Dos naves espaciales podrían trabajar juntas para capturar un asteroide y acercarlo a la Tierra para la minería


La humanidad parece destinada a expandirse en el Sistema Solar. Cómo se ve exactamente eso, y qué tan difícil y tumultuoso podría ser el esfuerzo, está abierto a la especulación. Pero hay algunos hechos innegables adjuntos a la perspectiva.

Necesitamos materiales para construir infraestructura, y llevarlo todo al espacio desde la Tierra no es realista. (Cállate, gente del ascensor espacial.)

La minería de asteroides podría ser necesaria para que la humanidad se expanda hacia el Sistema Solar. Un nuevo artículo dice que las naves espaciales podrían trabajar en parejas para capturar asteroides cercanos a la Tierra. Crédito: ESA.

La minería de asteroides es una de esas cosas de las que se ha hablado durante décadas pero no ha sucedido. Eso no significa que no sucederá; de hecho, tendremos que usar recursos que ya están en el espacio si queremos establecer una presencia real en cualquier lugar que no sea la Tierra.

Hay enormes recursos disponibles en los asteroides, especialmente en el cinturón principal de asteroides. Pero los asteroides cercanos a la Tierra (NEA) también contienen grandes cantidades de agua, metales y volátiles. Hay más de 26.000 NEA, y podrían desempeñar un papel clave en el futuro espacial de la humanidad. El problema es que, a pesar de que se denominan asteroides cercanos a la Tierra, no son tan accesibles. Por lo tanto, gran parte de la conversación sobre la minería de asteroides implica mover asteroides a órbitas más ventajosas y accesibles.

La NASA ha catalogado miles de asteroides en las últimas dos décadas. Crédito de la imagen: por Alan B. Chamberlin – Jet Propulsion Laboratory, NASA http://neo.jpl.nasa.gov/stats/, dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid= 24306117

Hemos aprendido mucho sobre la población de asteroides en las últimas décadas, especialmente en las últimas dos décadas. De hecho, en 2005, el Congreso le pidió a la NASA que catalogara los objetos peligrosos y que encontrara al menos el 90 por ciento de los NEO potencialmente peligrosos de 140 metros o más para fines de 2020.

También hemos llegado a comprender mejor la composición de los asteroides, y los científicos han clasificado los asteroides en tipos según su composición. Los tres tipos son tipo C, tipo M y tipo S, es decir, carbonoso, metálico y silíceo. También están agrupados por sus órbitas y por familias, y cada miembro de una familia proviene del mismo cuerpo principal.

También enviamos naves espaciales para estudiar y tomar muestras de asteroides, lo que es similar a la prospección aquí en la Tierra, aunque el muestreo está más dirigido a la ciencia que a la explotación de recursos. La JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) y la NASA han lanzado con éxito misiones de retorno de muestras de asteroides. JAXA ha devuelto muestras a la Tierra, y la muestra de OSIRIS-REx de la NASA está en camino.

Entonces entendemos la composición de los asteroides y sus órbitas, y continuaremos catalogándolos y estudiándolos. Probablemente continuaremos muestreándolos, y la NASA ha dado sus primeros pasos tentativos para cambiar la trayectoria de un asteroide al redirigir uno con un impacto cinético. Parece seguro que querremos acercar uno a la Tierra y usar sus recursos para nuestras necesidades.

Un nuevo estudio sugiere una forma única de desplazar los asteroides y llevarlos a órbitas más ventajosas. El título es «Una estrategia de vehículos múltiples para la captura de asteroides cercanos a la Tierra» y se publica en la revista Acta Astronautica. La autora principal es Livia Ionescu de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow.

El estudio muestra cómo dos naves espaciales separadas podrían trabajar juntas para acercar un asteroide a la Tierra, donde se pueden extraer sus recursos. Una de las naves espaciales actúa como lanzador y la otra como receptor. “Estas naves espaciales actúan juntas como una nave espacial ‘lanzadora’ y una nave espacial ‘receptora’, donde la nave espacial lanzadora salta de asteroide en asteroide y los desvía hacia una órbita en las cercanías de la Tierra, mientras que la nave espacial receptora está estacionada en la Tierra y captura la asteroides entrantes”, escriben los autores.

En su artículo, los autores comparan su propuesta de dos naves espaciales con otros métodos propuestos que utilizan una sola nave espacial. Según ellos, su método es superior.

Uno de los puntos fuertes de su propuesta es la ausencia de viajes de ida y vuelta. La nave espacial lanzadora no necesita regresar a la Tierra cada vez. Una sola nave espacial lanzadora podría empujar asteroides sucesivos hacia la nave espacial receptora. Después de empujar un asteroide, el lanzador podría reposicionarse para el próximo empujón.

El análisis del equipo muestra que su método de nave espacial dual es superior. “Los resultados muestran que la estrategia de dos naves espaciales es capaz de devolver más masa de asteroides y, a menudo, en una misión de menor duración”, escriben. Por supuesto, no es tan simple.

El equipo analizó su propuesta de tres maneras. Observaron asteroides siguiendo órbitas coplanares y circulares, analizaron un conjunto de asteroides ficticios cercanos a la Tierra para crear un gran conjunto de datos y analizaron algunos asteroides reales como objetivos de la misión.

Luego, el equipo examinó dos escenarios para comparar las misiones de una sola nave espacial con las misiones de dos naves espaciales. Cada escenario se considera en términos de Delta V. Delta V mide cuánta aceleración se requiere para mover un objeto, en este caso naves espaciales y asteroides. Delta V es el corazón del problema, pero también lo es la cantidad de masa devuelta.

