El 26 de septiembre de 2022, la prueba de redirección de doble asteroide (DART) de la NASA hizo historia cuando se encontró con el asteroide Didymos e impactó con su pequeña luna, Dimorphos. El propósito era probar el método de impacto cinético, un medio de defensa contra asteroides potencialmente peligrosos (PHA) donde una nave espacial choca con ellos para alterar su trayectoria. Según las observaciones de seguimiento, la prueba tuvo éxito ya que DART logró acortar la órbita de Dimorphos en 22 minutos. El impacto también hizo que a la pequeña luna le creciera una cola visible.
Sin embargo, como a Hollywood le encanta recordarnos, hay escenarios en los que un asteroide que mata planetas se acerca mucho a la Tierra antes de que podamos hacer algo para detenerlo. Y no faltan los asteroides cercanos a la Tierra (NEA) que podrían convertirse en amenazas potenciales algún día. Por lo tanto, las agencias espaciales de todo el mundo tienen la costumbre de monitorearlos y qué tan cerca pasan de la Tierra. Según un nuevo estudio realizado por un grupo de expertos en satélites, sería posible construir una misión de impacto cinético de respuesta rápida que podría encontrarse y desviar un PHA poco antes de que chocara con la Tierra.
El estudio, que apareció recientemente en Acta Astronautica, fue realizado por Adalberto Domínguez, Víctor M. Moreno y Francisco Cabral, tres investigadores afiliados al desarrollador español de satélites GMV. Esta empresa se especializa en Orientación, Navegación y Control (GNC) y Sistemas de Control de Actitud y Órbita (AOCS) con aplicaciones comerciales, militares, de investigación y de exploración espacial. En aras de su artículo, el equipo de investigación presentó el trabajo reciente de GMV sobre un sistema GNC para una misión de impacto cinético.
En los últimos años, las agencias espaciales han investigado múltiples estrategias para desviar asteroides que representan una amenaza de colisión con la Tierra. Como explicó Domínguez a Universe Today por correo electrónico, tres se consideran los más prometedores: el enfrentamiento nuclear, el tractor de gravedad y el impactador cinético. Mientras que la opción nuclear consiste en detonar un dispositivo nuclear en las proximidades de un asteroide, el tractor gravitatorio consiste en una nave que vuela alrededor de un asteroide para desviar su curso. Solo el impactador cinético, dijo Domínguez, es factible para desviar los PHA:
“La aplicabilidad del enfrentamiento nuclear aún debe demostrarse, y su objetivo serían asteroides con un diámetro del orden de varios kilómetros. Esos asteroides no son una amenaza hoy en día, ya que la gran mayoría son monitoreados. Además, el Tratado del Espacio Exterior de 1967 prohibió las detonaciones nucleares en el espacio exterior.El tractor de gravedad apunta a asteroides más interesantes del orden de cientos de metros.Hay un gran porcentaje de asteroides de este tamaño por descubrir, y el impacto podría implicar la destrucción de una ciudad entera. Sin embargo, el tractor de gravedad necesitaría varios años para desviar este asteroide”.
Por el bien de su estudio, Domínguez y sus colegas se centraron en desarrollar un sistema GNC para un impactador cinético. Esto es vital para cualquier misión robótica, particularmente donde se requiere autonomía. Uno de los aspectos más innovadores de la misión DART fue el sistema de guía autónomo que estaba probando, conocido como Navegación Autónoma en Tiempo Real de Maniobras de Cuerpo Pequeño (SMART Nav). Este sistema guió a DART durante su aproximación final a Dimorphos, ya que los controladores de la misión no podían corregir el rumbo en este momento.
Una misión KI diseñada para desviar un asteroide en el último minuto también requerirá autonomía, principalmente por lo rápido que viajará. En el momento en que golpee el asteroide, la nave espacial necesitará una velocidad relativa de entre 3 y 10 km/s, 10 800 km/h y 36 000 (6710 y 22 370 mph).
