Historia del espacio

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Este noviembre tendrán lugar dos acontecimientos que marcarán hitos extraordinarios en la exploración espacial. El primero está relacionado con la misión espacial más distante de la Tierra, Voyager 1. El día 18 de noviembre, a las 04:16:07, hora del centro de México (Ciudad de México), tras más de 49 años de viaje, la sonda se encontrará exactamente a un día luz de nuestro planeta. Una señal de radio enviada en ese preciso instante desde el espacio interestelar tardará 24 horas en llegar hasta nosotros. Recorrer 25.900 millones de kilómetros es una hazaña extraordinaria, fruto de un inmenso esfuerzo humano. Sin embargo, el camino hacia las estrellas todavía será largo, pues la distancia que nos separa de la estrella más cercana sigue siendo unas 1550 veces mayor que la distancia actual de Voyager 1 a la Tierra.

El segundo acontecimiento tendrá lugar apenas tres días después, cuando la misión BepiColombo entre en órbita alrededor de Mercurio. Será la primera nave espacial dedicada al estudio de este planeta desde la misión MESSENGER, que concluyó en 2015.

Las misiones Voyager 1 y BepiColombo comparten unos fundamentos científicos establecidos hace décadas por investigadores e ingenieros unidos por el sueño de viajar entre los planetas. Hoy resulta imposible imaginar estas misiones sin las contribuciones de Michael Minovitch, Gary Flandro y Giuseppe «Bepi» Colombo.

Las maravillas del cielo

Cuando Gary Flandro tenía apenas seis años, recibió como regalo un libro titulado Wonders of the Heavens (Las maravillas del cielo). Su atención quedó cautivada por una ilustración del sistema solar en la que los planetas aparecían dispuestos de una manera que le recordaba a las piedras sobre las que se puede cruzar un río. Al contemplar aquella imagen, el pequeño Gary imaginó lo maravilloso que sería visitar cada uno de los planetas y recorrer todo el sistema solar.

Flandro recordaría aquella misma ilustración unos 25 años después, cuando ya trabajaba en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL). Su tarea consistía en calcular trayectorias para misiones destinadas a los planetas exteriores del sistema solar. Armado únicamente con lápiz y papel, realizó un descubrimiento que acabaría dando origen a la misión Voyager: a finales de la década de 1970, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno alcanzarían una alineación poco frecuente. Flandro comprendió que, en aquella configuración, los planetas podrían funcionar exactamente como había imaginado al observar la ilustración de su libro infantil. Una nave espacial podría aprovechar la atracción gravitatoria de los planetas para ganar velocidad y modificar su trayectoria, visitando así cada uno de ellos. Lo que en circunstancias normales habría requerido décadas podría completarse, mediante maniobras de asistencia gravitatoria, en tan solo 10 o 12 años. También calculó que el momento ideal para el lanzamiento sería 1977 y que habría que esperar nada menos que 175 años para que se repitiera una alineación semejante.

Cuando presentó su descubrimiento a sus compañeros y les explicó su idea de una misión que visitara los planetas gigantes gaseosos, se encontró con una recepción muy fría. Sus colegas sostenían que sería imposible controlar la misión con suficiente precisión, que una nave espacial sencillamente no podría funcionar durante una década entera, que las distancias interplanetarias eran demasiado grandes para transmitir datos útiles y que, al atravesar el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, la nave acabaría inevitablemente chocando contra alguno de sus cuerpos celestes. Flandro recordaría más tarde que todos y cada uno de los expertos a quienes consultó expresaron una opinión negativa sobre la misión.

Ilustración del sistema solar en el interior de la cubierta del libro Wonders of the Heavens, de Arthur Draper (1940). Fuente: Caltech Heritage Project.

Poco después, el ingeniero estadounidense Homer Joseph Stewart publicó un artículo sobre el descubrimiento de Flandro en un periódico local. En él utilizó una frase de Flandro para describir cómo las maniobras gravitatorias podían acelerar y desviar satélites: «La nave aceleraría y Júpiter se desaceleraría». Aquello provocó la indignación de algunos estudiantes, que fundaron la Sociedad de Pasadena para la Preservación de la Órbita de Júpiter. Entre otras cosas, protestaron contra los supuestos planes del JPL de modificar la órbita del planeta más grande de nuestro sistema solar.

