Sin armar mucho revuelo, Europa está preparando la que, de salir adelante, sería la misión espacial no tripulada más ambiciosa de la Agencia Espacial Europea (ESA). De hecho, no exageramos si decimos que quizá se trate de uno de los proyectos más ambiciosos de la historia de la exploración espacial. Hablamos de una misión para explorar Encélado, la pequeña luna de Saturno famosa por sus géiseres procedentes de un océano interno en el que, aparentemente, se reúnen las condiciones para que prospere la vida tal y como la conocemos. A diferencia de propuestas anteriores, la sonda europea no solo se limitaría a sobrevolar u orbitar Encélado para estudiar los chorros del polo sur, sino que también aterrizaría en esta región del satélite. Para ello, serán necesarios dos lanzamientos de cohetes Ariane 64 y un acoplamiento en órbita antes de salir fuera de la gravedad terrestre. Nunca antes una sonda planetaria ha requerido acoplamientos de varios elementos en órbita antes de partir hacia su destino.
Concepto de misión L4 de la ESA para estudiar Saturno y Encélado, con un acoplamiento de los dos elementos en órbita y un aterrizador para Encélado (ESA).
La misión L4 a Encélado de la ESA despegaría entre 2042 y 2046 y se usarían dos cohetes Ariane 64 EVO —la versión evolucionada del Ariane 6— o un lanzador similar —por entonces, Europa _debería_ tener algún lanzador más potente y capaz—: uno colocaría en órbita terrestre la etapa propulsiva y otro la sonda propiamente dicha. A su vez, cada uno de los dos elementos está dividido en dos partes: la etapa propulsiva consta de una etapa de propulsión química (CP) de alto empuje para abandonar la Tierra y de otra de propulsión SEP con motores iónicos o de plasma de bajo empuje para reducir el tiempo de vuelo hasta Saturno. Del mismo modo, la sonda incluye un orbitador y un aterrizador (_lander_) para explorar Encélado.
Recreación de una fractura del polo sur de Encélado con géiseres y Titán encima del horizonte (ESA/Science Office). Recreación de los géiseres del polo sur de Encélado (ESA; Surface: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Lunar and Planetary Institute).
La misión L4 ha sido concebida para que la industria europea pueda acometerla en solitario. Son ya demasiadas veces las que Estados Unidos ha dejado tirada a la ESA en proyectos de este tipo —misiones Exomars, EJSM-Laplace, AIDA, etc.— y, por motivos obvios, tampoco se es posible contar con Rusia. La pega es que la sonda no podrá usar generadores de radioisótopos (RTGs) o calefactores (RHUs) de plutonio-238 para generar calor y electricidad y deberá conformarse con paneles solares (por ahora, el americio 241 sigue sin ser una opción). Aunque ya se han lanzado tres sondas con paneles solares a Júpiter (Juno, JUICE y Europa Clipper), Saturno está al doble de distancia del Sol —lo que se traduce en cuatro veces menos irradiancia solar— y el empleo de paneles solares, por muy avanzados que sean, supone todo un desafío técnico: La superficie de los paneles solares no podrá superar los 200 metros cuadrados (100 m² por ala), atendiendo a criterios de viabilidad técnica. En todo caso, no es la primera propuesta de sonda a Saturno con paneles solares, pues la ESA ya propuso hace una década las misiónes Hera y E2T (_Explorer of Enceladus and Titan_), mientras que la NASA hizo lo propio con varios proyectos como la sonda ELF (_Enceladus Life Finder_).
Arquitectura de la misión L4 a Encélado con los dos elementos de la sonda: la etapa propulsiva y el orbitador/aterrizador (Álvaro Sanz Casado et al./OHB AG). Secuencia de lanzamiento de los dos elementos de la misión y acoplamiento (Álvaro Sanz Casado et al./OHB AG).
