¿Cómo desviar un asteroide? Ingenieros del MIT diseñan un protocolo contra los “asesinos de planetas”

Foto collage: Christine Daniloff, MIT

El 13 de abril de 2029, un helada roca espacial llamada 99942 Apophis, más ancha que un portaaviones de la clase Clase Nimitz, se acercará a la Tierra a 30 kilómetros por segundo, rozando la esfera de satélites geoestacionarios de nuestro planeta. Será el paso más cercano de uno de los asteroides más grandes que cruzan la órbita de la Tierra.

Las observaciones del asteroide 99942 Apophis (nombre del dios egipcio del caos) y de algo menos de 400 metros en su eje mayor, sugirieron que su sobrevuelo de 2029 lo llevaría a través de un “agujero de gravedad gravitacional”, una zona en el campo de gravedad de la Tierra donde el asteroide se sentiría tirado por la gravedad terrestre de tal manera que en su próximo sobrevuelo, en el año 2036, probablemente tendría un impacto devastador contra nuestro planeta.
Afortunadamente, observaciones más recientes han confirmado que el asteroide pasará cerca de la Tierra sin incidentes tanto en 2029 como en 2036. Sin embargo, la mayoría de los científicos creen que nunca es demasiado temprano para considerar estrategias para desviar un asteroide si alguna vez estuviese en un curso intensivo con nuestro hogar planeta. Todavía no los conocemos todos y existe el riesgo de que un nuevo asteroide sí que esté en ruta de colisión con la Tierra.

Por ello los investigadores del MIT han ideado un mapa o protocolo para decidir qué tipo de misión sería más exitosa para poder desviar un asteroide en ruta de colisión. Su método de decisión tiene en cuenta la masa y el impulso del potencial asteroide, su proximidad a un ojo de cerradura gravitacional (la zona en la que si entrara significaría inequívocamente que va en ruta de colisión hacia la Tierra) y la cantidad de tiempo que los científicos tienen para advertir de una colisión inminente. Todos estos factores tienen diversos grados de incertidumbre, que los investigadores también tienen en cuenta para identificar cual sería la misión más exitosa para un asteroide determinado.

Los investigadores aplicaron su método a Apophis y a Bennu, otro asteroide cercano a la Tierra que en la actualidad es el objetivo de la misión OSIRIS-REx de la NASA, que planea traer una muestra del material de la superficie de Bennu a la Tierra en 2023. El REXIS es un instrumento diseñado y construido por estudiantes en el MIT, también es parte de esta misión y su tarea es caracterizar la abundancia de elementos químicos en la superficie. Pero volviendo al protocolo de actuación, en un artículo que apareció este mes en la revista “Acta Astronautica”, los investigadores usaron su protocolo o mapa de decisiones para establecer el tipo de misión que probablemente tendría el mayor éxito en desviar a Apophis y Bennu, en varios escenarios en los que los asteroides pueden dirigirse hacia un ojo de cerradura gravitacional. Dicen que el método podría usarse para diseñar la configuración óptima de la misión y la campaña para desviar un asteroide cercano a la Tierra potencialmente peligroso.

"La gente ha considerado principalmente estrategias de desviación de última hora, cuando el asteroide ya ha pasado por un ojo de la cerradura y se dirige hacia una colisión con la Tierra", dice Sung Wook Paek, autor principal del estudio y un ex estudiante graduado en el Departamento de MIT. Aeronáutica y Astronáutica. “Estoy interesado en evitar el paso del ojo de la cerradura mucho antes del impacto en la Tierra. Es como un ataque preventivo, con menos desorden".

Desviando a un asesino de planetas

En 2007, la NASA concluyó en un informe presentado al Congreso de los EE.UU. Que en el caso de que un asteroide se dirigiera hacia la Tierra, la forma más efectiva de desviarlo sería lanzar una bomba nuclear al espacio. La fuerza de su detonación destruiría el asteroide, aunque el planeta tendría que lidiar con cualquier efecto nuclear. El uso de armas nucleares para mitigar los impactos de asteroides sigue siendo un tema controvertido en la comunidad de defensa planetaria.
La segunda mejor opción era enviar un "impactador cinético": una nave espacial, un cohete u otro proyectil que, si apunta a la dirección correcta, con la velocidad adecuada, debería colisionar con el asteroide, transferir una fracción de su impulso, y desviarlo del rumbo. "El principio básico de la física es como jugar al billar", explica Paek.

