DART La primera prueba de defensa planetaria de la historia

Artículo extraído de varios archivos de la revista de Astronáutica Eureka

Nave

Partes de DART (NASA).

DART fue lanzada el 24 de noviembre de 2021 mediante un Falcon 9 que despegó desde la base de Vandenberg (California). La sonda, construida y gestionada por el APL (Applied Physics Laboratory) de la Universidad Johns Hopkins, tenía inicialmente una masa de 610 kg, pero ha gastado cerca de 60 kg de propelente en su camino al sistema Dídimo. En concreto, la nave ha consumido 10 kg de xenón como propelente de su motor iónico NEXT-C y unos 50 kg de hidrazina que alimentan doce propulsores monopropelentes MR-103G de Aerojet Rockedtyne para el control de posición que son capaces de generar 1 newton de empuje cada uno (estos son los motores empleados en la fase final del choque). El NEXT-C (NASA Evolutionary Xenon Thruster–Commercial) ha sido desarrollado por el centro Glenn de la NASA y esta es la primera misión que se usa este motor de propulsión solar eléctrica avanzado, con un empuje variable de entre 25 y 235 milinewton. Sin embargo, el equipo de DART solo usó el NEXT-C durante unas dos horas debido a varios problemas que surgieron con el voltaje del sistema. En caso de que DART hubiese fallado su objetivo, el motor NEXT-C podría haber sido empleado para regresar al asteroide Dídimo dentro de dos años. DART tenía un cuerpo central cúbico con unas dimensiones de 1,2 x 1,3 x 1,3 metros y una envergadura de 18 metros gracias a sus paneles solares flexibles de tipo ROSA (Roll-Out Solar Arrays), con una superficie de 22 metros cuadrados y capaces de generar hasta 7,4 kilovatios de potencia. Cada panel ROSA tiene una longitud de 8,5 metros. DART es la primera sonda planetaria que emplea este tipo de paneles solares flexibles.

Elementos de DART (NASA).

La cámara DRACO (Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation) de DART está basada en la cámara LORRI de la sonda New Horizons. La cámara usa un telescopio de 20,8 centímetros de apertura y tiene un ángulo de visión de 0,29º. La cubierta protectora de DRACO fue eyectada el pasado 7 de diciembre de 2021 y su primera imagen fue un campo estelar de las constelaciones de Perseo, Tauro y Aries. En total, DRACO ha obtenido unas 150 000 imágenes para poder ser calibrada adecuadamente. Por ejemplo, el 10 de diciembre tomó una imagen del cúmulo M38 y el 27 de mayo una de la estrella Vega. El 27 de julio la cámara DRACO pudo captar el sistema Dídimo por primera vez cuando estaba a 32 millones de kilómetros del objetivo. DRACO volvió a fotografiar el asteroide binario los días 12, 13 y 22 de agosto. El 1 de julio y el 2 de agosto la cámara se empleó para probar el sistema de navegación autónoma SMART Nav con imágenes de Júpiter. Los encargados de la misión se aprovecharon de la aparición de Europa después de permanecer oculta por el disco de Júpiter para simular la detección de Dimorfo por DRACO al ser visible a medida que DART se acerque al sistema Dídimo. DRACO lleva el detector de tipo sCMOS CIS2521 de BAE, con 5 terapíxels en una matriz de 2560×2160. El ordenador de DART, denominado SBC (Single Board Computer) se encarga de procesar y enviar las imágenes. El ordenador emplea un procesador UT700 LEON3 e incluye 32 MB de memoria SRAM y 16 GB de almacenamiento flash. En las últimas tres semanas antes del choque, DART ha realizado tres maniobras para corregir su trayectoria utilizando imágenes de la cámara DRACO tomadas cada cinco horas. La última maniobra tuvo lugar apenas un día antes del choque, el 25 de septiembre.

Características de la cámara DRACO (NASA).

Cámara DRACO (NASA).

Una de las primeras imágenes de DRACO del 10 de diciembre de 2021: un campo estelar con el cúmulo M38 (NASA).