A pesar de todo, en 1969 la NASA creó un grupo de trabajo denominado Outer Planets Working Group (Grupo de Trabajo sobre los Planetas Exteriores), que diseñó dos misiones espaciales. Cada una visitaría tres planetas, entre los que entonces también se incluía Plutón. El programa recibió el nombre de Grand Tour, o Gran Viaje.

Uno de los principales defensores de la idea del Gran Viaje fue precisamente Stewart, quien presentó con éxito la propuesta ante el Senado estadounidense. Su argumento principal era que habría que esperar hasta el siglo XXII para que se produjera otra alineación planetaria semejante.

El plan original del Gran Viaje resultó demasiado costoso, por lo que en 1972 la NASA lo sustituyó por un programa más modesto, compuesto por dos naves espaciales que viajarían hacia Júpiter y Saturno. Así nacieron Voyager 1 y Voyager 2. Esta última continuaría posteriormente su viaje hasta Urano y Neptuno.

Sin embargo, el extraordinario descubrimiento de Flandro no surgió de la nada. Se apoyaba en los conocimientos revolucionarios y los fundamentos matemáticos desarrollados por otro visionario: Michael Minovitch.

Un camión entero de resultados impresos

En 1961, Michael Minovitch era todavía un joven estudiante de posgrado de matemáticas y física en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). Decidió pasar el verano realizando unas prácticas en el JPL, donde le encargaron resolver problemas matemáticos convencionales relacionados con las trayectorias espaciales. Pero aquello no fue suficiente para Minovitch. Por iniciativa propia, decidió abordar un desafío mucho más complejo, cuya solución transformaría profundamente la planificación de las misiones interplanetarias.

Minovitch estaba interesado en la posibilidad de utilizar la atracción gravitatoria de los planetas para modificar las trayectorias de las naves espaciales y permitirles continuar su viaje hacia otros planetas, consumiendo la menor cantidad posible de combustible. Abordó el problema con una dedicación extraordinaria, trabajando entre 12 y 16 horas al día.

Al finalizar sus prácticas de verano, continuó trabajando en la UCLA, donde tenía acceso a una auténtica maravilla tecnológica de la época: la computadora IBM 7090, considerada una de las máquinas científicas más potentes del mundo. Era un gigantesco equipo que ocupaba una sala entera y necesitaba un potente sistema de refrigeración para funcionar. Durante el día, la demanda de tiempo de cómputo era considerable, por lo que Minovitch realizaba sus complejos cálculos principalmente por las noches y durante los fines de semana.

Computadora IBM 7090.

Para programar aquella computadora también se utilizaba el lenguaje Fortran. Los programas se almacenaban en unas tarjetas especiales de cartón, conocidas como tarjetas perforadas, cuyos agujeros representaban instrucciones informáticas. Los resultados de los cálculos, por su parte, se imprimían en papel. Cuando, en mayo de 1962, Minovitch envió sus resultados a los investigadores del JPL, ¡la cantidad de hojas impresas era tan enorme que tuvieron que transportarlas desde la UCLA en un camión!

El trabajo de Minovitch sentó las bases para planificar trayectorias interplanetarias mediante la asistencia gravitatoria. Durante esta maniobra, una nave espacial se aproxima a un planeta que orbita alrededor del Sol. La atracción gravitatoria del planeta desvía la trayectoria de la nave y también puede modificar su velocidad con respecto al Sol. De este modo, la nave puede alcanzar el siguiente planeta utilizando una cantidad considerablemente menor de combustible.

Sin embargo, hubo que esperar más de una década para que la asistencia gravitatoria se utilizara en un viaje entre planetas. La primera misión que aprovechó la gravedad de un planeta para llegar a otro fue Mariner 10. El 5 de febrero de 1974, la sonda sobrevoló Venus, cuya gravedad la dirigió hacia Mercurio. Alcanzó este último planeta el 29 de marzo de ese mismo año. Pero al éxito de la misión también contribuyó de manera decisiva otro gigante de la mecánica celeste: el matemático italiano Giuseppe «Bepi» Colombo.

