Un lanzamiento de 1967-1968 para lanzar una misión de encuentro con el cometa Halley a fines de la década de 1970

La última visita del cometa Halley antes de la era espacial: una placa fotográfica capturada en el Observatorio Yerkes el 6 de junio de 1910. Crédito de la imagen: Observatorio Yerkes.

Herman Michielsen era científico sénior en el Laboratorio de Investigación de Palo Alto de Lockheed Missiles & Space Company en California en agosto de 1967, cuando presentó un documento sobre posibles misiones al cometa Halley en una conferencia del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) en Huntsville, Alabama. . Su artículo fue el primer trabajo serio que describía las opciones para explorar el cometa Halley usando naves espaciales durante su aparición de 1985-1986, el primero que tendría lugar desde la llegada de los vuelos espaciales en 1957.

Lockheed financió la investigación del cometa Halley de Michielsen en el marco de su Programa de investigación independiente, que brindó a su personal científico la oportunidad de realizar estudios en el tiempo de la empresa fuera de su rango normal de trabajo. En el momento en que presentó su artículo sobre el cometa Halley, gran parte del trabajo de Michielsen se había centrado en el cálculo de las efemérides lunares y planetarias utilizando computadoras avanzadas y en el seguimiento de satélites de la Tierra. Fue una figura importante en el Programa de Coordinación de Seguimiento Independiente, cuyo objetivo era complementar el número limitado de observaciones visuales profesionales de satélites de la Tierra con las de aficionados expertos de todo el mundo.

El cometa Halley requiere poca presentación; es el único cometa recurrente cuyo nombre es ampliamente conocido por los no astrónomos. Las observaciones del cometa Halley se registraron en China ya en el 240 a. Sin embargo, no fue hasta el siglo XVIII que se entendió que el cometa Halley sigue una trayectoria elíptica centrada en el Sol que lo lleva a un perihelio (punto más cercano en su órbita alrededor del Sol) entre las órbitas de Venus y Mercurio aproximadamente cada 76 años.

El cometa lleva el nombre de Edmond Halley, el astrónomo inglés que escribió en 1705 que los cometas observados en 1531, 1607 y 1682 eran, de hecho, un solo cometa. Halley predijo con éxito que el cometa regresaría en 1758, aunque no vivió para verlo.

Michielsen señaló que los cometas de período corto, es decir, cualquier cometa con un período de 200 años o menos, generalmente solo son visibles con telescopios y apenas muestran una cola. El cometa Halley es un cometa de período corto, pero se opone a esta tendencia, lo que lo convierte en un objeto de interés para futuras exploraciones con sondas robóticas. El científico de Lockheed predijo que su regreso en 1985-1986 se convertiría en «un punto culminante en el campo de las sondas cometarias».

Sin embargo, el cometa Halley no es un objetivo ideal para una nave espacial porque sigue un camino retrógrado alrededor del Sol. La gran mayoría de los cuerpos del Sistema Solar orbitan alrededor de su cuerpo principal (el Sol, un planeta o cualquiera de las diversas categorías de cuerpos pequeños) en una dirección progresiva, es decir, en sentido contrario a las agujas del reloj. Por su parte, el cometa Halley orbita el Sol en el sentido de las agujas del reloj. Michielsen llamó a esto «una condición desafortunada».

Michielsen calculó que las naves espaciales en una ruta de intercepción progresiva encontrarían el cometa Halley a la distancia de la Tierra del Sol (una Unidad Astronómica, o AU) moviéndose a unos 60 kilómetros por segundo (km/seg) en relación con el cometa; a la distancia del perihelio del cometa Halley, a 0,59 UA del Sol, la velocidad de intercepción relativa superaría los 90 km/seg. Las altas velocidades de encuentro cerca y en el perihelio significarían que una sonda podría ver el núcleo del cometa, que se esperaba que midiera como máximo unas pocas decenas de kilómetros de diámetro, durante muy poco tiempo, haciendo imposible cualquier observación en profundidad cuando el cometa estaba mas activo.

En el momento en que Michielsen presentó su trabajo, la mayoría de los científicos de cometas favorecían el modelo de «bola de nieve sucia» del astrónomo Fred Whipple de la estructura del núcleo del cometa. Cabe señalar, sin embargo, que en 1967-1968 los modelos rivales tenían seguidores. Confirmar la naturaleza del núcleo fue una de las justificaciones más importantes para la exploración de cometas hasta la década de 1980.