Imagen de Júpiter y sus lunas tomada por DRACO en agosto para probar el sistema SMART Nav (NASA).

Primera imagen de Dídimo captada por DRACO (un mosaico de 243 imágenes), del 27 de julio (NASA).

El otro gran protagonista del evento ha sido la pequeña sonda italiana LICIACube, encargada de grabar el choque. LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids) —recuerda que ‘Licia’ se pronuncia licha en italiano—es un cubesat 6U de 14 kg construido por la empresa Argotec para la Agencia Espacial Italiana (ASI). Sus dimensiones, una vez desplegados los paneles solares, son de 91,2  x 36,6 x 23,9 centímetros. LICIACube es la primera sonda de espacio profundo italiana. Lleva dos instrumentos, las cámaras LEIA y LUKE (se ve que a alguien de la misión le gusta Star Wars…). LEIA (LICIACube Explorer Imaging for Asteroid), es una cámara en blanco y negro con una resolución máxima de 1,38 metros por píxel a 55 kilómetros de distancia, una distancia focal de 220 milímetros y un campo de 2,06º. Por su parte, LUKE (LICIACube Unit Key Explorer), es una cámara a color con una distancia focal de 70,55 milímetros y un campo de visión de 5º, capaz de obtener imágenes de Dimorfo con una resolución máxima de 4,31 metros por píxel. Por tanto, LEIA tomará imágenes en alta resolución en blanco y negro y LUKE imágenes de mayor campo a color.

LICIACube (ASI).

Con suerte, LICIA Cube habrá obtenido un mínimo de tres imágenes del material eyectado por el impacto de DART y otras tres del hemisferio opuesto al choque. Se espera que la cámara LEIA haya captado el momento del impacto de DART contra Dimorfo y, luego, que tanto LEIA como LUKE hayan visto la evolución del material expulsado y, quizá, el nuevo cráter. Tras sobrevolar Dídimo, LICIACube habrá quedado en órbita solar, desde donde enviará las imágenes los próximos días. LICIACube tiene unas dimensiones de 36,6 x 23,9 x 11,6 centímetros plegado y 91,2 x 36,6 x 23,9 centímetros una vez desplegado. Ha sido diseñado tomando como base el cubesat Argomoon que viajará en la misión Artemisa I. LICIACube se separó de DART el pasado 11 de septiembre mediante un mecanismo de muelles. Dentro del proceso de calibración de las cámaras, el 21 de septiembre la cámara LEIA captó una imagen de la Tierra y el día 22 la cámara LUKE fotografió las Pléyades.

LICIACube (ASI).

La órbita del asteroide binario Dídimo alrededor del Sol es marcadamente elíptica, con un perihelio cercano a la órbita de la Tierra, a 150 millones de kilómetros (1 Unidad Astronómica), y un afelio a 340,5 millones de kilómetros (2,27 UA). La inclinación del plano orbital es de solo 3,4º de inclinación. Estas características permiten que Dídimo pueda ser alcanzado fácilmente —en términos de Delta-V— por una sonda lanzada desde la Tierra mientras está cerca de su perihelio.

Las Pléyades vistas por la cámara LUKE de LICIACube (ASI).

Originalmente, DART debía ser parte de la misión AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment mission), realizada conjuntamente con la agencia espacial europea (ESA). La ESA se iba a encargar de suministrar la sonda AIM (Asteroid Impact Mission) para observar el impacto de DART contra Dimorfo y estudiar en detalle el cráter resultante. Lamentablemente, AIM fue cancelada por la ESA y DART se quedó sin sonda que contemplase el choque en primera fila. Posteriormente, la ESA logró sacar adelante la misión Hera, que debe despegar en 2024. Evidentemente, Hera no podrá grabar el choque de DART, pero podrá analizar en detalle el cráter y los efectos de la colisión cuando llegue a Dídimo en 2026 (la sonda, de 1050 kg, llevará además los cubesats Juventas y Milani). Ahora queda esperar a las imágenes de LICIACube y, por supuesto, de los observatorios terrestres, el Hubble y el James Webb para estudiar los efectos del choque y la naturaleza de Dimorfo y Dídimo. Sea como sea, DART ya es historia tras haber cumplido con éxito su misión.

