Lanzada Europa Clipper: la compleja sonda que estudiará el océano de Europa a partir de 2030

En las últimas décadas ha habido pocas misiones planetarias más esperadas que esta. Hablamos de la costosa y compleja sonda Europa Clipper, una de las misiones más apasionantes —y con una historia más turbulenta— de la historia de la exploración planetaria. El 14 de octubre de 2024 a las 16:06 UTC despegó un Falcon Heavy Block 5 de SpaceX desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy (KSC) de Florida con la sonda Europa Clipper de la NASA rumbo a Júpiter para estudiar las características del océano interno de Europa, uno de los satélites con mayor potencial de habitabilidad del Sistema Solar. La sonda y la segunda etapa se situaron inicialmente en una órbita de aparcamiento de 165 x 185 kilómetros y 32º de inclinación. El segundo encendido de la segunda etapa del Falcon Heavy dejó la nave en una trayectoria de escape con respecto a la Tierra, una órbita solar de 1 x 2,7 Unidades Astronómicas, en rumbo hacia Marte para realizar una maniobra de asistencia gravitatoria del planeta rojo en febrero de 2025. Si todo sale bien, Europa Clipper llegará al gigante joviano en abril de 2030, un año después de la sonda europea JUICE, que despegó el año pasado mediante un Ariane 5. La sonda realizará el primero de los 49 sobrevuelos previstos de Europa en marzo de 2031.

Debido a los elevados requisitos energéticos de esta misión, se desecharon todos los boosters del Falcon Heavy, que eran los dos aceleradores laterales B1064 y B1065 —el sexto vuelo de cada uno—, así como la etapa central B1090, que, como viene siendo la norma, era nueva (recordemos que originalmente esta sonda debía despegar mediante el SLS de la NASA). Este ha sido el segundo lanzamiento de un Falcon Heavy en 2024 y el 11º de este lanzador en su historia. También ha sido la 96ª misión orbital de lanzadores Falcon este año, aunque en el momento de publicar este artículo SpaceX ya había lanzado dos misiones Starlink adicionales mediante sendos Falcon 9. El lanzamiento de esta misión tuvo lugar justo el día después del quinto vuelo de prueba del sistema Starship de SpaceX. La ventana de lanzamiento se abrió el 10 de octubre y se cerraba el 31 del mismo mes, pero el despegue tuvo que aplazarse cuatro días por culpa del huracán Milton.

La misión principal de Europa Clipper es determinar las características precisas del océano que tiene Europa bajo su corteza externa de hielo y averiguar si reúne las condiciones para la vida tal y como la conocemos. Europa (Júpiter II) es un mundo océano y uno de los cuatro satélites galileanos de Júpiter. Con un diámetro de 3122 kilómetros —el de nuestra Luna es de 3475 kilómetros— es el segundo satélite galileano más pequeño. A pesar de su tamaño, Europa tiene el doble de agua, tanto líquida como en forma de hielo, que los océanos terrestres. Aunque no recibe las dosis de radiación letales que sufre Ío, el satélite galileano más interno y el más pequeño, sí orbita dentro de los cinturones de radiación de Júpiter, motivo por el cual diseñar una sonda que pase mucho tiempo cerca de esta luna es un desafío tecnológico. Por este motivo, Europa Clipper no orbitará Europa, sino que realizará 49 sobrevuelos cercanos de este satélite.

Europa Clipper es una misión de tipo Flagship de la NASA, o sea, la categoría de misiones más caras de la agencia espacial y cuyos objetivos son dictados por el cuartel general de la agencia. Se trata de una gran sonda de 5,8 toneladas (con 2,75 toneladas de propergoles), una masa un poco superior a la de la sonda Cassini que exploró Saturno, aunque es algo más ligera que su prima europea JUICE, que alcanza las 6 toneladas. La diferencia de masa entre Europa Clipper y JUICE se debe principalmente a que JUICE deberá llevar propelentes para efectuar maniobras por el sistema joviano y situarse en órbita de Ganímedes, mientras que Europa Clipper solamente orbitará Júpiter y efectuará sobrevuelos cercanos de Europa.