Michielsen propuso que se hiciera un esfuerzo a tiempo para la aparición de 1985-1986 de colocar una sonda robótica en una órbita retrógrada centrada en el Sol que le permitiría reunirse y viajar junto al cometa Halley durante semanas o meses. Escribió que una misión de encuentro permitiría «un retorno de datos útiles muchos órdenes de magnitud mayor que el de incluso una serie de intercepciones de alta velocidad». Sin embargo, una cita sería extremadamente desafiante en términos de la energía de propulsión requerida.

Un encuentro con el cometa Halley podría acercarse a la viabilidad, escribió, si la sonda de encuentro se lanzara primero a una órbita elíptica centrada en el Sol con un afelio (el punto más lejano en su órbita alrededor del Sol) a unas siete AU (es decir, entre las órbitas de Júpiter y Saturno, que orbitan alrededor del Sol a 5,2 AU y 9,5 AU, respectivamente). Propuso un lanzamiento en 1978, con la sonda acercándose al afelio en 1982.

Cerca del afelio, la nave espacial se movería con relativa lentitud, por lo que podría colocarse en una órbita retrógrada utilizando una maniobra de propulsión (un «pulso de afelio») que cambió su velocidad en solo unos 9,3 km/seg. En combinación con las maniobras de orientación precisa y de salida de la Tierra, el cambio de velocidad de propulsión total necesario para llevar a cabo una cita con el cometa Halley en 1985 ascendería a unos 31 km/seg.

Diagrama del cometa Halley y las trayectorias de las naves espaciales de encuentro durante la misión de pulso afelio de Michielsen. Por favor, haga clic en la imagen para ampliar. Crédito de la imagen: DSFPortree.

Otras opciones permitirían un encuentro Halley con un cambio de velocidad de propulsión aún menor, agregó Michielsen. Salir de la Tierra en 1973, por ejemplo, recortaría el cambio de velocidad del pulso del afelio en 2,5 km/seg. Sin embargo, el tiempo de vuelo de 12 años desde el lanzamiento de la Tierra hasta el encuentro con Halley podría considerarse excesivo.

A principios y mediados de la década de 1960, muchos planificadores consideraron las posibilidades de maniobras de asistencia por gravedad para ahorrar propulsor. Michielsen explicó que una nave espacial lanzada el 13 de septiembre de 1977 que pasó frente a Júpiter el 16 de septiembre de 1978 se reduciría y su curso se desviaría hacia una trayectoria retrógrada que permitiría encontrarse con el cometa Halley el 27 de mayo de 1985, 254 días antes de su perihelio previsto. el 5 de febrero de 1986. También describió una misión lanzada desde la Tierra el 16 de octubre de 1978 que se encontraría con Júpiter el 14 de octubre de 1979 y se encontraría con el cometa Halley el 10 de septiembre de 1985, 148 días antes del perihelio previsto.

Júpiter estaría mejor posicionado para el sobrevuelo asistido por gravedad en la oportunidad de 1977, agregó Michielsen, reduciendo así la velocidad requerida de salida de la Tierra y la velocidad a la que la nave espacial se acercaría al cometa Halley. El cambio de velocidad de propulsión desde la salida de la Tierra hasta el encuentro con Halley totalizaría 24,6 km/seg para la misión lanzada en 1977 y 25,6 km/seg para la misión de 1978.

Luego, Michielsen exploró brevemente la posibilidad de un sobrevuelo asistido por la gravedad de Saturno, que dijo que fue sugerido en la reunión de la AIAA de agosto de 1967 por Maxwell Hunter, quien fue miembro del Consejo Nacional del Espacio desde 1962 hasta que se unió a Lockheed en 1965. Un sobrevuelo de Saturno sobre el cometa Halley la misión de encuentro lanzada desde la Tierra el 30 de agosto de 1973 requeriría un cambio de velocidad de propulsión total de 22,2 km/s; uno lanzado el 14 de septiembre de 1974 necesitaría 22,9 km/seg. El sobrevuelo de Saturno ocurriría el 19 de enero de 1976 para el lanzamiento de 1973 y el 14 de enero de 1977 para el lanzamiento de 1974; El encuentro del cometa Halley tendría lugar el 18 de abril de 1985 o el 21 de junio de 1985, respectivamente.