Trayectoria de DART y órbita de Dídimo (NASA).

Misión: colisionar con un asteroide (posiblemente peligroso), y alterar su trayectoria de choque.

DART se ha volatilizado en la colisión (NASA).

Acercamiento y colisión

La primera prueba de defensa planetaria de la historia: DART choca contra el asteroide Dimorfo

Tuesday 27 September 2022 — 01:49

El asteroide Dimorfo momentos antes del choque de DART (NASA).

La NASA ha vuelto a hacer historia. El 26 de septiembre de 2022 a las 23:14 UTC la sonda DART ha chocado contra el asteroide Dimorfo, volatilizándose en el proceso y completando así la primera prueba de defensa planetaria de la Humanidad. Nuestra especie ha decidido al fin que no quiere terminar como los dinosaurios y otras tantos seres vivos extinguidos por culpa del choque caprichoso de cuerpos menores del sistema solar contra la Tierra. La sonda DART (Double Asteroid Redirection Test), de 550 kg de masa en el momento del choque, ha impactado a 21 960 km/h (6,1 km/s) contra el asteroide Dimorfo, de 163 metros de diámetro. Dimorfo (Dimorphos en inglés) es en realidad un satélite del asteroide Dídimo (Didymos), de 780 metros, de ahí que ambos objetos también reciban la denominación Dídimo A y Dídimo B, respectivamente. Esto no es una casualidad, pues la idea es que el choque de DART contra Dimorfo cambie su órbita alrededor de Dídimo, permitiendo medir con precisión la energía depositada en el proceso. Es decir, la órbita del asteroide binario 65803 Dídimo alrededor del Sol no ha cambiado tras la colisión, pero sí la de Dimorfo alrededor de su hermano mayor. El sistema Dídimo (‘gemelo’ en griego) no es actualmente una amenaza para la Tierra, motivo por el cual esta misión se considera una prueba de concepto del método de interceptor cinético para un futuro sistema de defensa planetaria, un sistema que ahora mismo no existe. Por otro lado, conviene recordar que DART no es la primera misión que chocará a alta velocidad contra un cuerpo menor del sistema solar, ya que este honor le corresponde a la subsonda de la misión Deep Impact de la NASA, que se estrelló el 4 de julio de 2005 contra el cometa Tempel 1.

Dídimo (a la izquierda) y Dimorfo en la última imagen que se pudo ver de ambos objetos en el mismo campo (NASA).

Los momentos finales de la aproximación y el choque fueron captados por la cámara DRACO, que es el único instrumento de la sonda. De hecho, las imágenes de DRACO han servido para que la propia sonda pueda fijar el objetivo y maniobrar en consecuencia, ya que el error en la órbita de Dídimo y la posición de Dimorfo hacen imposible planificar la colisión con antelación desde la Tierra. DART ha usado el sistema SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real-Time Navigation) para guiar la nave hasta el asteroide mediante las imágenes de esta cámara. Las imágenes se han enviado a la Tierra en tiempo real al ritmo de una por segundo hasta el momento del impacto usando la antena de alta ganancia del vehículo, de diseño RLSA (Radial Line Slot Array). La cámara DRACO solo fue capaz de resolver Dimorfos como un objeto independiente unas cuatro horas antes del impacto. Una hora antes ya fue capaz de resolverlo con una extensión de 1,4 píxeles. Según las previsiones, la imagen final se obtuvo a pocos metros de distancia de Dimorfo. Aunque toda la secuencia fue automática, los controladores de la misión tenían capacidad de intervenir en caso necesario hasta unos minutos antes del choque, una limitación impuesta por el retraso en las comunicaciones debido a la distancia de Dídimo con respecto a la Tierra (en estos momentos, de unos 11,4 millones de kilómetros). El equipo de DART cree que la sonda impacto a tan solo 70 metros del punto previsto.

 Antepenúltima imagen de la superficie de Dímorfo (NASA).