La estructura de la sonda es de 3 x 4,7 x 3 metros, con una envergadura de 30,5 metros una vez se despliegan los paneles solares. La estructura está dividida en un cilindro central de 3 metros de largo y 1,5 metros de diámetro con los tanques de propergoles y, encima, una caja hecha en una aleación de aluminio y zinc donde se encuentra la mayor parte de la aviónica. La caja tiene un espesor de 9,2 milímetros para proteger la electrónica de la radiación. La antena de ganancia principal (HGA) mide 3 metros de diámetro y funciona en banda X y en banda Ka. El sistema de propulsión incluye un tanque de oxidante (MON-3) y otro de combustible (MMH) presurizado por helio que alimentan 24 propulsores de 22 newtons de empuje cada uno agrupados en conjuntos de cuatro situados en el extremo de pequeños mástiles en la parte inferior de la sonda.

Los paneles de Europa Clipper son enormes, 14,2 metros de largo y 4,1 metros de ancho, porque deben generar la energía suficiente para operar la nave a la distancia de la órbita de Júpiter, donde recibirá apenas el 4% de la luz que llega a la Tierra. Europa Clipper será la tercera sonda con paneles solares que orbite Júpiter tras Juno y JUICE (y la cuarta en total tras Galileo). Los paneles han sido construidos en Europa —algo muy apropiado para una misión llamada Europa Clipper— por Airbus Defence and Space, que también ha construido los paneles de JUICE. Por su parte, el mástil del magnetómetro mide 8,55 metros, mientras que los dos pares de antenas del radar, colocadas en los paneles solares de forma perpendicular a los mismos, miden 17,6 metros en dirección perpendicular a los paneles.

¿Y cómo averiguará Europa Clipper las características del océano de Europa? Pues gracias a nueve avanzados instrumentos científicos. El principal para esta tarea será el radar REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Nearsurface), que medirá el espesor de la corteza de hielo de Europa —una de las cuestiones claves que debe estudiar esta misión— y determinará sus propiedades (¿cómo de fluido es?, ¿existen «lagos» dentro de la corteza?, etc.). Para ello, REASON lleva dos pares de antenas monopolo de alta frecuencia (9 MHz) de 8 metros cada una y cuatro antenas VHF (60 MHz) de 3 metros cada una, todas ellas situadas bajo los paneles solares. REASON dará datos detallados de la estructura de la corteza y el océano hasta unos 35 kilómetros de profundidad (el espesor de la corteza de Europa se estima que va entre 3 y 40 kilómetros, de ahí esta cifra), aunque las antenas VHF solo recabarán datos de hasta unos 10 kilómetros de profundidad.

Por otro lado, el espectrómetro infrarrojo MISE (Mapping Imaging Spectrometer for Europa) estudiará la composición de la superficie del satélite. Con especial atención a las sustancias y minerales depositados en las zonas donde el hielo superficial ha surgido del interior recientemente, que nos podrán dar pistas sobre la composición del océano (suponiendo que haya una conexión más o menos directa entre el océano y la superficie). MISE opera en el rango de 0,8 a 4,8 micras, con un campo de visión de 4,3º. La cámara infrarroja E-THEMIS (Europa Thermal Emission Imaging System) también observará en el infrarrojo para levantar un mapa de la superficie con el fin de detectar las zonas más calientes y, por tanto, activas, además de arrojar información adicional sobre su composición. E-THEMIS observará Europa en tres bandas (7 a 14 micras, 14 a 28 micras y 28 a 50 micras) con una resolución de, al menos, 25 kilómetros.

