Publicado: 1ero de abril de 2009
Air & Space Power Journal - Español  Primer  Trimestre 2009


Defensa Planetaria

Estrategia para Desviar Objetos Cercanos a la Tierra

Brent W. Barbee

Impacto de un meteorito
Fuente: Cortesía Don Davis

Antecedentes

A lo largo de la historia nuestro planeta ha sido bombardeado por objetos cercanos a la tierra (NEOs, por sus siglas en inglés) que son asteroides y cometas cuyas órbitas alrededor del Sol provocan que ellos pasen cerca de la Tierra. Las órbitas de estos objetos celestiales cambian gradualmente con el tiempo, causando que algunas de sus órbitas eventualmente crucen la órbita de la Tierra. Un objeto cuya órbita cruza la órbita de la Tierra chocará con ella, si es el momento oportuno, en el punto en que las trayectorias orbitales se cruzan. Durante el año vemos pruebas de ello a medida que somos testigos de una amplia variedad de lluvias de meteoritos provocadas cuando la Tierra pasa a través de escombros que quedan como consecuencia de los cometas que giran alrededor del Sol.

A medida que nuestra habilidad para detectar NEOs ha mejorado, hemos descubierto más y más de ellos en nuestro vecindario celestial. La región orbital de la Tierra alrededor del Sol está densamente poblada con NEOs, tal como muestra la figura 1,1 y es tan sólo la inmensidad del espacio y los tamaños relativamente pequeños de los cuerpos celestiales lo que hacen que las colisiones sean poco frecuentes.

Si bien las colisiones son poco frecuentes, también son inevitables. La superficie de nuestra Luna está cubierta de cráteres de impacto y muchos cráteres se han descubierto y aún se siguen descubriendo en la Tierra. La superficie de la Luna no experimenta el desgaste a causa de proceso meteorológicos y geológicos y por lo tantos los cráteres se conserva y se ven fácilmente. Por contraste, la Tierra es un mundo sumamente activo tanto meteorológica como geológicamente, por lo tanto las señales de cráteres de impacto a menudo se ocultan con el tiempo. No obstante, algunos cráteres terrestres son bastante obvios, tales como el Cráter Barringer, que aparece en la figura 2, ubicado en Winslow, Arizona. El cráter mide 1.200 metros de ancho y 170 metros de profundidad. Fue creado hace aproximadamente 50,000 años atrás por un NEO de níquel-hierro de tan solo 50 metros en tamaño cuya energía de impacto fue entre 20 y 40 megatoneladas, devastando un área con un radio de 10 a 24 Kilometros, y creando vientos huracanados a un radio de 40 Kilometros2.

Objetos Cercanos a la Tierra

Figura 1. Objetos Cercanos a la Tierra Conocidos a Partir de Agosto de 2007 1

Los eventos de impactos por NEO oscilan en consecuencias desde devastación local hasta eventos a niveles de extinción. En 1908 un NEO relativamente pequeño (quizás de 20 metros en tamaño) explotó sobre el río Tunguska en Siberia, con una lluvia de destrucción sobre un área de 2000 kilómetros cuadrados4 (alrededor del tamaño de Washington, D.C. Hace aproximadamente 65 millones de años atrás un NEO relativamente grande, alrededor de 10 kilómetros en tamaño, golpeó con una terrible fuerza destructiva en la Península de Yucatán y se cree que causó la extinción de más del 70% de las especies que vivían en aquel entonces, inclusive los dinosaurios.5

Más recientemente, en octubre de 2008, pudimos prácticamente predecir la colisión con la Tierra de un NEO muy pequeño con el nombre 2008 TC3, tan sólo seis horas antes de entrar en nuestra atmósfera y desintegrarse a gran altitud sobre el Sudán.6 El asteroide se desintegró en lugar de golpear la tierra porque su tamaño era de tan sólo 5 metros.

El Cráter del Meteorito Barringer

Figura 2. El Cráter del Meteorito Barringer3

Quizás el aspecto más singular de estos desastres naturales es que por primera vez en la historia, la humanidad pueda contar con la tecnología para anticiparlos y evitarlos descubriendo y desviando los NEOs que se aproximan antes de que choquen con la Tierra. No obstante, hasta la fecha no se han construido ni probado sistemas para desviar NEOs ni a ninguna agencia se le ha dado la responsabilidad de defender la Tierra de NEOs peligrosos.

El Papel que Desempeña la Incertidumbre en las
Estrategias de Defensa Contra NEOs

Si fuese posible saber con precisión las orbitas de todos los NEOs en el sistema solar, sabríamos exactamente cuándo impactaría el siguiente NEO o podríamos planificar una misión científica de reconocimiento y por consiguiente una misión de desviación de seguimiento. Además, si pudiésemos encontrar y rastrear cada NEO en el sistema solar, podríamos definitivamente identificar cuáles chocarían con nosotros y cuándo.

Lamentablemente, enfrentamos un difícil problema de información parcial. No sabemos cuántos NEOs hay en la población total y de aquellos que hemos descubierto tan sólo sabemos sus órbitas aproximadamente. Los motivos por esto es que no hay soluciones exactas a las ecuaciones de movimiento orbital (aproximamos soluciones usando computadoras), no contamos con los modelos exactos para todas las fuerzas (por ejemplo, la presión de la radiación solar) que actúan sobre los NEOs, nuestras observaciones de los NEOs desde observatorios basados en tierra son imperfectas (contienen ruido y perjuicios en la medición) y no podemos rastrear NEOs continuamente desde la tierra a causa de la geometría relativa entre los NEOs, la Tierra y el Sol. El resultado de todo esto es que calculamos la forma, tamaño y orientación actual y futura de un elipsoide alrededor de donde pensamos que hay un NEO, y si ese elipsoide alguna vez cruza la Tierra podemos calcular la probabilidad de ese NEO chocando con nuestro planeta.