Sin embargo, para que cualquier impactador cinético tenga éxito, de Weck, profesor de aeronáutica y astronáutica y sistemas de ingeniería, dice que las propiedades del asteroide, como su masa, momento, trayectoria y composición de la superficie deben conocerse "con la mayor precisión posible. Eso significa que, al diseñar una misión de desviación, los científicos y los gerentes de misión deben tener en cuenta la incertidumbre”. “¿Importa si la probabilidad de éxito de una misión es del 99.9 por ciento o solo del 90 por ciento? Cuando se trata de desviar a un potencial asesino de planetas, apostamos a que sí lo hace”, dice de Weck. “Por lo tanto, debemos ser más inteligentes cuando diseñamos misiones en función del nivel de incertidumbre. Nadie ha visto el problema de esta manera antes".

Cerrando el ojo de la cerradura

Paek y sus colegas desarrollaron un código de simulación para identificar el tipo de misión de desviación de asteroides que tendría la mejor posibilidad de éxito, dado el conjunto de propiedades inciertas de un asteroide.

Las misiones que consideraron incluyen un impactador cinético básico, en el que se dispara un proyectil al espacio para empujar un asteroide fuera de curso. Otras variaciones implicaron enviar un explorador para medir primero el asteroide para perfeccionar las especificaciones de un proyectil que se enviaría más tarde, o enviar dos exploradores, uno para medir el asteroide y el otro para empujar el asteroide ligeramente fuera de curso antes de que un proyectil más grande sea posteriormente lanzado para hacer que el asteroide extrañe la Tierra con casi certeza.

Los investigadores introdujeron en la simulación variables específicas, como la masa, el momento y la trayectoria del asteroide, así como el rango de incertidumbre en cada una de estas variables. Lo más importante es que tuvieron en cuenta la proximidad de un asteroide a un ojo de la cerradura gravitacional, así como la cantidad de tiempo que los científicos tienen antes de que un asteroide pase por el ojo de la cerradura. "Un ojo de la cerradura es como una puerta: una vez que está abierto, el asteroide impactará la Tierra poco después, con alta probabilidad", dice Paek.

Los investigadores probaron su simulación en Apophis y Bennu, dos de los pocos asteroides para los que se conocen las ubicaciones de sus cerraduras gravitacionales con respecto a la Tierra. Simularon varias distancias entre cada asteroide y su ojo de cerradura respectivo, y también calcularon para cada distancia una región de "puerto seguro" donde un asteroide tendría que desviarse para evitar un impacto con la Tierra y pasar por cualquier otro ojo de cerradura cercano.

Luego evaluaron cuál de los tres tipos de misiones principales sería más exitoso para desviar el asteroide a un puerto seguro, dependiendo de la cantidad de tiempo que los científicos tengan para prepararse.

Por ejemplo, si Apophis atraviesa un ojo de cerradura en cinco años o más, entonces hay tiempo suficiente para enviar dos exploradores, uno para medir las dimensiones del asteroide y el otro para empujarlo ligeramente fuera de la pista como prueba, antes de enviar un impactador principal como última opción. Si el paso del ojo de la cerradura ocurre dentro de dos a cinco años, puede haber tiempo para enviar un explorador para medir el asteroide y ajustar los parámetros de un proyectil más grande antes de enviar el impactador hacia arriba para desviar el asteroide. Aunque si Apophis pasa por su ojo de la cerradura dentro de un año terrestre o menos, Paek dice que puede ser demasiado tarde. "Incluso un impactador principal puede no ser capaz de alcanzar el asteroide dentro de este plazo", dice Paek.

Bennu es un caso similar, aunque los científicos saben un poco más sobre su composición material, lo que significa que puede no ser necesario enviar exploradores de investigación antes de lanzar un proyectil.

Con la nueva herramienta de simulación del equipo, Peak planea estimar el éxito de otras misiones de desviación en el futuro. "En lugar de cambiar el tamaño de un proyectil, podemos cambiar el número de lanzamientos y enviar varias naves espaciales más pequeñas para colisionar con un asteroide, uno por uno". O podríamos lanzar proyectiles desde la luna o usar satélites difuntos como impactadores cinéticos”, dice Paek. "Hemos creado un mapa de decisiones que puede ayudar en la creación de prototipos de una misión".

Fuente: MIT 
Los coautores de Paek en el MIT son Olivier de Weck, Jeffrey Hoffman, Richard Binzel y David Miller. Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA, Draper Laboratory y la Fundación de Cultura de Samsung.