El nuevo plan de China para impedir que asteroides impacten en la Tierra: usar velas solares

Los asteroides no llevan ninguna señal de peligro que indique que algún día podrían chocar contra la Tierra. Aunque no conocemos ninguno que se dirija actualmente hacia nuestro planeta, cada año se descubren miles de objetos nuevos, por lo que siempre existe la posibilidad de que uno de ellos represente una amenaza. Ya hemos demostrado una técnica viable para afrontar esa eventualidad: la misión DART logró desviar un pequeño asteroide mediante un impactador cinético, un objeto pensado, básicamente, para empujarlo y apartarlo de su trayectoria.

Sin embargo, DART tenía un defecto importante: viajaba en la misma dirección que el asteroide y se aproximó a él por detrás, hasta golpearlo con un impactador lanzado mientras orbitaba a su alrededor. Esa técnica podría funcionar si se dispone de suficiente margen de aviso, pero exigiría años de complejas maniobras orbitales. Una alternativa, propuesta por investigadores de la Universidad de Beihang, consiste en emplear un nuevo tipo de vela solar para desviar un asteroide potencialmente peligroso golpeándolo de frente.

Desviar un asteroide mediante un impactador se reduce, en el fondo, a un único factor: la energía. Cuanta más energía se transfiera del impactador al asteroide, más se desplazará este. Y lo interesante de la energía es que aumenta con el cuadrado de la velocidad; dicho de otro modo, cuanto más rápido se golpea algo, más energía se le transmite.

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POR
Omar Kardoudi

DART se estrelló contra Dimorphos, su asteroide objetivo, a una velocidad de unos 6 km/s, una cifra respetable, aunque limitada por el hecho de aproximarse desde la misma dirección. Según el nuevo estudio, un impactador propulsado por una vela solar podría acercarse a un asteroide desde la dirección contraria —como un conductor que circula en sentido opuesto por una autopista— y alcanzarlo a unos 100 km/s, transmitiendo alrededor de 230 veces más fuerza por kilogramo de masa del impactador que la prueba DART.

El principal problema reside en conseguir que la nave se desplace en sentido contrario. Casi todo lo que orbita alrededor del Sol, incluida la Tierra, lo hace en sentido antihorario. Por eso, cuando algo despega desde nuestro planeta, ya se mueve en esa dirección. Invertir ese sentido y entrar en una órbita retrógrada, en sentido horario, requiere, por decirlo suavemente, una enorme cantidad de energía. Los cohetes químicos no son capaces de lograrlo: la tiranía de la ecuación del cohete de Tsiolkovski les impide transportar el combustible suficiente para completar esa maniobra. Las velas solares, en cambio, sí podrían conseguirlo.

Las velas solares funcionan aprovechando la presión de la radiación solar, esa fuerza minúscula que un fotón transmite al chocar contra un objeto. En esencia, navegan impulsadas por la luz del Sol en lugar de necesitar combustible, como ocurre con un cohete químico o iónico convencional. Ya en la década de 1990, el ingeniero italiano Giancarlo Vulpetti advirtió que esta tecnología podía emplearse para situar una vela solar en lo que él denominó una trayectoria de inversión H, un método para lograr que la vela comience a orbitar en sentido contrario.

Esta técnica utiliza primero la vela como freno, para reducir el momento angular de la nave. Cuando este llega a cero, la gravedad del Sol entra en acción y atrae la nave hacia nuestra estrella en una caída pronunciada. Pero, en la trayectoria de Vulpetti, la vela vuelve a activarse en el momento del máximo acercamiento, el perihelio, y catapulta la nave de nuevo hacia el exterior en una órbita retrógrada. Parece una solución brillante para conseguir que un impactador se desplace en la dirección adecuada y transmita así una cantidad enorme de energía a un asteroide. Solo hay un inconveniente: las velas solares son notoriamente difíciles de controlar.

Ya se han probado con éxito algunas en el espacio: la misión IKAROS de la JAXA y LightSail 2, de The Planetary Society, son ejemplos de velas solares tradicionales, que funcionan, esencialmente, como grandes espejos. En su caso, la luz que rebota en ellas sale con el mismo ángulo con el que llega, de modo que el empuje siempre es perpendicular a la superficie de la vela. Esa característica no resulta ideal para una trayectoria de inversión H, ya que obliga a inclinar la vela en un ángulo extremo respecto al Sol, lo que reduce la superficie expuesta a la luz solar y, con ello, disminuye drásticamente su eficiencia.

Aquí entra en juego la vela solar difractiva. En lugar de la lámina reflectante tradicional, el material de estas velas emplea rejillas ópticas microestructuradas que difractan la luz lateralmente, sin necesidad de que la propia vela gire. Esto permite mantener toda la superficie orientada hacia el Sol, incluso en el perihelio, mientras se dirige todo el empuje hacia un movimiento lateral. De este modo se simplifica enormemente el control de orientación y, aun así, se logra el impulso necesario para completar esta compleja maniobra orbital.

Los investigadores simularon varias configuraciones de vela solar para esta trayectoria de inversión H y comprobaron que las velas difractivas de tipo reflectante son, con diferencia, las más eficaces. En sus simulaciones, fue el único tipo que no acabó cayendo hacia el Sol ni saliendo despedido fuera del sistema solar. Pero dar con el tipo de vela adecuado fue solo el primer paso: su segunda simulación mostró un ejemplo de lo que podría suceder con otro asteroide célebre, Apofis.

Apofis es un asteroide de 340 metros de diámetro que, como es bien sabido, pasará a solo 38 000 kilómetros de la Tierra el 13 de abril de 2029. Aunque esa distancia no justifica por sí sola una maniobra de desviación, los investigadores decidieron comprobar qué podría lograrse con este asteroide, tan bien estudiado. Simularon una vela reflectante-difractiva en dos configuraciones distintas: una con un ángulo de difracción fijo y otra capaz de alternar entre un ángulo moderado durante la caída hacia el Sol y, cerca del perihelio, aumentarlo hasta casi 90 grados.

Ambas versiones lograron hacer llegar un impactador a 100 km/s directamente hasta Apofis en un plazo de entre 200 y 300 días desde el lanzamiento, casi un año menos que el tiempo de misión necesario con una vela solar reflectante convencional; una diferencia de tiempo que podría marcar la distancia entre una desviación lograda y un impacto real.

Esperemos no tener que usar nunca esta tecnología para desviar un asteroide potencialmente peligroso, pero, en la práctica, tarde o temprano tendremos que enfrentarnos a uno. Y resulta alentador saber que esta técnica podría transmitir cientos de veces más energía que los impactos coorbitales, más convencionales, cuya eficacia ya hemos demostrado: al menos sabemos que contamos con otra herramienta más para hacer frente a estos peligros, aunque, por fortuna, quizá nunca lleguemos a necesitarla.

Los asteroides no llevan ninguna señal de peligro que indique que algún día podrían chocar contra la Tierra. Aunque no conocemos ninguno que se dirija actualmente hacia nuestro planeta, cada año se descubren miles de objetos nuevos, por lo que siempre existe la posibilidad de que uno de ellos represente una amenaza. Ya hemos demostrado una técnica viable para afrontar esa eventualidad: la misión DART logró desviar un pequeño asteroide mediante un impactador cinético, un objeto pensado, básicamente, para empujarlo y apartarlo de su trayectoria.