Domínguez dijo: “Otra dificultad añadida es que apenas sabemos nada sobre el asteroide al que apuntamos. Esto requiere que el GNC se adapte a cualquier posibilidad. Además, el tamaño de los asteroides implicados introduce dificultades en la navegación ya que estamos hablando de objetos. con un tamaño de alrededor de cien metros. Imagínese las dificultades asociadas al problema de impactar un objeto con dinámica y forma desconocidas, a una velocidad de km/s y sin posibilidad de hacer ninguna corrección desde el suelo”.
Esto, dice Domínguez, convierte al GNC en el elemento crítico más importante del subsistema, ya que es el encargado de apuntar al asteroide y aplicar las correcciones de rumbo en el último segundo. Estas correcciones tienen la dificultad adicional de ser computadas y ejecutadas in situ, es decir, a medida que la misión se desarrolla rápidamente. Para asegurarse de que su diseño GNC pudiera ejecutar tales cálculos, el equipo investigó los algoritmos comúnmente utilizados por las naves espaciales (navegación, procesamiento de imágenes, etc.) en su análisis y probó su rendimiento. El primero, dijo Domínguez, viene en dos variedades:
“Los algoritmos de guía se pueden dividir en dos grupos principales: navegación proporcional y retroalimentación predictiva. Los algoritmos de navegación proporcional utilizan el conocimiento de la posición actual del objetivo y el impactador para calcular la maniobra necesaria para lograr el impacto. La navegación proporcional es equivalente a la guía empleada por un misil, se aplican correcciones cada segundo (maniobras continuas) para corregir la trayectoria de la nave espacial”.
Mientras tanto, la guía de retroalimentación predictiva se basa en información pasada y presente para predecir el estado futuro de la nave espacial y el impactador. En este caso, las correcciones solo se aplican en ciertos momentos de la misión, como cuando la nave espacial está a solo una hora de realizar la maniobra de impacto. Finalmente, identificaron dos problemas principales con los algoritmos proporcionales, lo que los llevó a incorporar algoritmos predictivos en su concepto.
“En primer lugar, para aplicarse directamente, requiere propulsores regulables”, dijo Domínguez. “En segundo lugar, requiere un sistema que permita maniobras constantes. Estos dos hechos generalmente implican un deterioro en el consumo de combustible y el rendimiento. Con el empleo de un esquema de guía predictivo, el estrés del sistema puede reducirse notablemente. Además, la mayoría de los actuales El estado del arte solo emplea navegación proporcional. DART empleó este tipo de esquema de navegación. Queríamos mostrar que otros enfoques también pueden proporcionar excelentes resultados y podrían emplearse”.
Después de simular cómo estos factores afectarían una misión KI, el equipo descubrió que su nave espacial era muy precisa, con un error de impacto de solo 40 metros (131 pies). Según los monitores de asteroides, un objeto que mide 35 metros (~115 pies) o más de diámetro se considera una amenaza potencial para un pueblo o ciudad. Mientras tanto, los PHA más grandes rastreados regularmente por la NASA, la ESA y otras organizaciones de defensa de la Tierra miden entre 2 y 7 km (1,25 y 4,35 mi). Con respecto al sistema de guía solo, sus simulaciones lograron un error de menos de un metro (~3,3 pies).
“Este es un gran resultado para la etapa de desarrollo de nuestro concepto GNC, ya que estamos considerando errores mayores que los que estarían presentes en un impactador cinético real, y la navegación podría optimizarse notablemente al mejorar el procesamiento de imágenes y el filtrado. para aumentar las posibilidades de un impacto exitoso”, concluye Domínguez. “El esquema que propusimos abre la puerta para el desarrollo de una misión de impacto cinético”.
En el futuro, él y sus colegas esperan optimizar las variables de su impactador cinético y comparar su rendimiento y aplicabilidad con otros conceptos. Al final del día, se trata de preparación, planificación y saber que contamos con métodos en caso de que ocurra el peor de los casos.
Si bien el monitoreo regular de los asteroides cercanos a la Tierra es la parte más importante de la defensa planetaria, es bueno contar con planes de contingencia. Algún día, las misiones de impacto cinético diseñadas para intercepciones de último minuto y de largo alcance podrían ser la diferencia entre la supervivencia de la Tierra y un evento de nivel de extinción.
Con información de Science Direct