Última imagen de DART antes de suicidarse (NASA).

Dimorfo ha resultado ser, aparentemente, un objeto de tipo ‘pila de escombros’ como los asteroides Ryugu y Bennu, visitados recientemente por las misiones Hayabusa 2 y OSIRIS-REx. A pesar de que, por motivos obvios, DART no pudo grabar su propio impacto, se espera que el pequeño satélite italiano LICIACube, que se separó de DART el pasado 11 de septiembre, sí pudiera hacerlo. Con suerte, las cámaras LEIA y LUKE de LICIACube grabaron el choque de DART contra Dimorfo y expulsión de material provocado por este (el momento del impacto solo fue grabado por la cámara LEIA). LICIACube sobrevoló Dimorfo 165 segundos después del impacto a una distancia mínima de unos 55 kilómetros para intentar fotografiar el cráter generado DART. No obstante, las imágenes de LICIACube, con una resolución máxima de entre 5 y 2 metros por píxel, tardarán varios días en llegar a la Tierra usando la Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA (se espera, eso sí, que la primera llegue a lo largo de hoy). Varios observatorios terrestres, los telescopios espaciales Hubble y James Webb, así como la sonda Lucy, también observaron el choque a millones de kilómetros (visto desde la Tierra, Dídimo tiene una magnitud de 14-15).

DART y Dimorfo a escala (NASA).

La NASA estima que serán necesarios unos dos meses para determinar con precisión el cambio de periodo orbital de Dimorfo debido al impacto usando observaciones de telescopios terrestres y espaciales. Dimorfo orbita Dídimo a una distancia de 1,2 kilómetros, con un periodo de 11 horas y 55 minutos, por lo que su velocidad orbital es de tan solo 17 cm/s. El periodo de rotación de Dimorfo alrededor de su eje se supone que será similar al de traslación por las fuerzas de marea —el de Dídimo es de 2,26 horas—, pero bien podría ser diferente. De ser así, los efectos del impacto de DART también serán muy distintos. La masa de Dimorfo se estima en unas 5 millones de toneladas y el impacto de DART apenas modificará su velocidad en 1 mm/s, aproximadamente. Este cambio de velocidad es minúsculo, pero cambiará el periodo orbital de Dimorfo en un 1% más o menos. Si Dimorfo orbitase directamente el Sol, los efectos del impacto apenas habrían cambiado su periodo alrededor de nuestra estrella en un 0,000006%.

Secuencia planeada de imágenes antes del choque (NASA).

Resumen de las fases de la misión (NASA).

El choque de DART debe haber cambiado el periodo orbital de Dimorfo en un 1% más o menos (NASA).

Confirmado: DART ha desviado al asteroide Dimorphos

El tiempo que Dimorphos tarda en recorrer su órbita se ha acortado 32 minutos tras el impacto

11-10-2022 | 20:42 H

La NASA ha confirmado que DART ha logrado desviar al asteroide Dimorphos con su colisión. Aunque, es posible que esta noticia te parezca desactualizada. ¿No se había confirmado ya, acaso? En cierto modo sí, teníamos indicios, pero por otro lado no, de hecho, ni siquiera se ha confirmado del todo, pero ahora tenemos un nuevo dato que parece apuntar en la dirección correcta. Hasta ahora teníamos imágenes de la colisión y del resultado del impacto, con el material eyectado en torno a Dimorphos e incluso una cola de partículas, como si fuera un cometa, pero lo que acaba de confirmarse es algo diferente. Tras medir el tiempo que tarda Dimorphos en orbitar a su asteroide Didymos, parece que su periodo se ha acortado en 32 minutos. Hasta hace poco sabíamos que su periodo de 12 horas se había recortado un poco, pero no estaba claro cuánto. Ahora, Bill Nelson, director de la NASA lo ha confirmado en rueda de prensa.