La mejor manera de derrumbar ese elipsoide es enviando una nave espacial para que se encuentre con el NEO y seguirlo de cerca de lo largo de su órbita, tomando medidas de posición relativa a la vez que se transporta un transpondedor. La nave espacial de reconocimiento transmite sus medidas a la Tierra permitiéndonos saber con más precisión la órbita del NEO. Por lo general, el incremento en la precisión encoge el elipsoide lo suficiente como para descartar una colisión con la Tierra o aumentar la probabilidad a un nivel lo suficientemente alarmante que nos motive a tomar medidas.

Sin embargo, las misiones de aeronaves espaciales a los NEOs son bastante costosas, inclusive si la única meta de la misión es perfeccionar nuestro conocimiento de la órbita del NEO. Hasta la fecha, las misiones científicas a asteroides y cometas por lo general están incluidas dentro del coste tope de las misiones de descubrimiento de la NASA que representan varios centenares de millones de dólares.

Sin embargo, el coste de una misión NEO reducida puede ser pequeño en comparación con las misiones de aeronaves espaciales científicas de rutina. Por ejemplo, el equipo de diseño que ganó la competencia de la Sociedad Planetaria por diseñar una misión de reconocimiento al asteroide Apophis calculó que el coste de la misión en dólares del 2007 sería $81,59Millones7, en comparación con misiones científicas completas a asteroides/cometas que oscilaron entre $100Millones y $440Millones.7

Es interesante que ya hemos gastado más de $81,59M en películas acerca de respuestas ficticias a los NEOs que amenazan a la Tierra. La película Impacto Profundo (Deep Impact) (mayo de 1998) tenía un presupuesto de producción de $75Millones y un total de ventas de taquilla a nivel mundial de $348Millones (en dólares de 2005).8 La película Armagedón (Armageddon) (julio de 1998) tenía un presupuesto de producción de $140Millones y un total de ventas de taquilla a nivel mundial de $554Millones (en dólares de 2005).9

Por varios años hemos sabido que el asteroide Apophis se aproximará muy cerca a nuestro planeta el viernes, 13 de abril de 2029, y si atraviesa un orificio de gravedad durante esa aproximación cercana, regresará a impactarnos en el 2036. La probabilidad calculada actualmente de que Apophis choque con nosotros en el 2036 es de 1/45000, no obstante, la explicación por la probabilidad de impacto incluye una advertencia.10

El cálculo de la probabilidad es complejo y depende de un número de suposiciones que son difíciles de verificar. Por estos motivos la probabilidad indicada puede fácilmente ser inexacta por un factor de unos cuantos, y ocasionalmente por un factor de diez o más.

La aproximación cercana del Apophis el 13 de abril de 2029, será histórica a causa de cuán cerca se aproximará y su tamaño. Pasará más cerca de la Tierra que nuestros satélites geosíncronos, a una altitud de aproximadamente 32,000 Kilometros, y actualmente su tamaño se calcula a alrededor de 270 metros. Será visible a simple vista en algunas partes del mundo durante la aproximación cercana.

En la actualidad no podemos rastrear a Apophis desde la tierra y no lo podremos hacer nuevamente hasta el 2012-2013, que también es la próxima ventana de lanzamiento disponible para reunirnos con Apophis, la próxima ventana de lanzamiento después de esa no será hasta el 2021. En lugar de aprovecharnos de la oportunidad de reunirnos con Apophis (en cuyo caso la planificación de la misión tendría que comenzar muy pronto), hasta el momento estamos esperando poder ver nuevamente a Apophis con la esperanza de que observaciones terrestres adicionales descarten la colisión en el 2036. No está claro qué sucederá si la probabilidad de impacto permanece después de las observaciones adicionales. Apophis podría lanzar aproximadamente 500 megatoneladas de energía10 si nos impacta y no hay duda de que nosotros desearíamos desviarlo, pero cada oportunidad que perdemos de reunirnos con él se dificulta desviarlo. Es interesante destacar que allá afuera hay otro NEO que en la actualidad no podemos observar con el nombre de VK184 y que en la actualidad tiene una probabilidad de colisión con la Tierra de 1/3030 en el año 2048 e impactaría con 150 megatoneladas de energía.11

Es generalmente aceptado que las estadísticas y la teoría de probabilidad son la mejor manera de manejar problemas de información parcial. Los jugadores y las compañías de seguro las emplean extensamente. Sin embargo, una de las premisas subyacentes es que a veces es aceptable estar equivocado. Si un jugador hace una mala jugada, la esperanza es que el jugador haya hecho más buenas jugadas que malas y aún así salir adelante. Sin embargo, esto no aplica a la defensa planetaria en contra de NEOs. Equivocarse solamente una vez puede que sea fatal para millones de personas o para toda nuestra especie. Si confiamos demasiado en nuestros cálculos estadísticos de la población NEO y las probabilidades de colisión percibidas, arriesgamos enormes daños o inclusive la extinción. Es así como tenemos que definir el límite para cuán útil es la teoría de probabilidad en el proceso de toma de decisiones para la defensa en contra de NEOs.