Primero se lanzaría el orbitador, con una masa de 8,3 toneladas (3,4 toneladas en seco), incluyendo el aterrizador, y luego, en la fecha adecuada para optimizar el acoplamiento, las etapas propulsivas, con una masa conjunta de 6,7 toneladas (2,6 toneladas en seco). Tras acoplarse en órbita, la etapa de propulsión química, de 3,6 toneladas, efectuaría el encendido de escape unos ocho meses después del primer lanzamiento. La etapa química emplearía un motor de 5 kilonewton de empuje alimentado por 2,5 toneladas de propergoles hipergólicos. Eso sí, el lugar del acoplamiento es objeto de debate en la arquitectura de misión. Aunque uno esperaría que se acoplasen en órbita baja, desde el punto de vista energético lo ideal es que se produzca en una órbita altamente elíptica (HEO), en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol (SEL2) o en el punto L2 del sistema Tierra-Luna (EML2), de tal forma que la etapa de propulsión tenga que aportar un mínimo de Delta-V para escapar de la gravedad terrestre. La arquitectura de la empresa OHB favorece el punto EML2 por ofrecer un equilibrio entre las dosis de radiación recibidas, el número de ventanas de lanzamiento, la cantidad de propelentes necesarios y otros factores. Para el acoplamiento se utilizaría un sistema andrógino similar al usado en la ISS.
Partes del orbitador de Saturno y Encélado, con el aterrizador en la parte superior (Álvaro Sanz Casado et al./OHB AG). Las dos etapas propulsivas: abajo la etapa química (CP) y encima la etapa SEP con motores iónicos (Álvaro Sanz Casado et al./OHB AG).
Una vez completada la función de la etapa de propulsión química CP, con una masa al lanzamiento de 3,1 toneladas, sería desechada. El viaje a Saturno duraría unos once años (la duración exacta dependerá de la ventana de lanzamiento), por lo que la sonda llegaría entre 2053 y 2057 (de hecho, toda la arquitectura de misión está concebida para que el aterrizaje en Encélado tenga lugar en 2055 como muy pronto, con el fin de asegurar las condiciones de iluminación adecuadas en el polo sur de la luna y aprovechar la reducción de la distancia de Saturno al Sol en su órbita elíptica). La etapa de propulsión solar eléctrica funcionaría durante unos cuatro años, incluyendo dos sobrevuelos con la Tierra, y después sería desechada, dejando el conjunto orbitador/aterrizador en dirección a Saturno. Esta etapa emplearía seis motores iónicos (uno de ellos de reserva) que se alimentarían de un tanque de 1,6 toneladas de xenón. Después de soltar la etapa SEP, el conjunto orbitador/aterrizador viajará durante unos 5 años hasta llegar a Saturno.
Recreación del interior de Encélado, con su océano y fuentes hidrotermales (ESA). El aterrizador descendería en la zona de las «rayas del tigre», donde se generan los géiseres (Cassini, NASA/JPL/Space Science Institute).
Una vez en órbita de Saturno, la sonda pasaría unos cinco años estudiando el sistema y efectuando más de cincuenta sobrevuelos de los satélites, incluyendo al menos cinco sobrevuelos cercanos de Titán y más de diez sobrevuelos de Encélado pasando a través de los géiseres. El orbitador estaría dotado de un motor hipególico de 1 kilonewton de empuje, que usaría para la inserción en órbita de Saturno y otras maniobras (el empuje, relativamente bajo para el tamaño del orbitador es menos eficiente, pero tiene por objeto limitar las tensiones de los paneles solares durante los encendidos). Finalmente, la sonda se colocaría en órbita de Encélado, curiosamente una órbita NRHO (_Near Rectilinear Halo Orbit_), similar a la propuesta para la estación lunar Gateway, aunque en este caso tendría un periodo de 12 días y un apoastro de 1200 kilómetros, con un periastro de solo 50 a 100 kilómetros. La sonda permanecería en esta órbita 30 días, estudiando Encélado de cerca con el fin de seleccionar el lugar idóneo para el aterrizaje.
Recreación del aterrizador descendiendo en Encélado con propulsores parecidos a los de la malograda sonda marciana Schiaparelli (ESA). Órbita NRHO del orbitador alrededor de Encélado (Silvia Bayón et al.).
La etapa final sería la separación del aterrizador, que descendería sobre el polo sur de Encélado para estudiar in situ las «rayas del tigre», las fracturas por las que escapan los chorros de hielo, polvo y partículas orgánicas procedentes del océano interior. Limitado por el uso de baterías, el aterrizador solo podría estar unas dos semanas funcionando en la superficie de Encélado. Aunque este es el mínimo de la misión, no se espera que pueda sobrevivir mucho más tiempo. Durante su misión, los datos del aterrizador serían enviados a la Tierra a través del orbitador.
