¿Por qué la misión New Horizons no pone la nave espacial en órbita alrededor de Plutón?

Nos hubiera encantado hacer una misión orbital, pero no podíamos pagarla.

Hacer de New Horizons una misión orbital habría aumentado la complejidad y el costo en gran medida. La nave espacial tendría que ser mucho más grande para poder transportar la gran cantidad de combustible y los motores necesarios para reducir la velocidad lo suficiente como para alcanzar la órbita. O habríamos tenido que hacer que New Horizons viajara más despacio y no llegara a Plutón durante muchos años más, lo que habría significado diseñar el vehículo para una vida útil mucho mayor. Eso también habría aumentado enormemente el costo.

Plutón está muy lejos. Para que New Horizons llegara allí, tenía que ser el vehículo más rápido lanzado fuera de la órbita terrestre en una trayectoria de escape solar. Hubiéramos tenido que construir un vehículo de lanzamiento más poderoso o construir el vehículo como vehículos múltiples que se encuentran para poder transportar la mayor masa necesaria para alcanzar la órbita. También nos habríamos enfrentado a dificultades políticas y de adquisición para obtener la mayor cantidad de plutonio necesaria para una misión más larga. Estos cambios habrían convertido a New Horizons en un programa emblemático, lo que resultaría en la cancelación de varias otras misiones.

Es importante comprender que todas nuestras misiones exploratorias están definidas por el dinero disponible para llevarlas a cabo. Solo obtener la aprobación del sobrevuelo tomó años. Dos planes anteriores fueron cancelados.

Para entrar en órbita alrededor de un cuerpo celeste, debes desacelerar lo suficiente como para entrar en una órbita estable. Esta desaceleración requiere enormes cantidades de combustible. El combustible es pesado. Una nave espacial pesada cuesta mucho más poner en órbita terrestre baja durante el despegue. Entonces, para construir un orbitador de Plutón tienes tres opciones:
-hacer una gran nave espacial, acelerar mucho para llegar a Plutón lo antes posible, hacer una gran quemadura y entrar en órbita: no va a suceder, financieramente hablando
-Haga una pequeña nave espacial, no acelere mucho, por lo que la retroquemada consume menos combustible, y toda la nave es mucho más barata que enviarla allí. El problema es que tomaría décadas llegar a Plutón de esta manera, los gastos operativos aumentan linealmente con la duración de la misión, por lo que, una vez más, es un no financiero (sin contar que la mitad del equipo de investigación y la administración estaría muerto cuando la nave finalmente llegue Plutón)
-construir una gran nave con mucho combustible y aceleración en la órbita terrestre, hecha de pequeñas piezas enviadas desde la tierra. Probablemente la mejor opción desde el punto de vista de la ingeniería. Pero cada lanzamiento también cuesta mucho dinero, y también multiplica los riesgos (un solo fallo de lanzamiento podría poner en peligro todo el proyecto), por lo que, en general, no es posible desde el punto de vista político y financiero.

Así que al final siempre se reduce a dinero y aversión al riesgo. Alégrate de que la NASA haya logrado volar en la situación política actual en los EE. UU.

New Horizons surgió de la cancelación de las misiones Pluto Fast Flyby y Pluto Kuiper Express. El objetivo era llegar a Plutón antes de que su atmósfera se congelara (se depositara) en la superficie a medida que Plutón se alejaba del sol. Entonces hubo una carrera para llegar a Plutón rápido.

Reencontrarse con Plutón, en lugar de volar, habría llevado mucho más tiempo y costaría mucho más. Además de eso, había (y todavía hay) incertidumbre sobre el sistema de lunas que orbitan a Plutón, lo que creo que haría un plan para orbitar bastante arriesgado.

Dado que New Horizons apenas resucitó de una serie de proyectos cancelados, no creo que una misión de encuentro se haya considerado seriamente.

Si le preocupa la disminución del apoyo a la ciencia planetaria, informe a sus representantes electos.

Históricamente, se podría argumentar que la NASA siempre ha realizado al menos una misión de sobrevuelo antes de enviar un orbitador. Debe hacer un reconocimiento preliminar con una sonda más pequeña y menos costosa antes de enviar una sonda de clase insignia de mil millones de dólares.

Enviar un orbitador y un módulo de aterrizaje a Plutón sería un desafío técnico, teniendo en cuenta que ni siquiera estábamos completamente seguros del tamaño exacto de Plutón o exactamente cuántas pequeñas lunas podrían estar orbitando. Tener un accidente de luna desconocido en nuestra nave espacial de mil millones de dólares sería vergonzoso sin mencionar la oportunidad perdida.