La cámara visible EIS (Europa Imaging System) nos ofrecerá las imágenes más detalladas jamás obtenidas de Europa, superando a las misiones Voyager 1 y 2, Galileo y Juno. EIS realizará un mapa del 80% de la superficie de Europa con una resolución de unos 100 metros, y del 5% con una resolución de unos 25 metros (o superior), aunque la resolución final dependerá de la altura concreta de cada sobrevuelo. EIS dispone de dos cámaras, una de gran campo (WAC) y otra para tomas a mayor resolución (NAC). La cámara NAC dispone de una óptica en forma de telescopio Ritchey-Chrétien con un diámetro de 15,2 centímetros y una distancia focal de 1 metro, mientras que el campo de visión es de 1,2º x 2,3º. NAC no esta fija y puede moverse en un eje hasta 30º para facilitar la toma de imágenes de regiones de interés. La cámara WAC tiene una apertura de 8 milímetros y una distancia focal de 4,6 centímetros, con un campo de 24º x 48º. Ambas cámaras usan detectores CMOS de 2048 x 4096 píxeles. Las imágenes en color (el 25% de la superficie aproximadamente) se obtendrán en el rango espectral de 350 a 1050 nanómetros.

La misión intentará buscar y analizar los elusivos géiseres de Europa y para ello lleva el Europa-UVS (Europa Ultraviolet Spectrograph), un espectrógrafo ultravioleta capaz de detectar estos chorros de hielo y partículas. Europa-UVS observará Europa en el rango de 55 a 206 nanómetros. Si la sonda descubre algún géiser y lo cruza, el instrumento SUDA (SUrface Dust Analyzer) ayudará a analizar las partículas de polvo presentes y poner límites a su composición y características. SUDA medirá granos de polvo de 100 a 1000 nanómetros que choquen contra la nave a velocidades de entre 3,5 y 7,5 km/s. Del mismo modo, el avanzado espectrómetro MASPEX (Mass Spectrometer for Planetary Exploration/Europa), de 62 kg, nos dará un análisis detallado de las sustancias inorgánicas y orgánicas presentes en los géiseres o, si no se puede analizar ninguno, en la tenue atmósfera de Europa, que también procede del hielo superficial.  MASPEX no será capaz de detectar vida directamente, pero sí será clave para determinar si el océano de Europa es habitable.

El magnetómetro ECM (Europa Clipper Magnetometer) y el instrumento de plasma PIMS (Plasma Instrument for Magnetic Sounding) analizarán cómo cambia la magnetosfera de Júpiter cerca de Europa por influencia del océano salino interior. Gracias a estos datos se podrá saber más sobre el volumen, pH y salinidad del océano. ECM lleva tres sensores en el mástil, uno a 8,47 metros, otro a 6,83 metros y otro a 5,20 metros, que pueden medir el campo magnético en el rango de +/- 4000 nanoteslas en cada uno de los tres ejes. Por último, el instrumento de gravedad que usa las señales de radio servirá para poner límites a los modelos de la estructura interna del satélite, sobre todo a los relativos a la profundidad del océano.

Para llegar a Júpiter, Europa Clipper no seguirá una trayectoria directa porque ni siquiera el Falcon Heavy desechable tiene potencia suficiente para ello (el SLS sí hubiera podido mandar la sonda directamente hacia el gigante joviano). Eso sí, el empleo del Falcon Heavy permite que Europa Clipper no tenga que realizar sobrevuelos de Venus y, por tanto, no ha sido necesario modificar la nave para aguantar las temperaturas a esta distancia del Sol. Tras un sobrevuelo de Marte el 28 de febrero de 2025, Europa Clipper sobrevolará la Tierra el 2 de diciembre de 2026 para situarse, ahora sí, en una trayectoria hacia Júpiter. Tras realizar el encendido de frenado el 11 de abril de 2030, la sonda estudiará Europa y el resto del sistema joviano hasta 2034, cuando finalizará la misión primaria (lógicamente, si la sonda sigue activa, la misión podrá ampliarse). El primer sobrevuelo de Europa (E1) está previsto para el 7 de marzo de 2031. Los 49 sobrevuelos de Europa tendrán lugar a altitudes de entre 25 y 100 kilómetros. Al final de la misión, está previsto deshacerse de la sonda haciéndola chocar contra Ganímedes para evitar contaminar, precisamente, la superficie de Europa.