Con DART, lo que realmente queríamos era comprobar si podíamos desviar determinados asteroides para así protegernos en un futuro de los potenciales peligros astronómicos que nos acechen. Esa era la idea, así de simple y así de compleja. Aparentemente sacada de una película de ciencia ficción, pero tan seria y rigurosa como la NASA suele ser. Todavía se están estudiando los resultados de la misión, pero, mientras tanto, va llegando información sorpresa. Detalles predecibles pero que la prensa no había advertido hasta ahora y que, lógicamente, inquietan al público.

Antes de seguir, conviene recordar algunos detalles básicos sobre la misión DART. Porque desviar un asteroide impactando una sonda es como intentar mover un coche disparándole bolas de billar, hacía falta una buena estrategia. El objetivo elegido fue el asteroide Dimorphos, que da vueltas en torno a uno mayor llamado Didymos. Si el impacto conseguía ralentizar mínimamente a Dimorphos, este aproximaría su órbita a Didymos y cambiaría su trayectoria, como si fuera una reacción en cadena. La otra clave era la velocidad de la sonda, que colisionó a 22.530 kilómetros por hora mientras que Dimorphos viajaba a 0,72 kilómetros por hora. De ese modo se compensaba algo su diferencia de peso, entre los 610 kilos de la sonda y los 5.000 millones de kilos de Dimorphos. A falta de una confirmación más precisa, parece que el impacto logró su objetivo y redujo en unos minutos las 12 horas que tarda Dimorphos en rodear a Didymnos.

Los 32 minutos de DART: por primera vez la humanidad cambia la órbita de un asteroide.

Los 32 minutos de DART: por primera vez la humanidad cambia la órbita de un asteroide

12 October 2022 — 01:07

32 minutos. Esa es la diferencia en el periodo del asteroide Dimorfo provocada por el choque de la sonda DART a 6,1 km/s. Por primera vez, la humanidad ha logrado cambiar de forma apreciable la órbita de un asteroide. Bien es cierto que Dimorfo no suponía ninguna amenaza para la Tierra y que giraba alrededor del asteroide Dídimo, pero lo importante es que la órbita ha sido modificada significativamente, de tal modo que hemos sido capaces de medir los cambios desde observatorios terrestres. Dimorfo orbitaba alrededor de Dídimo con un periodo de 11 horas y 55 minutos. Tras la colisión de DART el pasado 26 de septiembre a las 23:14 UTC, ahora lo hace con un periodo de 11 horas y 23 minutos, con un error de 2 minutos. Es decir, un cambio en el periodo dl 4%. Los modelos, muy poco precisos al desconocerse la composición y estructura interna de Dimorfo, predecían un cambio de entre 73 segundos y unas pocas decenas de minutos, por lo que el choque de DART se sitúa en la parte más alta de los posibles resultados.

La nube de fragmentos generada por el choque de DART contra Dimorfo vista por el satélite italiano LICIACube. Dídimo aparece pegado a Dimorfo abajo a la derecha (ASI/NASA/APL).

Cuatro telescopios terrestres (Observatorio de Las Campanas y el telescopio danés en el observatorio de La Silla, ambos en Chile, así como la red del observatorio de Las Cumbres en Chile y Sudáfrica) se han usado para determinar el nuevo periodo de Dimorfo, empleando los eclipses mutuos entre los dos cuerpos del asteroide doble como hitos. También se ha usado los radaiotelescopios de Goldstone (California) y Green Bank (Virginia Occidental) para determinar la posición de Dimorfo mediante radar, confirmando la variación en el periodo. El día del impacto, el descubrimiento de que Dimorfo era un asteroide de tipo pila de escombros hizo pensar que los efectos del choque no serían muy marcados (los impactos en este tipo de asteroides son menos efectivos que en asteroides sólidos). Aunque todavía no se ha analizado a fondo la dinámica del choque, que depende de muchos factores (densidad, cohesión del material, etc.), es posible que los llamativos e impresionantes chorros de material eyectado hayan servido para «propulsar» al asteroide en la dirección contraria al sentido de avance orbital.