Legado de la Misión
de la Nave Espacial

Algunas estrategias de desviación que han sido propuestas requieren tecnologías habilitadores significativas mientras que otras son posibles con tecnologías actuales o a corto plazo. No obstante, todas las estrategias para la desviación de NEOs dependen del hardware comprobado de misiones de naves espaciales, tales como vehículos de lanzamiento y una amplia variedad de sistemas secundarios fundamentales de naves espaciales incluyendo propulsión (impulsor de cita), comunicaciones, mando y manejo de datos, sensores de navegación, sistemas de guía y control y sensores científicos.

Aunque nunca se ha probado ningún sistema de desviación, las bases se están sentando mediante las misiones científicas exitosas enviadas a asteroides y cometas a lo largo de los años. La misión Near-Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) 1996-2001, llevó a cabo un vuelo de paso del asteroide Mathilde, se reunió con y orbitó el asteroide Eros, culminando con un aterrizaje suave en Eros.12 Deep Space 1 fue lanzado en 1998 y llevó a cabo vuelos de paso del asteroide Braille y del cometa Borrelly.13 La misión Stardust fue lanzada en 1999, investigó la coma del cometa Wild 2 y transmitió muestras del material de la coma en el 2006.14 La misión Hayabusa / MUSES-C fue lanzada en el 2003, efectuó una reunión espacial con el asteroide Itokawa en el 200515, posiblemente colectó muestras e intentará regresar las presuntas muestras colectadas en el 2010.16 La misión Deep Impact fue lanzada en el 2005 y lanzó un pequeño impactor al cometa Tempel 1 en el mismo año. El impactor creó un cráter en el cometa, produciendo eyecta (proyectiles volcánicos), según se muestra en la figura 317, para que la nave espacial los estudiara durante un vuelo de paso.18

Choque del Impactor con el Cometa Tempel 1

Figura 3. Choque del Impactor con el Cometa Tempel 1 Durante la Misión Deep Impact.17

No obstante, la energía cinética del impactor no se suponía que fuese lo suficiente como para alterar de manera cuantificable la velocidad (u órbita) del cometa19, que hubiese constituido una desviación y la primera demostración del concepto impactor cinético para la desviación del NEO. La misión Dawn fue lanzada en el 2007 y al presente está en camino para estudiar a Vesta (el segundo cinturón de asteroides principal más grande) y luego continuará a reunirse con y estudiar el planeta enano Ceres (ubicado en el cinturón de asteroides principal), culminando su misión en el 2015.20

Estas misiones han demostrando que contamos con la capacidad para lanzar naves espaciales desde la Tierra, guiarlas para que se reúnan con NEOs y operarlas junto con sus sistemas secundarios mientras están en la vecindad de un NEO por un periodo de tiempo extendido, y recopilar datos importantes acerca de las propiedades físicas de un NEO. Esto constituye prácticamente todo lo que sucede en una misión de desviación, salvo el despliegue del sistema de desviación en sí. Aunque esas capacidades han sido demostradas exitosamente a un nivel básico y en sentido general, tendrán que ser adaptadas y reducidas dependiendo de los requerimientos del sistema de desviación en particular. Además, hay una variedad de tecnologías habilitadoras que se requieren para algunas estrategias de desviación que aún no se han demostrado, tal como atar un equipo a un NEO.

Estrategia para Desviar Objetos Cercanos a la Tierra

Hay varios métodos posibles para evitar que un NEO choque con la Tierra. Si hubiese disponible sistemas suficientemente energéticos, el NEO podría ser aniquilado (quizás vaporizado o pulverizado). Como alternativa, el NEO podría ser fragmentado en pequeños pedazos que luego serían dispersados. Sin embargo, resultaría difícil garantizar que todos los pedazos serían lo suficientemente pequeños como para incendiarse en la atmósfera de la Tierra en caso de que alguno aún se impactase accidentalmente con la Tierra, y se ha descubierto que esquemas de fragmentación diseñados para que fuesen suficientemente controlables requieren muchos lanzamientos a causa de la masa alta en general del sistema de fragmentación.21 Otra opción es desviar el NEO, que es posible en una variedad de escenarios que emplean tecnología actual.

La meta de desviar un NEO es emplear algún mecanismo para cambiar la velocidad del NEO, colocándolo en una órbita diferente que no chocaría con la Tierra. En la figura 4 se ilustra este concepto para un cambio impulsivo de velocidad. Para fines de ilustración, el desplazamiento entre las trayectorias no desviadas y las desviadas del NEO se han exagerado. En una desviación impulsiva, el cambio de velocidad es prácticamente instantáneo, mientras que en una desviación de empuje bajo, el cambio de velocidad se aplica muy gradualmente por un periodo de tiempo prolongado.

Nueva Trayectoria

Figura 4. Un Pequeño Cambio en la Velocidad del NEO lo Coloca en una Nueva Trayectoria.

Si bien en la figura 4 se ilustra el cambio de velocidad en una dirección arbitraria para fines de ilustración, en estudios se ha comprobado que la mejor dirección para el cambio de velocidad es casi alineada con la dirección de velocidad de un NEO, según se ilustra en la figura 5. Esto ocasiona una diferencia cumulativa máxima entre la posición del NEO después de la desviación y donde el NEO hubiese estado si no se hubiese llevado a cabo una desviación.

