BepiColombo ens visita de camí a Mercuri

Malgrat la pandèmia les operacions a l’espai continuen. Les lleis de la física són inalterables i les maniobres necessàries de les naus espacials s’han de fer, tant si com no.

I aquesta matinada ens ha passat fregant la nau europea-japonesa Bepi-Colombo, enviada cap a Mercuri el 2018, que ha realitzat una maniobra d’assistència gravitatòria amb la Terra. Serà l’única visita a la Terra, però en farà dues més amb Venus i cinc amb Mercuri, per arribar finalment a situar-se en òrbita al voltant del primer planeta del sistema solar a finals del 2025.

Sembla estrany que, si es vol fer arribar una nau cap a un planeta llunyà, siga necessari fer-lo voltar amunt i avall del sistema solar per assolir el seu objectiu final. Per què no enviar-la directament al planeta?

Representació artística de la missió  BepiColombo, amb els orbitadors que du, el Mercury Planetary Orbiter (ESA, esquerra) i el Mercury Magnetospheric Orbiter (JAXA, dreta)

Les trajectòries que segueixen els vehicles espacials depenen de dos variables fonamentals: de l’atracció gravitatòria dels cossos celestes que els atrauen i de la velocitat que poden assolir aquests vehicles.

Sabem que una missió enviada a l’espai necessita un gran coet per enlairar-se i allunyar-se de la influència del camp gravitatori terrestre. Però una vegada a l’espai la velocitat ve donada per l’impuls inicial. Si la velocitat és baixa, d’uns 8 km/s, quedarà en òrbita terrestre, si és més alta, major d’un 11,2 km/s (uns 40.000 km/h) aconseguirà fugir de la Terra.

Tanmateix amb aquesta velocitat no aconseguirà fugir del sistema solar ja que finalment quedarà en una òrbita al voltant del Sol. I en aquesta òrbita es quedarà eternament si no s’hi aplica alguna força externa. La nau té massa energia i ha de perdre velocitat per acostar-se a Mercuri, per exemple. Així que, per aproximar-se als planetes interiors, ha de reduir la seua velocitat i energia i “deixar-se caure” cap al Sol. En absència de fregament, la única manera de fer-ho és engegar uns propulsors que, projectats en la direcció del seu moviment, el frenen.

I, aquí està el cul de sac de les missions espacials. Els propulsors necessiten molt de combustible per fer aquestes maniobres de correcció de trajectòria. Un combustible que faria augmentar la massa del vehicle de manera desproporcionada i convertiria les missions espacials en impracticables. Com sabem per la segona llei de Newton: Força = massa x acceleració, és a dir, a més massa, més força, més combustible, és necessària per variar l’acceleració de la nau.

Com s’ha aconseguit resoldre aquest coll d’ampolla de l’exploració espacial?

Sembla que va ser el matemàtic i enginyer ucraïnès Yuri Kondratyuk el primer que suggerí, ja el 1918, que una nau espacial podria aprofitar la gravetat dels planetes per accelerar o frenar-ne la trajectòria, però això no es va poder provar fins a que va ser possible enviar missions més enllà de la Terra.  I fou el matemàtic italià Bepi Colombo el qui proposà, el 1970, fer una delicada aproximació de la nau de la NASA Mariner 10 a Mercuri per que hi retornarà sis mesos més tard. Dues visites en lloc d’una de programada.

I aquesta matinada passada, quan el Sol estava a punt d’eixir per a nosaltres, la missió BepiColombo passà a uns 12.700 km de la superfície de la Terra. Amb aquesta delicada maniobra la nau ha aconseguit perdre uns 5 km/s de velocitat, amb la qual cosa la nova òrbita està ara més tancada al voltant del Sol. Evidentment, com que l‘energia total del sistema Terra-BepiColombo s’ha de conservar, l’energia perduda per la nau ha estat guanyada per la Terra, però aquesta és tan massiva que això no representa cap problema.

La nau espacial BepiColombo, en el seu llarg camí cap a Mercuri, encara realitzarà 8 assistències gravitatòries més per reduir la velocitat: dues a Venus (a l’octubre del 2020 i l’agost del 2021), i 6 més a Mercuri, a partir d’octubre del 2021, abans de la inserció final de l’òrbita el desembre del 2025.

BepiColombo és una missió conjunta de l’Agència Espacial Europa (ESA) i de l’Agència Espacial Japonesa (JAXA). La missió posarà en òrbita dos orbitadors: el Mercury Planetary Orbiter (ESA) i el Mercury Magnetospheric Orbiter (JAXA) i tractaran d’estudiar en detall el planeta més pròxim a la Terra. Ja en parlarem.

BepiColombo Earth Flyby Una explicació més detallada de la meravella de l’assistència gravitatòria. ESA

Imatges:

1, 3 – La Terra capturada per una de les càmeres selfie de BepiColombo poc abans de l’aproximació. ESA / BepiColombo / MTM, CC BY-SA 3.0 IGO
2.- BepiColombo. NASA. Mercury Planetary Orbiter and Mercury Magnetospheric Orbiter. Wikipedia Commons.
4.- Assistència gravitatòria per reduir la velocitat de BepiColombo. De BepiCombo Earth Flyby. ESA
5.- Objectius de BepiColombo. ESA.