Partes del aterrizador (ESA). Concepto del aterrizador un poco más antiguo (ESA). Concepto actual del aterrizador, con el brazo robot (ESA).
El aterrizador tendría una masa de 700 kg, con 100 kg de propelentes para el aterrizaje, y su forma recuerda a la de la sonda Huygens, el primer artefacto humano que aterrizó en Titán, o al de la sonda marciana Schiaparelli. Con un diámetro de 2,5 metros, carecería de tren de aterrizaje y la base sería una estructura colapsable que amortiguaría el impacto. Sería esterilizado concienzudamente antes del despegue y durante el trayecto a Saturno estaría protegido por una ‘biobarrera’ para evitar contaminación por el resto del vehículo, de forma parecida a las sondas marcianas Viking de los años 70. Una vez concluida la misión del aterrizador, el orbitador se trasladaría a una órbita estable de 200 kilómetros de altitud y 48º de inclinación alrededor de Encélado, donde permanecería hasta el fin de su misión.
El estudio de los géiseres, conectados con el océano interno, nos permitirá averiguar si el interior de Encélado reúne las condiciones para la vida (NASA/JPL-Caltech).
La ESA seleccionó Saturno como el objetivo de su misión L4 en marzo de 2024, aunque en ese momento no se había decidido si el fin último de la misión sería Encélado o Titán. Ahora acaba de finalizar la Fase 0 de desarrollo —equivalente a lo que la NASA llama Fase A—, en la cual las empresas candidatas a contratista principal pueden proponer diseños más concretos para los sistemas de la sonda y, por tanto, concretar sus características y presupuesto. Normalmente, para las misiones científicas, esta fase la gestiona la ESA, pero en este caso ha sido realizada por los dos consorcios europeos que compiten por fabricar la sonda: OHB System y Thales Alenia Space, por un lado, y Airbus por otro. De ser aprobada, sería la cuarta gran misión científica de la ESA, o L4 (las tres elegidas hasta ahora son la sonda JUICE para el estudio de Júpiter y sus lunas, ya lanzada, el observatorio de rayos X Athena, que despegará en 2035, y el interferómetro espacial para estudio de ondas gravitacionales LISA, que también debe despegar a mediados de la próxima década). Los instrumentos científicos todavía no se han concretado, aunque para la Fase 0 se presupone una carga útil estándar que incluye un conjunto de cámaras, espectrómetros, magnetómetros, etc. Un grupo de trabajo compuesto por cientificos se ha puesto en marcha para concretar la definición de los instrumentos, teniendo en cuenta la importancia de la miniaturización y optimización de la potencia.
Concepto de sonda a Encélado Orbilander de la NASA (NASA/APL).
La NASA planea una misión parecida a Encélado, Orbilander, una sonda que en estos momentos es la segunda prioridad de la comunidad científica estadounidense tras la sonda UOP a Urano. Orbilander es un concepto más original, pues todo el vehículo debe aterrizar en Encélado, pero también es mucho más ambicioso. En todo caso, la NASA dispone de la gran ayuda que significa disponer de Pu-238 para RTGs y RHUs, un lujo del que Europa no puede disfrutar. En la próxima Conferencia Ministerial 2025 de la ESA se decidirá si este ambicioso proyecto sigue adelante. De ser así, entre 2026 y 2034 se desarrollaría la fase de definición de la misión de cara a un lanzamiento en 2042 como muy pronto. Europa está a punto de decidir si sigue adelante con su misión espacial más ambiciosa, una sonda que a partir de 2055 podría darnos claves inequívocas sobre la presencia de vida en el océano de Encélado.
_Mi profundo agradecimiento a**Álvaro Sanz Casado** , ingeniero de sistemas del departamento de predevelopment de OHB, por colaborar en la redacción de este artículo._
_**Referencias:**_
* Enceladus Exploration with Orbiter and Lander: Phase 0 Mission and Spacecraft Design and Challenges (IAC-25-A3.5.11), Álvaro Sanz Casado et al.
* The Future European Large-Class Science Mission with the Theme «Moons of the Giant Planets» (IAC-25-97395), Silvia Bayón et al.
* Cassini proves complex chemistry in Enceladus ocean