Velocidad del NEO

Figura 5. La Dirección Óptima para el Cambio de Velocidad es Generalmente Cerca de la Dirección de Velocidad del NEO.

Otro factor importante a tomar en cuenta es cuándo aplicar la desviación al NEO. Por lo general, es mejor aplicar la desviación lo más temprano posible de la fecha pronosticada del impacto con la Tierra, con la limitación de que las desviaciones son más eficaces si se aplican cuando un NEO está en el punto en su órbita que está más cerca al Sol. Este punto se conoce como perihelio y una magnitud determinada en el cambio de velocidad tiene un resultado máximo si se aplica en el perihelio del NEO a causa de la dinámica de la órbita. En la figura 6 se ilustra este concepto mostrando los resultados de análisis por computadora22 para una desviación hipotética de 1 centimetro/segundos aplicada al asteroide Apophis en distintos momentos. La información en marcador alto corresponde a las desviaciones que se le están aplicando en el perihelio mientras que las marcas bajas corresponden a las desviaciones aplicadas en diferentes punto en la órbita del NEO. Las desviaciones en el perihelio claramente superan las desviaciones que no están en el perihelio por un margen considerable, aunque el margen se encoge a medida que el tiempo entre las desviaciones y los impactos con la Tierra disminuyen.

Asteroide Apophis

Figura 6. Desviaciones Aplicadas en Simulación al Asteroide Apophis. Cada desviación está en la dirección óptima (mayormente a lo largo de la dirección de la velocidad del asteroide) pero los marcadores azules corresponden a la desviación que se aplica al perihelio del asteroide mientras que los marcadores rojos corresponden a la desviación que se aplica en otro lugar a lo largo de la órbita del asteroide.

En resumen, la mejor manera para desviar un NEO que se aproxima es aplicar el cambio de velocidad lo más antes posible del momento de impacto pronosticado con la Tierra, con la restricción de que la desviación en el perihelio del NEO maximiza el rendimiento, y para alinear el cambio de velocidad aplicado con la dirección de la velocidad del NEO. La magnitud del cambio de velocidad depende del mecanismo de desviación en particular que se ha seleccionado, el cambio de velocidad de 1 cm/s ilustrado en la figura 6 como ejemplo es un valor representativo.

Aparte de los detalles básicos de cómo se lleva a cabo la desviación, la estrategia general es dictada en gran medida por la logística. La secuencia de eventos que constituyen un escenario NEO peligroso se ilustra en la figura 7.

NEOs Peligrosos

Figura 7. Cronología de Escenarios de NEOs Peligrosos

Inicialmente, se descubre el NEO y luego se requiere tiempo adicional para definir si la probabilidad de que choque con la Tierra es lo suficientemente grande como para requerir acción. Una vez que se toma esa determinación se debe enviar una misión de encuesta científica al NEO, si el tiempo lo permite, para definir con más precisión la órbita del NEO y lograr un mejor entendimiento de las características físicas del NEO, tales como el tamaño, forma, distribución de la masa, estado de la rotación, composición de la superficie y la estructura interna. Esta información da lugar a la selección de la mejor metodología de desviación y el sistema de desviación específico a diseñarse correctamente y con el tamaño correcto para el NEO particular que se esté tratando. Luego, se fabrica y se lanza la nave espacial de desviación para reunirse con el NEO y se lleva a cabo la desviación posterior a la reunión. Cabe destacar que algunas técnicas de desviación, tal como el impactor cinético, requieren interceptación del NEO en lugar de reunirse con el mismo, lo que significa que ellos sencillamente asestan y chocan con el NEO en lugar de llevar a cabo una maniobra para igualar la órbita del NEO cerca del mismo. Si la nave espacial de desviación lleva a cabo una reunión con el NEO, puede que se permita que el tiempo transcurra antes de activar el sistema de desviación, por ejemplo, esperar hasta que el NEO llegue al perihelio si la mejor oportunidad de la nave espacial de desviación para reunirse con el NEO (establecido por la dinámica de la órbita) es llegando al NEO antes de que el NEO llegue al perihelio. Una nave espacial observadora debe ser incorporada a la misión de manera que el resultado de la acción de desviación se pueda verificar.

Técnicas Impulsivas
para las Desviaciones

Las técnicas impulsivas para las desviaciones transmiten al NEO el cambio de velocidad requerido prácticamente al instante. Tal como sugiere la intuición, estas técnicas son necesariamente explosivas en naturaleza. Una posibilidad es utilizar un explosivo nuclear. Los explosivos nucleares poseen una tremenda densidad de energía, que es un factor importante a tomar en cuenta cuando se trata de minimizar la masa de lanzamiento requerida de la nave espacial. En una detonación nuclear a distancia segura, el dispositivo nuclear se coloca cerca de la superficie del NEO y es detonado, tal como se puede apreciar en la noción artística que se ilustra en la figura 8.23

Desviación de un NEO

Figura 8. Noción Artística de una Detonación Nuclear a Distancia Segura para la Desviación de un NEO.23

La radiación generada por la explosión nuclear inmediatamente evapora una capa fina del material de la superficie del NEO, que luego explota y le transmite empuje al NEO. Tal como se mencionó anteriormente, la dirección del cambio de velocidad impartido a causa del empuje es importante, de manera que el dispositivo nuclear debe estar colocado correctamente con relación al NEO antes de la detonación. La geometría afín aparece en la figura 9.

