Autopistas planetarias: así se trazan las rutas que toman las misiones espaciales

A diferencia de lo que enseñan las películas y series de ciencia ficción, las naves interplanetarias no se dirigen a su destino en línea recta. Más bien, toman sinuosas y complejas trayectorias planificadas minuciosamente por ingenieros muchos años antes de su lanzamiento. En Sinc detallan como se trazan estas «autopistas planetarias» que suelen recurrir al truco de la asistencia gravitacional.

Cuando la nave Europa Clipper partió de la Tierra el 14 de octubre pasado, comenzó una nueva cuenta atrás. Casi seis años le tomará a la misión de la NASA llegar a su lejano destino: el 11 de abril de 2030 tocará Europa, una de las 95 lunas de Júpiter, un mundo congelado que contiene un enorme océano subterráneo, el cual podría tener condiciones para albergar vida.

No será un viaje lineal ni exento de peligros. De hecho, Europa Clipper –la nave más grande y pesada diseñada por la agencia espacial estadounidense para una misión interplanetaria– no fue lanzada con dirección al gran planeta gaseoso sino a Marte.

“El sistema de lanzamiento usado, el cohete Falcon Heavy de la compañía Space X, no tiene la potencia necesaria para poner a la sonda en una trayectoria directa hacia Júpiter”, cuenta a SINC el ingeniero aeroespacial colombiano Ricardo L. Restrepo, encargado del diseño de las trayectorias de la misión Europa Clipper. “Por eso, es necesario utilizar la gravedad de otros planetas para darle un par de ‘empujes’ extras”.

Esta estrategia se conoce como asistencia gravitacional o gravitatoria y es una complicada maniobra de navegación espacial en la que una nave vuela lo suficientemente cerca de un planeta para aprovechar su gravedad y salir impulsada. Algo así como una honda o tirachinas gigante: de esta manera, altera su trayectoria y en especial su velocidad, ahorrando combustible.

Un truco de la física para llegar al espacio

El concepto nació en un artículo del matemático ruso Yuri Kondratyuk publicado en 1938 y en los cálculos del ingeniero italiano Gaetano Crocco, del austriaco Guido von Pirquet y del estadounidense Michael Minovitch.

Como recuerda el ingeniero espacial Rodolfo Batista Negri, la primera nave que empleó este truco de la física fue la sonda rusa Luna 3 en 1959. En los 70s, la misión estadounidense Mariner 10 ‘se aprovechó’ de Venus para alterar su trayectoria y encontrarse con Mercurio. En la misma época, la nave Pioneer 10 se acercó a Júpiter, que la ayudó a acelerar y alejarse hacia el espacio profundo. Sin estos empujones gravitacionales, las sondas gemelas Voyager 1 y 2 no hubieran podido escapar de la gravedad del Sol y abandonar el sistema solar.

Desde entonces, se han utilizado ayudas gravitacionales para llegar a todos los rincones de nuestro vecindario planetario. Estas maniobras –que alguna vez el director de la misión Galileo, Bill O’Neil, comparó con “un juego de billar planetario con múltiples bandas”– se ha vuelto un procedimiento estándar, encuentros ineludibles en las autopistas interplanetarias.

Rumbo a lo desconocido

A pesar de lo que muestran las series y películas de ciencia ficción, la mejor manera de llegar a un destino en el espacio no siempre es viajar en línea recta. Hacerlo requeriría cohetes monstruosos y grandes cantidades de combustible. Por ejemplo, para recorrer los 800 millones de kilómetros que separan a Júpiter de la Tierra se necesitarían 60 000 kg de combustible a bordo. Y un tanto más, para frenar la nave.

Ahí entran en escena las asistencias gravitatorias. La trayectoria o ruta que tomar varía de proyecto en proyecto. Depende del tamaño de la nave, de su carga y combustible, de los objetivos científicos. Antes y durante una misión, un equipo de físicos e ingenieros calcula la ruta, traza cuidadosamente el curso a tomar, teniendo en cuenta que los planetas, lunas y asteroides están en permanente movimiento y que sus fuerzas gravitacionales son distintas.

Las agencias espaciales emplean diversas herramientas para elegir el camino más eficiente hacia su destino. Desde 2006, la NASA emplea un software llamado Copernicus. Desarrollado por la Universidad de Texas y Centro Espacial Johnson (JSC), permite la optimización de trayectorias de naves espaciales. Otro programa similar es el Evolutionary Mission Trajectory Generator, ideado por Jacob Englander, un tecnólogo del Centro de Vuelos Espaciales Goddard: ayuda a dirigir eficientemente una nave espacial a destinos interplanetarios difíciles de alcanzar, como Mercurio, Júpiter, Saturno y la mayoría de los cometas y asteroides.

Tras ingresar el punto de origen de la nave espacial, su destino final y las fechas posibles de lanzamiento, el sistema detalla el número de sobrevuelos alrededor de distintos cuerpos celestes para alterar la trayectoria o la velocidad. La Agencia Espacial Europea (ESA), en cambio, emplea un software de código abierto conocido como Space Trajectory Analysis o STA.

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