Las observaciones de telescopios terrestres han permitido medir el cambio en el periodo de Dimorfo, especialmente gracias al uso de los eclipses (NASA/Johns Hopkins APL/Astronomical Institute of the Academy of Sciences of the Czech Republic/Lowell Observatory/JPL/Las Cumbres Observatory/Las Campanas Observatory/European Southern Observatory Danish (1.54-m) telescope/University of Edinburgh/The Open University/Universidad Católica de la Santísima Concepción/Seoul National Observatory/Universidad de Antofagasta/Universität Hamburg/Northern Arizona University).

Dídimo y Dimorfo vistos mediante radar desde la Tierra. El círculo verde muestra la posición actual de Dimorfo y el azul la posición en la que debería estar de no haber chocado DART contra él ( NASA/Johns Hopkins APL/JPL/NASA JPL Goldstone Planetary Radar/National Science Foundation’s Green Bank Observatory).

La formación de estos chorros, captados por el pequeño satélite italiano LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids), es un proceso que no se entiende muy bien, pues cabría esperar que un impacto como el de DART generase una nube homogénea de fragmentos. No obstante, el proyectil lanzado por Hayabusa 2 contra Ryugu produjo unos chorros parecidos, aunque a mucha menor escala. Parece ser que estos chorros se forman no solo en los asteroides, sino también en cualquier mundo sin atmósfera, como por ejemplo la Luna o Mercurio, y podrían estar detrás de los característicos rayos que emanan de los cráteres más jóvenes.

Dídimo (izquierda) y Dimorfo con la nube de escombros del choque vistos por la cámara LUKE de LICIACube segundos antes de pasar a la mínima distancia del conjunto (LICIACube está ahora en órbita solar) (ASI/NASA).

La nube de escombros vista por LICIACube después de pasar por el punto más cercano al sistema (ASI/NASA).

Sea como sea, las imágenes de LICIACube serán determinantes para entender el impacto de DART hasta que la sonda europea Hera llegue a Dídimo para analizar en alta resolución el cráter creado por el choque. Esta nube de material ha servido para convertir al asteroide Dídimo en un pequeño cometa, con una cola de polvo que se extiende más de diez mil kilómetros por efecto de la presión de radiación de la luz solar. La dinámica de esta cola, que presenta una estructura doble, también es toda una sorpresa para los investigadores. La cola, además de por telescopios terrestres, ha sido observada por observatorios espaciales como el Hubble y el James Webb. Gracias a que la magnitud en el cambio del periodo ha sido muy alta, la NASA ha podido confirmar el éxito del choque de DART pocas semanas después del suceso, aunque antes del 26 había anunciado que podría tardar meses en determinar la nueva órbita.

Vista de la nube de fragmentos por el Hubble y el James Webb el 8 de octubre (NASA/ESA/STScI).

Por otro lado, conviene recordar que no es la primera vez que la humanidad cambia la órbita de un objeto astronómico, pues ese es un mérito que podríamos conceder a la misión Deep Impact o, ya que estamos, a cualquier sonda que haya realizado una maniobra de asistencia gravitatoria. Pero sí es la primera vez que se cambia la órbita de un objeto de forma apreciable y, además, podemos medir ese cambio con precisión. Pero, ¿serviría una misión como DART para desviar la órbita de un asteroide peligroso que amenazase la Tierra? Hay que tener en cuenta que Dimorfo es un pequeño asteroide de 163 metros de diámetro y que DART apenas tenía 550 kg en el momento del choque. El principal objetivo de DART no era tanto el cambio de órbita en sí —que depende de muchos parámetros desconocidos— como verificar el funcionamiento del sistema de guiado autónomo de una sonda mediante el uso de imágenes en tiempo real. Un cambio del 4% en el periodo de un pequeño asteroide que orbita alrededor de otro no significa que una sonda similar pueda cambiar la órbita de un asteroide peligroso alrededor del Sol en la misma magnitud, pero sin duda deja la puerta abierta al desarrollo de un sistema de defensa planetaria con interceptores cinéticos (veremos qué tal le va a la misión china de 2026). No olvidemos que los asteroides más peligrosos no son los más grandes, que están prácticamente todos catalogados, sino los que tienen un tamaño de entre 200 y 500 metros, pues existen todavía muchos de este rango de tamaños sin descubrir.