Distintos modelos han indicado que la magnitud del cambio de velocidad impartido es sensible a la altura de la explosión por encima de la superficie del NEO, por lo tanto se debe tener cuidado de colocar el explosivo nuclear a la altura correcta encima del NEO. Es posible que detonar el explosivo nuclear en la superficie del NEO y enterrarlo debajo de la superficie del NEO antes de la detonación pudiese dar resultados favorables en términos de magnitud de desviación, pero esos modos de aplicación podrían aumentar el riesgo de fragmentar accidentalmente al NEO de una manera desenfrenada. También se podrían usar explosivos convencionales en la superficie del NEO o debajo de ella, pero la densidad de su energía son de una índole de magnitud más baja que la de los explosivos nucleares y esto podría provocar que la masa requerida de la nave espacial sea demasiado alta.

Las ventajas principales de una detonación nuclear a distancia segura son que tenemos experiencia en colocar naves espaciales cerca de un NEO, el estado de rotación del NEO no es un factor, no se requiere contacto con la superficie del NEO, la densidad de la energía ultra alta de los dispositivos nucleares les permite manejar NEOs grandes o NEOs de tamaño pequeño a mediano con menos tiempo de espera que otros métodos de desviación y el concepto de las operaciones para la misión es muy sencillo: reunirse con el NEO, colocar el dispositivo nuclear y detonar. Menos "piezas movibles" en el diseño de la misión mejoran en gran medida la probabilidad del éxito de la misma. Las desventajas son que este método de desviación nunca se ha probado y que conlleva estigmas políticos y sociales obvios ya que implica el uso de explosivos nucleares.

Dirección del Cambio de Velocidad Impartido
Figura 9. Ubicación del Explosivo Nuclear con Relación al NEO Determina la Dirección del Cambio de Velocidad Impartido.

Es posible reducir la masa requerida de la nave espacial para la misión eliminando el combustible requerido para la reunión con el NEO si se lleva a cabo un vuelo de paso del NEO y el dispositivo nuclear es detonado en el instante correcto utilizando una espoleta de proximidad. Sin embargo, las velocidades de cierre extremadamente altas impuestas por la dinámica de la órbita y la sensibilidad del resultado a la altitud del explosivo nuclear por encima de la superficie del NEO al momento de la detonación podrían convertir una detonación de paso muy arriesgada.

En el informe de un estudio de la NASA presentado al Congreso en el 2007 que proporcionaba un análisis de las alternativas para desviar NEOs, se sugiere que las detonaciones nucleares a distancia segura son de 10-100 veces más eficaces que las alternativas no nucleares24, aunque este tema aún se está analizando.

Otra opción para la desviación impulsiva es el impactor cinético. Similar a la misión Deep Impact, una nave espacial es guiada a una colisión a alta velocidad con el NEO. La energía cinética del impactor cambia el impulso y por ende la velocidad del NEO, logrando la desviación. Los impactores cinéticos tienen la ventaja de que no requieren ningún tipo de ojiva explosiva, pero su rendimiento está limitado por la cantidad de masa que nuestros vehículos
de lanzamiento pueden manejar, convirtiendo a los impactores cinéticos en los mejores para NEOs pequeños o de tamaño mediano con al menos una década de tiempo de espera, por
 lo general.

Técnicas de Desviación
de Bajo Empuje

Las técnicas de desviación de bajo empuje cambian la velocidad del NEO por una cantidad pequeña durante un periodo de tiempo prolongado. La naturaleza de bajo empuje de estas técnicas las convierte en las más adecuadas para los NEOs pequeños con tiempos de espera largos, preferiblemente en el orden de décadas. La ventaja principal de estas técnicas es que son más controlables que las técnicas impulsivas ya que la acción es más suave y por lo general se pueden modificar a medida que se procesa la retroalimentación del sensor.

Un ejemplo excelente de esta técnica es el Tractor de Gravedad (GT) (Gravity Tractor). El GT es esencialmente una nave espacial impulsada por un motor de bajo empuje que se reúne con el NEO y mantiene la posición cerca del NEO por un periodo de tiempo prolongado. La gravedad de la nave espacial GT, en vista de su masa, ejerce un pequeño, pero persistente, esfuerzo de tracción en el NEO, cambiando gradualmente la velocidad del NEO y por ende su órbita. Por supuesto, la masa mucho más grande del NEO está halando mucho más fuerte en el GT, por lo tanto el GT tiene que emplear continuamente sus motores de bajo empuje para poder mantener su distancia del NEO. En estudios también se ha sugerido usar el GT como una continuación a un impactor cinético cuando no hay suficiente tiempo disponible para que el GT logre la desviación por sí solo.25 La tecnología habilitadora principal requerida es un impulso para naves espaciales que pueda crear el más impulso posible mientras que consume comparativamente poco combustible, permitiendo periodos de funcionamiento prolongados. Se ha progresado en este aspecto en la forma de motores de bajo empuje ya demostrados en misiones anteriores de naves espaciales tales como Deep Space 113 y misiones actuales como Dawn.20

