¿Por qué las naves espaciales no van directamente al espacio? La ciencia detrás de las rutas interplanetarias

La misión Europa Clipper tiene como objetivo llegar a Júpiter. Sin embargo, antes de eso sobrevolará Marte y la Tierra. Las limitaciones tecnológicas hacen que la mejor opción sea dar un gran rodeo antes de llegar al destino.

Las limitaciones tecnológicas hacen que las naves no se dirijan desde el principio a su destino

Quizá alguna vez hayas escuchado que las naves espaciales no suelen ir directamente al punto de destino. El lanzamiento de la misión Europa Clipper de la NASA el 14 de octubre ha reabierto el debate de qué hay detrás de las rutas interplanetarias.

Y es que esta nave no tomará una ruta directa hacia Júpiter: su trayecto es una coreografía cuidadosamente calculada que incluye sobrevuelos por Marte y la Tierra antes de alcanzar su destino en abril de 2030. ¿Por qué no ir en línea recta? La respuesta está en las limitaciones tecnológicas y el ingenioso uso de las leyes de la física: las asistencias gravitatorias.

¿Por qué las naves espaciales no van en línea recta?

Cuando una nave espacial necesita viajar a lugares lejanos como Júpiter, llevar el combustible necesario para un trayecto directo sería impráctico y costoso. Lanzar directamente un cohete con la potencia suficiente requeriría sistemas de propulsión extremadamente grandes.

El cohete Falcon Heavy que impulsó a Europa Clipper, aunque potente, no puede enviarla en una trayectoria recta hacia Júpiter. En su lugar, la nave aprovecha la gravedad de planetas cercanos para ganar impulso y ahorrar combustible, una técnica conocida como asistencia gravitatoria.

Este concepto fue desarrollado a partir de los cálculos de matemáticos e ingenieros como Yuri Kondratyuk, Gaetano Crocco y Michael Minovitch. La técnica se estrenó en 1959 con la sonda soviética Luna 3 y se popularizó con misiones como Pioneer 10, que usó la gravedad de Júpiter para salir del sistema solar en los años 70.

Desde entonces, las asistencias gravitatorias han sido fundamentales en la navegación espacial, comparadas por algunos expertos con un "juego de billar planetario".

Así funcionan las rutas interplanetarias

Una asistencia gravitatoria consiste en acercar una nave a un planeta para aprovechar su gravedad y modificar su velocidad y trayectoria. Este método no solo acelera las misiones, sino que también permite cambios de dirección que serían imposibles con propulsión convencional. Cada trayectoria se diseña a medida, dependiendo de la masa de la nave, su carga útil y los objetivos científicos de la misión.

Por ejemplo, Europa Clipper pasará cerca de Marte en 2025 para ganar energía y luego regresará a las proximidades de la Tierra en 2026. Este segundo sobrevuelo permitirá a la nave alcanzar la velocidad necesaria para llegar a Júpiter en 2030. Una vez allí, continuará utilizando asistencias gravitatorias, pero esta vez con las lunas galileanas, como Europa y Ganímedes, para ajustar su órbita de estudio y minimizar la exposición a la intensa radiación del planeta.

Optimización de trayectorias

El diseño de estas rutas implica cálculos detallados realizados con herramientas especializadas como el software Copernicus de la NASA o el Space Trajectory Analysis (STA) de la Agencia Espacial Europea (ESA). Estas aplicaciones permiten simular diferentes trayectorias, considerando las posiciones cambiantes de planetas y astros en el tiempo.

Un ejemplo es la misión JUICE de la ESA, que se lanzó en 2023 rumbo a Júpiter. Aunque partió antes que Europa Clipper, su ruta incluye múltiples asistencias gravitatorias que lo llevarán a Venus, la Tierra y finalmente al gigante gaseoso en 2031. Esta demora refleja la importancia de optimizar cada detalle de la trayectoria para maximizar el rendimiento científico y minimizar costos.

Las rutas no lineales que toman las naves espaciales son testimonio de la creatividad humana y el ingenio científico. Estas maniobras no solo optimizan recursos, sino que también demuestran cómo la ciencia puede superar los desafíos del cosmos.

Referencias de la noticia

Negri, R.B., Prado, A.F.B.A. A historical review of the theory of gravity-assists in the pre-spaceflight era. J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 42, 406 (2020). https://doi.org/10.1007/s40430-020-02489-x