Tres visita por el precio de una

En junio de 1968, el Comité de Ciencias Espaciales de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos recomendó a la NASA una misión que llegara a Mercurio aprovechando la gravedad de Venus. La NASA aprobó el proyecto en 1969 y programó su lanzamiento para 1973.

En 1970, el JPL invitó a una conferencia sobre la misión prevista al reconocido profesor de la Universidad de Padua, Giuseppe «Bepi» Colombo. El científico italiano observó que el período orbital de la nave alrededor del Sol, después de su primer encuentro con ambos planetas, podría ser de 176 días, casi exactamente el doble del período orbital de Mercurio alrededor del Sol (88 días). Esto significaba que la sonda podría volver a aproximarse al planeta unos seis meses después.

Colombo propuso que, mediante una cuidadosa elección de la trayectoria de sobrevuelo de Mercurio, se aprovechara su influencia gravitatoria para dirigir la sonda hacia una órbita resonante. Los especialistas del JPL comprobaron su propuesta mediante cálculos y confirmaron que era viable.

De izquierda hacia la derecha: Gary Flandro, Michael Minovitch in Guiseppe Colombo.

La sonda Mariner 10 sobrevoló Mercurio por segunda vez el 21 de septiembre de 1974. Como su trayectoria permitía encuentros repetidos con el planeta, los ingenieros de la NASA decidieron prolongar la misión para realizar un tercer sobrevuelo. Este tuvo lugar el 16 de marzo de 1975. La genial idea de Colombo contribuyó a que la sonda pudiera realizar tres visitaas a Mercuri «por el precio de una».

El éxito de la misión Mariner 10 demostró la utilidad de la asistencia gravitatoria. Posteriormente, las sondas Voyager también realizaron maniobras similares. La Agencia Espacial Europea (ESA) llamó a Colombo «el abuelo de los sobrevuelos planetarios» por su extraordinaria contribución a la exploración de los planetas. En su honor, también dio nombre a la misión BepiColombo, que ha realizado nada menos que nueve maniobras de asistencia gravitatoria durante su viaje a Mercurio y que entrará en órbita alrededor del planeta el próximo 21 de noviembre.

Tanto Voyager 1 como BepiColombo muestran claramente cómo los descubrimientos científicos siguen moldeando el curso de la historia incluso décadas después. Con sus cálculos, Flandro, Minovitch y Colombo no solo ampliaron los límites de lo posible en el campo de la mecánica celeste. Nos enseñaron cómo utilizar los planetas como piedras sobre las que apoyarnos para viajar por el sistema solar. Aquel río cósmico que al joven Flandro le había parecido imposible de cruzar se convirtió así en un camino hacia otros mundos.

Lecturas complementarias para los más curiosos.

1. Where are Voyager 1 and Voyager 2 Now?, NASA.
2. What Is a Light-Day?, NASA.
3. Why NASA’s Interstellar Mission Almost Didn’t Happen, National Geographics.
4. Gary Flandro, Wikipedia.
5. Gary A. Flandro, «Fast Reconnaissance Missions to the Outer Solar System Utilizing Energy Derived from the Gravitational Field of Jupiter,» Astronautica Acta 12 (1966): 329-37.
6. Voyager 1, Wikipedia.
7. Homer Joseph Stewart, Wikipedia.
8. Michael Minovitch, Wikipedia.
9. Richard L. Dowling, William J. Kosmann, Michael A. Minovitch in Rex W. Ridenour, The Effect of Gravity-Propelled Interplanetary Space Travel on the Exploration of the Solar System, str. 359–360
10. Mariner 10, NASA.
11. 45 Years Ago, Mariner 10 Off to Venus and Mercury, NASA.
12. Giuseppe ‘Bepi’ Colombo: Grandfather of the fly-by, ESA.
13. The Voyage of Mariner 10 Mission to Venus and Mercury, NASA.
14. Giuseppe Colombo, Wikipedia.
15. Latest updates: BepiColombo’s arrival at Mercury, ESA.