La nave espacial viaja a gran velocidad debido a las asistencias gravitacionales de Júpiter. Estas ayudas son necesarias para que gane la velocidad suficiente para llegar a Plutón. Para que pueda ponerse en la órbita de Plutón, se debe reducir la velocidad de la nave espacial. Esto ocurre disparando los propulsores a bordo y necesita una gran cantidad de combustible, lo que no es práctico. La dificultad se debe a que los vehículos de lanzamiento actuales no pueden proporcionar un impulso inicial suficiente que pueda garantizar que la nave espacial pueda superar la influencia gravitacional de gigantes como Júpiter. Además, dado que Plutón es pequeño, su influencia gravitacional no es lo suficientemente fuerte como para capturar la nave espacial.

Una anología de esta situación es tratar de detener una pelota de tenis con un solo dedo después de ser golpeada por una raqueta. Simplemente no puede detenerlo a menos que use toda su mano para bloquear la pelota.

La razón por la que New Horizons voló por Plutón es porque viaja extremadamente rápido, a unos 14 kilómetros por segundo más allá de Plutón. Plutón es un cuerpo planetario bastante pequeño con una gravedad pequeña, por lo que es menos capaz de capturar Nuevos Horizontes en su órbita en comparación con un planeta grande. Por lo tanto, New Horizons tendría que llevar una gran cantidad de combustible para reducir la velocidad a una velocidad tal que Plutón pudiera capturarlo, y esto lo convertiría en una misión mucho más costosa, y también una misión más larga (actualmente es lo suficientemente larga en 9 años y medio).

Para ponerlo en perspectiva de lo extremadamente rápido que viajaba New Horizons, consulte este genial GIF de Clay Bavor.

Este GIF muestra lo increíblemente rápido que New Horizons está viajando por el espacio

Principalmente tiempo de vuelo y combustible. Recuerde que si va a reducir la velocidad, debe gastar la misma cantidad de combustible que se necesita para acelerar a la velocidad que alcance. New Horizons también usó una ayuda de gravedad de Júpiter para aumentar su velocidad.

La misión según lo planeado tiene un tiempo de vuelo de 9,5 años. Entonces podría decir en términos brutos y aproximados que tomaría el doble de tiempo y el doble de combustible … una nave espacial más grande … un vehículo de lanzamiento más grande … más dinero. Los problemas gotean por toda la misión.

Un vuelo crea la oportunidad obvia de utilizar New Horizons para explorar el Cinturón de Kuiper.

Se necesita tanta energía para reducir la velocidad para la captura orbital como para el escape orbital. Cuanto más rápido viaje, necesitará mucha más energía para escapar y frenar para capturarlo.

La misión de Plutón tenía un tiempo limitado: querían llegar a una determinada hora de llegada y no querían esperar otros 10 años para ver los resultados de la misión. Entonces necesitaban navegar a gran velocidad. Esto requirió mucha energía de lanzamiento y una honda de Júpiter.

Para orbitar a Plutón, habrían tenido que invertir la misma energía para frenar a la velocidad orbital de Plutón, lo que habría requerido poner una nave mucho más grande en el espacio con el combustible de frenado requerido, esto a su vez aumenta los costos de lanzamiento que necesitan una mayor capacidad de lanzamiento y una nave espacial más grande.

Al final, la velocidad y la misión fueron un compromiso de costo y tiempo. No habría sido posible montar un lanzamiento que llegara a Plutón en diez años y pudiera orbitar a Plutón por 5 o diez veces el costo.

Crudamente, porque va demasiado rápido para ser capturado por la gravedad de Plutón. Esto se debe a la velocidad que tuvo que alcanzar para llegar a Plutón en un tiempo razonable.

Es mucho más difícil poner una nave espacial en órbita que tener un sobrevuelo. Todos los otros planetas y también EarthMoon tuvieron primero misiones de sobrevuelo. Menos combustible y menos complicado.

La idea de agregar misiones a los objetos del Cinturón de Kuiper se agregó más tarde. En el momento en que se lanzó la misión, no se había descubierto ninguno y su existencia era una cuestión de especulación.

Delta-v

Para transportar suficiente combustible para reducir la velocidad allí, la nave espacial tendría que transportar combustible comparable a un cohete que despegaba de la Tierra, y todo esto habría sido lanzado desde la Tierra.