Otras técnicas de bajo empuje para la desviación de NEOs incluye agregar impulsores al NEO, enviar un espejo concentrador solar para reunirse con el NEO y enfocar un haz de luz solar en la superficie del NEO para crear un pequeño chorro de material vaporizado, agregar un accionador de masa al NEO que colecta material del NEO y lo lanza para cambiar el impulso, enviando un emisor de haz de láser para reunirse con el NEO y disparar impulsos laséricos al NEO para vaporizar el material y por ende suministrar empuje al NEO, e inclusive pintar la superficie del NEO de un color diferente para poder cambiar la cantidad de radiación solar que el NEO absorbe y, por ende, alterar las fuerzas naturales que ejercen en el mismo para poder cambiar su órbita. Todas estas técnicas tienen algo de mérito pero también todas requieren tecnologías habilitadoras sustanciales y todas, salvo el GT y la técnica de la pintura, tienen que lidiar con el hecho de que los NEOs por lo general están girando, lo que ocasiona que el vector del empuje impartido no siempre esté alineado con la dirección deseada del empuje (a lo largo de la dirección de la velocidad del NEO). Los accionadores y el impulsor de masa adjuntos también requieren que se fijen a la superficie del NEO, algo que es extremadamente retador y aún no se ha intentado. El láser impulsado necesitaría una tremenda fuente de energía, probablemente un reactor nuclear. La cantidad de pintura necesaria para cubrir una porción suficiente de la superficie del NEO probablemente constituiría una cantidad considerable de masa lanzada desde la Tierra, y el método para desplazar la pintura aún no está claro. En un estudio se sugiere que el chorro de material vaporizado creado por un espejo solar concentrador obstruiría la óptica del espejo en cuestión de minutos.26 No obstante, todas estas técnicas propuestas conllevan más estudio.

La Amenaza de Objetos
Cercanos a la Tierra y Nuestra Seguridad Nacional

Una variedad de observatorios alrededor del mundo exploran los cielos para proveer observaciones (cuando están disponibles) de NEOs conocidos y para descubrir NEOs que aún no hemos visto. El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) aquí en Estados Unidos y el de la Universidad de Pisa en Italia emplean datos de información para determinar las órbitas (e incertidumbres afines) de todos los NEOs conocidos y evaluar las probabilidades de colisión con la Tierra. Sin embargo, en la actualidad ninguna agencia en el mundo es responsable de llevar a cabo la desviación de un NEO que se aproxima si fuese necesario.

La creación a través de las Naciones Unidas (ONU) de una estructura global política y orgánica para responder a la amenaza de un NEO será discutida en una reunión de la ONU que se llevará a cabo en febrero de 2009.27 La Asociación de Exploradores Espaciales (ASE, por sus siglas en inglés) ha redactado un informe28 esbozando sus conclusiones con respecto al alcance de la amenaza NEO y temas relevantes a la respuesta a la amenaza en términos de organización, política y legalidades. Su inquietud básica es que se establezca un marco de reacción eficaz antes de necesitarlo durante una emergencia. La sabiduría de estar correctamente preparados para actuar antes de que se requiera actuar es verdaderamente irrefutable, al igual que lo es el hecho de que un impacto NEO es, por lo general, un problema global que amerita una respuesta internacional.

Pero no todos los NEOs son iguales. De hecho, la mayoría de la población de NEOs conocidos y predichos consta de NEOs de varios cientos de metros en diámetro promedio o más pequeños. Esta clase de tamaño de NEO es capaz de causar devastación a niveles local y regional, mientras que impactos por NEOs de un kilómetro o más en tamaño tendrían efectos globales y los impactos por NEOs de varios kilómetros en tamaño o más grandes constituyen eventos a nivel de extinción. Esto aumenta la posibilidad de una nación convertirse en el blanco de un NEO que se aproxima que es lo suficientemente pequeño como para localizar la devastación a esa nación en particular o una región pequeña de esa nación. Si Estados Unidos alguna vez se encuentra en esa situación, no quiere depender de otras naciones para defender a ciudadanos estadounidenses de NEOs que se aproximan. Si se descubre que un NEO grande está en una trayectoria para impactar cualquier parte del mundo y el NEO es lo suficientemente grande para ocasionar efectos negativos a escala global, Estados Unidos no quiere estar a la merced de las decisiones y capacidades de otras naciones cuando se trate de desviar este tipo de NEO.

La Ley de Autorización de la NASA de 200529 estipuló que la NASA tiene la responsabilidad de detectar, rastrear, clasificar y caracterizar NEOs para poder ofrecer advertencia y mitigación de la amenaza que ellos constituyen a la Tierra. A la NASA también se le encomendó que descubriese el 90 por ciento de la población de NEOs de 140 metros de tamaño y más para fines del 2020. Sin embargo, no se ha provisto ningún financiamiento específico para estas tareas y la NASA no es oficialmente responsable de defender a Estados Unidos de impactos ocasionados por NEOs. No obstante, la clave a nuestra estrategia de respuesta es encontrar los NEOs que se aproximan lo más temprano posible. Esto requiere que el descubrimiento y la evaluación precisa de la amenaza de NEOs suceda lo suficientemente antes del tiempo predicho de impacto con la Tierra para que nosotros podamos tomar medidas eficaces.

