Misión desvío de un asteroide

Ad Astra Rocket Company ha evaluado la aplicabilidad de su concepto de “remolque espacial” de 400 kW de propulsión eléctrica solar (PES), llamado Viento™, para desviar de forma exitosa un asteroide imaginario de tamaño mediano en trayectoria de impacto directo con la Tierra. Viento™ está equipado con dos motores de núcleo doble, clase VF-200, operando a 200kW cada uno, bajo las siguientes configuraciones: 1) modo aditivo de translado, en el cual sus dos propulsores están orientados en la misma dirección para proveer la capacidad de translado a alta velocidad hacia el asteroide y 2) modo de deflección, en el cual sus dos propulsores están orientados en direcciones opuestas para utilizar el plasma de escape de uno de ellos para “soplar” levemente sobre el asteroide, impartirle momentum y alterarle así su trayectoria; mientras el otro propulsor, mediante control auxiliar de actitud y angulación adecuada, mantiene la nave espacial en posición estable, flotando junto al asteroide sin tener que aterrizar en él.

La nave espacial Viento™ de Ad Astra se configura de dos maneras: modo additivo de propulsión para traslado veloz hacia el asteroide (izquierda) y modo de orientación opuesta para la deflección del asteroide (derecha). La nave espacial, de 400 kW de propulsión eléctrica solar, está equipada con dos motores VASIMR® clase VF-200.

El asteroide imaginario, al cual llamamos “Khan”, tiene una masa de 7 millones de toneladas y 150 metros de diámetro en una órbita tipo Apophis, ligeramente modificada para obtener un impacto directo con la Tierra el 13 de abril del 2029. Esto contrasta con el encuentro cercano, sin impacto, que ocurrirá en realidad con Apophis (99942 Apophis es una roca de 270 metros de diametro que pesa aproximadamente 40 millones de toneladas y fue descubierta el 19 de junio del 2004). Khan posee una órbita casi circular con un periodo de 323 días. Cada año, la Tierra cruzaría la órbita de Khan el 13 de abril cuando Khan se dirige hacia el perihelio. Khan es lo suficientemente grande como para representar una amenaza mayor a nuestro planeta y, en nuestro escenario imaginario, el impacto de Khan con la Tierra, al no ser desviado, liberaría una energía de 131 megatones causando un gran desastre regional.

La nave Viento™ de Ad Astra ejecuta su campaña de desvío en cuatro fases: 1) partida el 13 de agosto del 2019 del punto L1 del sistema Tierra-Luna (EML1 por sus siglas en inglés) y un traslado propulsivo de 305 días en camino hacia el encuentro con Khan el 13 de junio del 2020; 2) un periodo de 5 años de desvío activo, que termina el 13 de junio del 2025, durante el cual la nave espacial está configurada para permancer junto al asteroide mientras empuja sobre él con su otro motor; 3) un periodo de 4 años de permanencia pasiva junto a Khan, que termina el 19 de marzo del 2029, mientras Viento™ espera la oportunidad óptima para regresar; y 4) una maniobra de retorno de 40 días la cual trae a Viento™ al EML1, su punto de origen.


La escalabilidad de esta tecnología a altas potencias es la base fundamental para una misión atractiva. El sistema de propulsión VASIMR® no contiene electrodos (con lo cual se espera una reducción considerable en el desgaste de sus componenetes y una alargamiento de su vida útil) y tiene una densidad de potencia inherentemente alta y alto impulso específico (Isp), sin tener inquietudes sobre la escalabilidad de la potencia total hasta 1 MW. Los sistemas VASIMR® utlizan propelentes más eficientes y económicos, tales como el argón (~$5/kg) y el criptón ($300/kg), comparado con los propulsores convencionales de iones o tipo Hall, los cuales operan con xenón (~$1000/kg) que es mucho más caro y poco común. Esta flexibilidad resulta en un ahorro significativo en los costos operacionales. El motor VASIMR® de 200 kW se encuentra en alto estado de madurez técnica. Un prototipo a escala natural, llamado VX-200 trabaja con argón como propelente en la cámara de vacío de 150 m3 de Ad Astra en Houston, Texas, y a ejecutado, a la fecha, más de 10,000 disparos de alta potencia y fiabilidad, con una eficiencia del motor mayor al 70% [B. Longmier, et al.]

La capacidad de desvío del VASIMR® está determinada por el nivel de potencia, el tiempo de desvío y el tamaño y la masa del asteroide. Con el nivel de potencia de 400 kW utilizada en este estudio, se consigue fácilmente y dentro del tiempo establecido, que un asteroide de 7.000.000 toneladas dirigido hacia un impacto directo con centro de la Tierra se desvíe hacia más allá de varios radios terrestres. Asteroides más grandes, de hasta ~ 15.000.000 toneladas de masa, podrían apenas desviarse para evitar una colisión.