sobre la formación y evolución del Sistema Solar. Osiris-REx se lanzó el 8 de septiembre de 2016 y llegó a las proximidades de Bennu el 3 de diciembre de 2018. El 20 de octubre de 2020, llegó a Bennu y recogió con éxito una muestra. Antes del proceso de recolección, la nave espacial descendió lentamente para minimizar los disparos de los propulsores antes del contacto para evitar la contaminación de la superficie del asteroide. Durante el proceso de recolección, se liberó una ráfaga de nitrógeno para soplar partículas de regolito menores de 2 cm en el cabezal del muestreador. El proceso tomó solo 5 segundos para evitar una posible colisión con el asteroide.