Una pequeña comunidad de científicos e ingenieros interesados en el problema de la desviación de NEOs ha crecido regularmente en años recientes. En abril de 2008, el Centro de Investigación para la Desviación de Asteroides (ADRC, por sus siglas en inglés) fue fundado en la Iowa State University con la meta de crear un programa interdisciplinario de investigaciones con miras a crear técnicas impulsivas y de bajo empuje para la desviación de NEOs.30

Si bien el interés está aumentando y hay una creciente corriente de obras técnicas creadas en gran medida por pequeños grupos independientes de investigadores, la mayoría del trabajo o bien no cuenta con ningún apoyo financiero o con muy poco para respaldarlas. Por lo tanto, una posible amenaza a nuestra seguridad nacional es que otras naciones elaborasen tecnologías para desviar NEOs antes que Estados Unidos o que sus tecnologías de desviación sean superiores a las nuestras a causa de su ventaja en la elaboración o su distribución de más recursos. Esto constituye una amenaza a nuestra seguridad nacional porque crearía la posibilidad de que dependeríamos de otra nación para desviar un asteroide que se ha descubierto que está en camino a impactar en suelo estadounidense.

Las colisiones de NEOs con la Tierra deben considerarse y tratarse como un desastre natural que constituye una amenaza legítima a la seguridad nacional de Estados Unidos y una que se puede evitar con la creación de la tecnología apropiada y la preparación. Sin embargo, resulta importante destacar que el desarrollo de la tecnología requerida y el despliegue en sí tienen repercusiones de seguridad nacional, particularmente si hay explosivos nucleares.

Resulta difícil hacer conjeturas con respecto a los costes de un programa de defensa contra NEOs pero los costes hasta la fecha de las misiones de NASA a NEOs puede servir como un punto de partida. Lo que controla el coste principalmente es la necesidad de diseñar, lanzar y probar sistemas de desviación en NEOs inofensivos para verificar y calibrar nuestros modelos físicos afines, garantizando que podamos, de buena fuente, cambiar las órbitas de los NEOs de manera predecible, controlable y oportuna. Es importante destacar que las tecnologías y la pericia elaborada hasta el momento podrían aplicarse ampliamente al espectro de las áreas de tecnología espacial y los datos recopilados serían científicamente valiosos por mérito propio. Esto es sumamente alentador ya que hemos invertidos cientos de millones de dólares en misiones puramente científicas a NEOs. El próximo paso lógico es incorporar la prueba de sistemas de desviación en misiones científicas a NEOs.

Conclusión

Vale destacar que las misiones de prueba de los sistemas de desviación de NEOs también serán misiones científicas a NEOs. Llevar a cabo operaciones científicas a NEOs es intrínseco para el proceso de desplegar y monitorear cualquier sistema de desviación de NEOs. Por lo tanto hay una tremenda sinergia natural entre los objetivos para probar los sistemas de desviación de NEOs y los objetivos de las misiones científicas regulares a NEOs. En vista de que las misiones científicas a NEOs son financiadas y desplegadas con regularidad, sería bastante sensato comenzar a llevar a cabo una combinación de misiones científicas y de misiones de prueba de sistemas de desviación. Esta sería la mejor manera de emplear los fondos disponibles para las misiones de naves espaciales logrando dos objetivos importantes con cada misión de nave espacial.

Si bien los NEOs son científicamente interesantes en términos de entender sus orígenes en nuestro sistema solar, es su tremendo, e inclusive cataclísmico, potencial de destrucción lo que amerita nuestra atención y lo que debe motivarnos a crear y evolucionar la capacidad para evitar que choquen con la Tierra a medida que crecemos como especies interesadas en el espacio. El hecho de que las colisiones catastróficas de lo NEOs con la Tierra son muy poco frecuentes es bastante afortunado para nosotros, pero nos perjudicamos si permitimos que eso nos embauque en un sentido de seguridad falso. Que sepamos, el próximo asteroide grande que ataque la Tierra pudiera ser descubierto mañana y contaríamos con relativamente muy poco tiempo para montar una defensa eficaz.

Nos encontramos en un punto singular en nuestra evolución como especies. Por primera vez en la historia contamos con el conocimiento y la tecnología para posiblemente evitar un tipo particular de desastre natural que podría ocasionarnos graves daños o inclusive extinguirnos. Si bien esa es un tremendo hito para una especie, depende de nosotros aprovechar la oportunidad de una manera que realce nuestra seguridad nacional ahora y para las generaciones futuras.

Notas

1. "Inner Solar System Maps," Armagh Observatory, http://www.arm.ac.uk/neos/ (http://www.arm.ac.uk/neos/ media/2007.gif) (accessed December 7th, 2008)

2. "Barringer Meteor Crater * Meteorites Craters and Impacts," http://barringercrater.com/news/ (accessed consultado el 7 de diciembre de 2008).

3. http://www.solarviews.com/raw/earth/meteor.jpg (accessed December 7th, 2008).

4. "BBC NEWS | Science/Nature | Team makes Tunguska crater claim," http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6239334.stm (consultado el 7 de diciembre de 2008).

5. "A ‘Smoking Gun’ for Dinosaur Extinction," NASA Jet Propulsion Laboratory – News, http://www.jpl.nasa.gov/news/features.cfm?feature=8 (consultado el 7 de diciembre de 2008).

6. "Asteroid hits Earth . . . Good news: Scientists predicted it. Bad News: Only six hours before it burst into our atmosphere," http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-1071393/Asteroid-hits-Earth--Good-news-Scientists-predicted-Bad-News-Only-hours-burst-atmosphere.html (consultado el 8 de diciembre de 2008).

7. Mark G Schaffer, Jesse Koening, A.C. Charania, John R. Olds, et al, "Foresight: A Radio Tagging Mission to Near Earth Asteroid Apophis," Planetary Society 2007 Apophis Mission Design Competition, August 31st, 2007.

