Podría haber una manera de arreglar las naves espaciales en L2, como Webb y Gaia

Miles de millones de dólares en observatorios espaciales orbitan alrededor de la Tierra o en la misma órbita que nuestro planeta. Cuando algo se desgasta o sale mal, sería bueno poder reparar esas misiones «in situ». Hasta ahora, solo el telescopio espacial Hubble (HST) ha disfrutado de visitas regulares para su mantenimiento.

¿Qué pasaría si pudiéramos trabajar en otros telescopios «en órbita»? Estas misiones de «reparación» a otras instalaciones son el tema de un nuevo artículo de la NASA que investiga las órbitas y trayectorias óptimas para realizar llamadas de servicio a telescopios mucho más allá de la Tierra.

Algunos de los telescopios en órbita más productivos operan en los puntos de Lagrange L1 y L2 entre el Sol y la Tierra. Actualmente, esas posiciones nos brindan una ciencia increíble. Lo que no pueden permitirse es un fácil acceso para reparaciones y mantenimiento. Eso limita la vida útil esperada de instalaciones como el JWST a unos 10 a 15 años.

En el futuro, se desplegarán más misiones en los puntos de Lagrange. Entre ellos se encuentran el telescopio romano Nancy Grace, las misiones PLATO y ARIEL de la ESA y el Gran Sondeo Óptico Infrarrojo Ultravioleta (LUVOIR).

Estos observatorios necesitan propulsores para los propulsores de actitud que les ayuden a permanecer «en su sitio» durante sus observaciones. Hay una cantidad limitada de «gas» que se puede enviar con estos observatorios. Además, los componentes se desgastan, como ocurrió con el HST.

Por ello, se están buscando formas de prolongar su vida útil mediante misiones de mantenimiento. Si se pueden sustituir los componentes defectuosos y suministrar propulsores, la vida útil de estos observatorios debería prolongarse bastante, lo que daría a los astrónomos más beneficios por su inversión en observaciones.

Planificación de futuras misiones de mantenimiento de naves espaciales

Los investigadores de la Oficina de Capacidad de Mantenimiento de Satélites (SSCO) del Centro de Vuelos Espaciales Goddard (GSFC) investigaron las posibilidades de realizar misiones de mantenimiento a telescopios espaciales distantes. En un artículo publicado recientemente en Acta Astronautica, se centran en la viabilidad de las misiones de reabastecimiento en órbita para los telescopios espaciales que orbitan en torno al observatorio Lagrange 2 (SEL2).

Existen muchos desafíos. Por un lado, las tecnologías de lanzamiento actuales son (en el momento de escribir este artículo) inadecuadas para realizar ese tipo de misión a tales distancias. Claramente, la tecnología tiene que avanzar para que se puedan realizar visitas de mantenimiento. Además, es importante recordar que los telescopios actuales, como Gaia y JWST, no fueron diseñados para ese acceso.

Sin embargo, los telescopios futuros pueden equiparse con puertos de mantenimiento, etc. para permitir el mantenimiento. Por último, están los desafíos de hacer llegar las misiones de mantenimiento a los observatorios.

El equipo de Goddard se centró en este último problema calculando modelos de varias soluciones de lanzamiento y orbitales para tales misiones. No solo tuvieron en cuenta las trayectorias de lanzamiento, sino también la dinámica entre el Sol y la Tierra y el punto de Lagrange, además de las posiciones relativas de los observatorios en SEL2.

Además, el equipo consideró la estabilidad de los observatorios durante y después del encuentro y la unión. Todos estos factores cuentan a la hora de planificar si se puede lanzar o no un vehículo de mantenimiento a un costo razonable para extender la vida útil del observatorio lo suficiente como para que el esfuerzo valga la pena en términos de tiempo y dinero.

Puesta en marcha de una misión de reabastecimiento de combustible de una nave espacial

El equipo creó modelos para una misión teórica de reabastecimiento de combustible en órbita en SEL2. Ahí es donde se encuentran, por ejemplo, JWST y Gaia, junto con WMAP, Planck y otros. El artículo examina misiones de reabastecimiento de combustible robóticas a SEL2 con fines de modelado.

Para ello, sin embargo, debe haber una trayectoria óptima para que la nave espacial robótica salga a SEL2. Deben ser capaces de realizar una navegación autónoma hasta el punto correcto en el espacio. Una vez en el observatorio de destino, el robot de reabastecimiento tendría que realizar una aproximación cuidadosa para sus maniobras de acoplamiento.

Eso requiere una evaluación en órbita del movimiento del objetivo en el espacio con respecto al sol, así como de su posición en su órbita SEL2. El acoplamiento en sí puede afectar a la posición y el movimiento del observatorio y el robot también debe tenerlo en cuenta. La idea es mantener el observatorio en la misma posición después del acoplamiento.

Sin embargo, la gran pregunta es: ¿cómo podemos llevarlo allí de manera económica, rápida y segura?

El equipo de Goddard investigó principalmente las mejores y más eficientes trayectorias para llegar a SEL2. En particular, analizaron los mejores enfoques para llegar a la nave espacial Gaia, que se quedará sin combustible en algún momento del próximo año. También examinaron el JWST como un posible objetivo para una misión de este tipo. Si una misión de este tipo fuera posible hoy, esos observatorios obtendrían años de acceso «apuntar y disparar» al universo.

Cómo llegar
En su artículo, el equipo analiza dos enfoques para la misión de reabastecimiento de combustible de SEL2. Uno es una trayectoria de lanzamiento directo desde la Tierra y el otro es una nave espacial que sale desde una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Supusieron que el objetivo de la misión era la restauración más rápida posible del funcionamiento del telescopio. Eso dicta la trayectoria más corta y segura posible a lo largo de la cual la nave espacial puede mantener un empuje constante.

El equipo de Goddard creó un enfoque de «diseño avanzado» para calcular transferencias de baja energía y bajo empuje desde una órbita de salida de la Tierra a un telescopio espacial que orbita el punto SEL2. Luego hicieron lo mismo para una nave espacial de servicio que sale de un punto en el espacio geoestacionario.

Básicamente, funcionará una salida desde la Tierra o una salida centrada en GTO. Una vez que la misión de servicio robótica deja la órbita terrestre, viaja a bajo empuje durante un tránsito en espiral hacia SEL2. Una vez allí, se encuentra con el objetivo, coincide con su movimiento en el espacio y luego «se fija» para realizar su misión de entrega.

Es importante recordar que un lanzamiento desde la Tierra o GTO es parte de varias soluciones para las misiones de servicio de SEL2. El análisis del equipo resultó en un proceso simplificado de generación de posibles órbitas y trayectorias para tales actividades.

Con información de Elsevier