La increíble travesía de la sonda JUICE para llegar a Júpiter

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Júpiter y sus lunas son en esencia un sistema solar en miniatura. Desde las primeras observaciones por telescopio de Galileo la humanidad ha quedado fascinada por estos mundos. Desde el gigante planeta hasta sus oceánicas y dinámicas lunas. Hasta la fecha solamente dos sondas han explorado por largo tiempo este entorno desde cerca, pero en 2031 esto va a cambiar. La sonda JUICE de la ESA va rumbo a darnos una nueva perspectiva de las lunas heladas y su potencial para la vida.

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Fotografía a falso color de Júpiter, sus anillos y Europa vistos por James Webb.

Superando los limites

Lograr superar la gravedad terrestre supone una gran cantidad de combustible, llevar una carga a órbita supone un gasto incluso mayor. Llega un punto en el cual los cohetes necesitan ser más grandes de lo que podemos hacerlos, poniendo un límite sobre el tamaño y masa de las sondas que podemos enviar al espacio.

La mecánica orbital es una ciencia muy caprichosa. Alcanzar otros lugares como la Luna, Marte o, en este caso, Júpiter, supone un gran esfuerzo computacional para calcular la trayectoria ideal. Una donde se reduzca al máximo el tiempo de viaje y el combustible necesario. Para empeorar las cosas, la alineación correcta entre los planetas solo ocurre durante pequeños intervalos de tiempo, evitando que pueda darse un lanzamiento en cualquier fecha.

¿Qué es una asistencia gravitacional?

Gracias a las leyes de Newton y los principios de conservación del momento y la energía ocurre un curioso fenómeno que puede ser a primera vista contrario a la intuición. Cuando una sonda entra a la esfera de influencia de un planeta; o una luna, su velocidad relativa al planeta debe ser igual al salir. Sin embargo, el objeto tiene una velocidad propia respecto al Sol, parte de la cual es transferida a la nave durante su sobrevuelo en forma de energía cinética.

Durante esta maniobra no solo existe un cambio en la velocidad de la sonda, sino también un cambio en su dirección. Por ende, también hay una transferencia de momento angular, provocando una variación en la rotación del planeta. Es necesario recalcar que la diferencia de masa de la sonda respecto a la del cuerpo celeste es increíblemente grande, mientras la primera sufre grandes cambios el segundo ni se inmuta.

El inicio de la aventura

Toda la travesía comienza en el paradisiaco puerto espacial de Kourou, en la Guayana Francesa. Una vez la cuenta regresiva marca cero la computadora da la orden de encender el motor principal y se verifica su estado. Siete segundos después se encienden los propulsores sólidos laterales y el cohete Ariane V le dará el primer empujón a JUICE.

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La última vez que se vio a JUICE en la Tierra. La fotografía muestra el instante previo al encapsulamiento de la sonda en las cofias del Ariane V preparándose para el lanzamiento.

Veintiséis minutos tras el lanzamiento ya se ha gastado más del 90 % de todo el combustible, los motores laterales y la etapa central se han descartado. La segunda etapa acaba de dar su último impulso y la deja con la velocidad precisa para iniciar las delicadas asistencias gravitacionales.

Clic aquí para saber dónde está JUICE en este momento

Una odisea espacial

JUICE tiene un plan muy preciso y detallado de la trayectoria que debe seguir para alcanzar exitosamente su objetivo. En agosto de 2024 regresará al sistema Luna-Tierra en una primera maniobra de asistencia gravitacional. Siendo la primera de su tipo, pasando por el satélite natural y 1.5 días después por nuestro planeta. Esto le ofrece un pequeño impulso para perseguir el siguiente objetivo.

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Animación que muestra la posición de la Tierra, la Luna y JUICE durante la primera asistencia gravitacional. Esta es la primera vez que se realiza una maniobra con ambos cuerpos.

Un año después, en agosto de 2025, realizará nuevamente una asistencia gravitacional. Esta vez sobrevolará a Venus. Esto supuso un desafío en su construcción, dado que debían preparar a la sonda para soportar las bajas temperaturas del sistema solar exterior y a su vez las altas temperaturas del sistema solar interior.

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Trayectoria de JUICE desde su lanzamiento hasta el fin de misión planeado en 2035. La sonda es la línea fucsia, la Tierra el azul oscuro, Venus el amarillo, Júpiter la verde y el asteroide 223 Rosa el celeste.

En septiembre de 2026 volverá a sobrevolar la Tierra, esta vez conseguirá suficiente velocidad para hacer una primera visita al cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter. No sería hasta enero de 2029 que regresaría a la Tierra en su último sobrevuelo para finalmente dirigirse a Júpiter. Existe una propuesta de sobrevolar un asteroide en su camino, aunque esto está sujeto a cambios y los resultados de las maniobras previas.

Oportunidad instantánea

Aunque esta complicada serie de maniobras suponen una gran ventaja para superar la limitación de carga del cohete y permitir a la sonda alcanzar a Júpiter, se requiere de una muy precisa alineación entre los planetas. Las llamadas ventanas de lanzamiento se refieren al tiempo que tiene la misión para poder despegar, en el caso de JUICE estas son instantáneas. Es decir, si por alguna razón no ha despegado en el momento exacto se cancela el vuelo por ese día y es necesario esperar a la siguiente oportunidad.

El gran problema radica en que la alineación necesaria para realizar el vuelo previamente mencionado solamente ocurrirá dos veces en este año, la primera en abril y la segunda en septiembre. Se tendrán varias ventanas instantáneas cada día, y en todos los casos la fecha de llegada no tendría gran variación, pero limitará el tiempo de vida de la sonda.

Entrada en órbita

Entre 2029 y 2031 JUICE estará viajando a Júpiter, el cual finalmente alcanzará en julio de 2031. Se espera poder hacer hasta treintaicinco sobrevuelos a Europa, Ganimedes y Calisto. De forma similar a las asistencias gravitacionales con los planetas, se espera poder usar a las lunas como mecanismo para modificar la órbita de la sonda.

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Fotografía de Ganímedes capturada por la sonda Juno durante un sobrevuelo. Esta es la más grande del sistema solar y supera en tamaño incluso al planeta Mercurio.

Hacia el fin de vida planeado de la sonda alrededor de 2034 se espera poder situar a JUICE en órbita alrededor de la luna Ganímedes, la más grande del sistema solar. Se espera una altura final de 500 kilómetros y si se dispone de combustible extra bajarla hasta los 200 kilómetros en una extensión de la misión. Una vez agotados los recursos a bordo será estrellada a propósito contra la superficie de Ganímedes.

Francisco Andrés Forero Daza
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