8. "Lee’s Movie Info – Deep Impact Box Office," http://www.leesmovieinfo.net/title2.php?t=324 (consultado el 8 de diciembre de 2008).

9. "Lee’s Movie Info – Armageddon Box Office," http://www.leesmovieinfo.net/title2.php?t=120 (consultado el 8 de diciembre de 2008).

10. "99942 Apophis (2004 MN4) Impact Risk," Near-Earth Object Program, http://neo.jpl.nasa.gov/risk/a99942
.html (consultado el 7 de diciembre de 2008).

11. "2007 VK184 Impact Risk," Near-Earth Object Program, http://neo.jpl.nasa.gov/risk/2007vk184.html (consultado el 8 de diciembre de 2008).

12. "NEAR Information," Lunar and Planetary Science at the NSSDC (National Space Science Data Center), http://nssdc
.gsfc.nasa.gov/planetary/near.html (consultado el 7 de diciembre de 2008).

13. "Solar System Exploration: Missions: By Target: Comets: Past: DS1," http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?MCode=DS1 (consultado el 7 de diciembre de 2008).

14. "Solar System Exploration: Missions: By Target: Comets: Past: Stardust," http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?MCode=STARDUST (consultado el 7 de diciembre de 2008).

15. "ISAS | Asteroid Exploration HAYABUSA (MUSES-C) / Missions," http://www.isas.jaxa.jp/e/enterp/missions/hayabusa/index.shtml (consultado el 7 de diciembre de 2008).

16. "ISAS | Asteroid Explorer Information about HAYABUSA / Asteroid Explorer HAYABUSA," http://www
.isas.jaxa.jp/e/enterp/missions/hayabusa/today.shtml (consultado el 7 de diciembre de 2008).

17. http://discovery.nasa.gov/images/67_secs_after_impact.jpg (consultado el 7 de diciembre de 2008).

18. "Solar System Exploration: Missions: By Target: Comets: Present: Deep Impact," http://solarsystem.nasa
.gov/missions/profile.cfm?MCode=DeepImpact (consultado el 7 de diciembre de 2008).

19. "Court Rejects Russian Astrologer’s Lawsuit Against NASA – NEWS – MOSNEWS.COM," http://web
.archive.org/web/20070521082005/http://www.mosnews.com/news/2005/11/08/marinabai.shtml (consultado el 7 de diciembre de 2008).

20. "Solar System Exploration: Missions: By Target: Asteroids: Present: Dawn," http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?MCode=Dawn (consultado el 7 de diciembre de 2008).

21. B. Barbee, L. Gertsch, and W. Fowler, "Spacecraft Mission Design for the Destruction of Hazardous Near-Earth Objects (NEOs) via Distributed-Energy Explosives," Planetary Defense Conference, Washington DC, 2007.

22. B. Barbee, W. Fowler, "Spacecraft Mission Design for the Optimal Impulsive Deflection of Hazardous Near-Earth Objects (NEOs) using Nuclear Explosive Technology," Planetary Defense Conference, Washington DC, 2007.

23. Peter A. Wilkins. Computer rendering of asteroid model (noviembre de 2005).

24. "Near-Earth Objects Survey and Deflection Analysis of Alternatives," National Aeronautics and Space Administration, NASA Authorization Act of 2005, 2007.

25. "‘Gravity tractor’ could deflect asteroids–space– 28 July 2008–New Scientist," http://www.newscientist
.com/article/dn14414 (consultado el 8 de diciembre de 2008).

26. Ralph Kahle, et al, "Physical limits of solar collectors in deflecting Earth-threatening asteroids," Aerospace Science and Technology, 256-263, Elsevier, February 2nd, 2006.

27. "BBC NEWS | Science & Environment | World ‘must tackle space threat',"
 http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7760659.stm (consultado el 7 de diciembre de 2008).

28. Russell L. Schweickart, Thomas D. Jones, Frans von der Dunk, "Asteroid Threats: A Call For Global Reponse," http://www.space-explorers.org/ATACGR.pdf (consultado el 7 de diciembre de 2008), 25 de septiembre de 2008.

29. "NASA Authorization Act of 2005: Conference Report (Final) | SpaceRef – Space News as it Happens," http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=18999 (consultado el 8 de diciembre de 2008).

30. "Welcome to the Asteroid Deflection Research Center," http://www.adrc.iastate.edu (consultado el 8 de diciembre de 2008).


 Colaborador

El Señor Brent William Barbee

El Señor Brent William Barbee (Licenciatura, Ingeniería Aeroespacial, University of Texas, Austin; Maestría, en Ingeniería de la Facultad de Ingeniería Aeroespacial e Ingeniería Mecánica en la Universidad de Texas, Austin, especializándose en Astrodinámica y Diseño de Naves Espaciales) trabaja como Ingeniero Aeroespacial y Científico de Defensa Planetaria con la compañía Emergent Space Technologies en Greenbelt, Maryland. Además, es profesor de posgrado de Astrodinámica en la Facultad de Ingeniería Aeroespacial en la Universidad de Maryland, College Park. Entre las investigaciones en las cuales el Sr. Barbee está interesado se encuentran desviación de Objetos Cercanos a la Tierra (NEOs), diseño de misiones para naves espaciales, reunión de naves espaciales y operaciones de proximidad, diseño de trayectorias para naves espaciales y simulación y modelaje de naves espaciales.


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