En la segunda mitad de su artículo, Michielsen prestó especial atención al problema de la predicción precisa del regreso del cometa Halley, y es en este contexto en el que su trabajo se cita con mayor frecuencia en la actualidad. Señaló que las computadoras digitales habían permitido a los investigadores confirmar que la gravedad de los planetas, en particular, Júpiter, la Tierra y Venus, había causado que el período orbital del cometa Halley variara hasta 1000 días a lo largo de los siglos. Además, un efecto no gravitacional, cuya explicación declaró que estaba más allá del alcance de su artículo, provocó un cambio en la fecha del perihelio de unos cuatro días durante cada una de las seis apariciones que abarcan el período de 1456 a 1835.

El efecto no gravitatorio que Michielsen se resistía a explicar se había atribuido a los chorros de gas y polvo que se forman cuando el Sol calienta el núcleo de un cometa. Se creía que estos chorros se comportarían como motores de cohetes naturales. Esta hipótesis eventualmente se confirmaría, pero el científico de Lockheed probablemente fue inteligente al tratar el problema potencialmente controvertido como una distracción innecesaria cuando presentó su estudio de los métodos de encuentro del cometa Halley.

El cambio en la fecha del perihelio significó que una sonda del cometa Halley lanzada a fines de la década de 1970 necesitaría realizar maniobras de propulsión adicionales para asegurar un encuentro cercano. La magnitud de las maniobras requeridas comenzaría a hacerse evidente, predijo, en noviembre de 1983, cuando los telescopios más grandes de la Tierra comenzaran a fotografiar el cometa Halley entre las órbitas de Saturno y Júpiter a una distancia de 8,5 UA del Sol. Michielsen esperaba que, si la readquisición tuviera lugar en ese momento, podría ocurrir una cantidad suficiente de observaciones para garantizar que las maniobras que requieren un cambio de velocidad de propulsión total de solo 1,2 kilómetros por segundo producirían una «misión de encuentro que valiera la pena». Luego la readquisición podría exigir un mayor cambio de velocidad de propulsión.

Al final resultó que, el advenimiento de la tecnología CCD permitió la readquisición del cometa Halley más de un año antes de la fecha prevista por Michielsen. El 16 de octubre de 1982, los observadores que utilizaron el Telescopio Hale de 200 pulgadas en Mount Palomar en California se convirtieron en los primeros humanos en vislumbrar el cometa Halley desde 1911. El cometa, que aún no había mostrado cola, estaba más allá de la órbita de Saturno cuando fue readquirido. .

Los avances en la tecnología astronómica significan que el cometa Halley ha permanecido visible desde su readquisición el 16 de octubre de 1982. Cuando alcance el perihelio en julio de 2061, habrá sido rastreado visualmente durante 79 años.

Esta publicación es la primera de una nueva serie llamada «Preparándose para Halley». Su objetivo es describir los esfuerzos estadounidenses para lanzar una nave espacial al cometa Halley en 1985-1986. La serie está programada para coincidir con el paso del afelio del cometa Halley a fines de 2023, después de lo cual se aproximará para su aparición en 2061. Se pueden encontrar otras publicaciones sobre la exploración de cometas relevantes para las misiones del cometa Halley en 1985-1986 siguiendo los enlaces «Más información» a continuación.

Cometa Halley readquirido: imagen CCD capturada en el Observatorio Palomar el 16 de octubre de 1982. El círculo se agregó para que el tenue cometa Halley se destaque entre las estrellas de fondo. Crédito de la imagen: D. Jewitt y D. Edward Danielson, Instituto de Tecnología de California.

Fuente

«Una cita con el cometa Halley en 1985-1986», HF Michielsen, Diario de naves espaciales y cohetes, Volumen 5, Número 3, marzo de 1968, págs. 328-334; artículo presentado en la Conferencia de Dinámica de Vuelo, Control y Orientación de la AIAA en Huntsville, Alabama, el 14 de agosto de 1967.

Más información

Misiones al cometa d’Arrest y al asteroide Eros en la década de 1970 (1966)

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Un plan de 1974 para un sobrevuelo lento del cometa Encke

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