Este esquema del estudio muestra las trayectorias de la redirección de una sola nave espacial (a) y la redirección de dos naves espaciales (b). Tenga en cuenta que b no muestra el viaje inicial de la nave espacial lanzadora desde la Tierra hasta el asteroide objetivo. Crédito de la imagen: Ionescu et al. 202

El equipo descubrió que su método usa más Delta V que los métodos de una sola nave espacial. Pero su método devuelve más masa que los métodos de una sola nave espacial porque el lanzador no regresa al vecindario de la Tierra. En todos los casos, el asteroide objetivo se coloca en la órbita heliocéntrica de la Tierra.

“El análisis mostró que la estrategia de dos naves espaciales no impacta en el Delta V requerido de manera beneficiosa”, afirma el documento. “Sin embargo, el objetivo de una misión de captura de asteroides es recuperar masa útil en las inmediaciones de la Tierra”.

Pero los resultados presentados hasta ahora se basan en asteroides que tienen la misma masa y que tienen órbitas bastante simples. Eso, por supuesto, no es realista, por lo que el equipo profundizó más.

El análisis más profundo analizó los NEA generados artificialmente con elementos aleatorios pero realistas en sus órbitas. “Por lo tanto, en esta sección, los elementos orbitales de los asteroides se generarán aleatoriamente dentro de rangos específicos para generar datos estadísticos sobre el desempeño relativo de las estrategias de una y dos naves espaciales”, escriben los autores.

Este esquema del documento muestra los Delta V para la captura de un solo asteroide con una sola nave espacial (a) y dos naves espaciales (b). No hay ventaja de Delta V para el método de dos naves espaciales, pero ese método devuelve más masa. Crédito de la imagen: Ionescu et al. 2022

En este análisis más profundo, las arquitecturas de la misión siguen siendo las mismas. En el modelo de nave espacial única, la nave espacial viaja a un asteroide, lo lleva a una órbita heliocéntrica y luego viaja al siguiente asteroide. En el modelo de dos naves espaciales, el lanzador se mueve de un asteroide a otro mientras el receptor permanece en una órbita heliocéntrica terrestre. En su análisis, cada misión visita los mismos asteroides en el mismo orden, pero en la planificación de la misión real, ese puede no ser el caso.

Los investigadores encontraron una clara correlación en el escenario de una sola nave espacial. Un \Delta V más alto dio como resultado una masa devuelta más baja.

El equipo ejecutó miles de simulaciones. En sus simulaciones, los semiejes mayores de los asteroides juegan un papel fundamental. El equipo descubrió que cuanto más lejos está el semieje mayor de una unidad astronómica (AU), menor es la masa devuelta.

El documento está lleno de detalles que no se pueden explicar aquí. En general, muestra que la misión de dos naves espaciales tiene algunas ventajas. Pero eso es solo cuando los asteroides son llevados a la órbita heliocéntrica de la Tierra.

Pero como hemos escrito aquí en Universe Today, puede que no sea necesario acercar los asteroides a la Tierra. Tal vez la órbita de Marte sea una mejor ubicación.

Esta cifra del estudio traza el Delta V y la masa devuelta para misiones de naves espaciales individuales, misiones de naves espaciales dobles y para naves espaciales lanzadoras y receptoras en misiones de naves espaciales dobles. Crédito de la imagen: Ionescu et al. 2022

El documento tampoco explora el diseño de naves espaciales, aunque los autores reconocen que si es necesario desarrollar, diseñar y construir dos naves espaciales, aumenta la complejidad de la misión. Y una mayor complejidad significa mayores costos. Pero para los investigadores, dos cosas están claras: “Las ventajas de la estrategia de dos naves espaciales son una mayor cantidad de masa recuperada y una misión de menor duración. Ambos implican un aumento potencial de los ingresos”.

Por supuesto, cualquier beneficio real dependerá de las misiones individuales y de las órbitas y masas de los asteroides individuales. «Por lo tanto, la nave espacial de dos tiene el potencial de entregar una mayor masa en un menor período de tiempo, pero sigue dependiendo de los asteroides objetivo y la fecha de lanzamiento, por lo que es necesario un análisis caso por caso», escriben. .

Cuando el equipo analizó tres misiones de asteroides específicas con cada arquitectura de misión, la ventaja de dos naves espaciales fue clara. “Se han presentado dos casos de misión con tres asteroides objetivo, donde la estrategia de dos naves espaciales puede devolver aproximadamente 1,5 veces su masa inicial, mientras que la estrategia de una nave espacial solo puede traer menos de su masa inicial”.

Los autores no especulan mucho más allá de sus resultados. Pero sí señalan que podría ser posible que dos o más naves espaciales lanzadoras den servicio a un solo receptor. La misión de dos naves espaciales ya es más complicada que la misión de una sola nave espacial porque las dos naves espaciales tienen que estar estrechamente coordinadas. Agregar lanzadores adicionales solo aumentaría la complejidad.

Sin embargo, la minería de asteroides está muy lejos en el futuro, si es que alguna vez sucede. Por ahora, estamos construyendo un catálogo de asteroides más preciso y completo, estamos trayendo muestras de asteroides a la Tierra para su análisis y estamos probando impactadores cinéticos para influir en las órbitas de los asteroides.

Con información de Universetoday

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