Desde que la sonda Galileo detectó en los años 90 evidencias claras de que Europa poseía un océano interno, confirmando los datos sugeridos por las misiones Voyager 1 y 2, se propusieron numerosas misiones para explorar este fascinante mundo. A principios de este siglo la NASA intentó sacar adelante una compleja misión para estudiar el sistema joviano usando una sonda dotada de un reactor nuclear llamada JIMO (Jupiter Icy Moons Explorer), una misión que sería cancelada por su alto coste. Después de otras propuestas frustradas, en 2007 se presentó la propuesta Europa Explorer. En vez de un reactor nuclear Europa Explorer usaría seis generadores de radioisótopos (RTGs). Poco después, en 2009, nació la misión EJSM (Europa Jupiter System Mission) entre la NASA y la ESA. La NASA debía contribuir con la sonda JEO (Jupiter Europa Orbiter), una versión Europa Explorer, con cinco RTGs, que orbitaría Europa, mientras que la ESA colaboraría con la sonda JGO (Jupiter Ganymede Orbiter). JEO sería cancelada como el resto de propuestas. A pesar de que la ESA se quedó sola, la agencia europea decidió seguir con su proyecto JGO, convertido ahora en la sonda JUICE.

La NASA comenzó entonces un proceso para concebir una misión que fuese tan científicamente interesante como JEO pero con una fracción de su coste. La propuesta fue conocida como EHM (Europa Habitability Mission), de la cual se presentaron diversas variantes: una sonda de aterrizaje, un orbitador y una de sobrevuelo. Finalmente la NASA se decantó en 2012 por la versión de sobrevuelo, denominada EHMF (Europa Habitability Mission Flyby). Esta sonda no entraría en órbita de Europa, sino que llevaría a cabo varias decenas de sobrevuelos del satélite, permitiendo así reducir la masa de combustible y de blindaje antirradiación de forma considerable. El resultado es que se trataba de una sonda más barata y pequeña que JEO. En otoño de 2012 la NASA decidió bautizar la propuesta EHMF con el nombre de Europa Clipper, aunque por entonces se trataba de un nombre informal.

En 2013 la NASA decidió cambiar su diseño y a partir de entonces usaría generadores RTG del tipo MMRTG en vez de los ASRG de tipo Stirling cuyo desarrollo había sido cancelado poco antes. Mientras que las estimaciones del coste de JEO habían llegado a alcanzar los 4700 millones de dólares, Europa Clipper no debía salir por más de 2100 millones. En 2014 la administración Obama también rechazó esta propuesta por su coste y se opuso frontalmente al desarrollo de Europa Clipper. Siguiendo órdenes de la Casa Blanca la NASA llegó a realizar un estudio para ver si se podía realizar una misión a Europa científicamente productiva por menos de mil millones de dólares. La respuesta, obviamente, fue negativa. A finales de 2014 se sustituyeron los RTGs por paneles solares para reducir todavía más el coste del proyecto y se eligió el cohete SLS como opción principal para lanzarla en 2022. De esta forma, la sonda llegaría en 2025 en vez de en 2030 como estaba previsto si usaba un Atlas V o Delta IV. El uso del SLS era una maniobra política por parte de la NASA para ganarse la simpatía de la mayoría republicana del Congreso. De hecho, la misión pudo salir adelante en buena medida por las presiones del senador republicano John Culberson, que también insistió, en este caso de forma infructuosa, en que la NASA desarrollase la misión Europa Lander a la superficie de Europa.

Finalmente, en mayo de 2015 la administración Obama cedió y se aprobó formalmente la misión, aunque inicialmente no se otorgaron los fondos suficientes para desarrollarla. Además, se eligieron sus nueve instrumentos científicos. La sonda, conocida en ese momento simplemente como Europa Mission, pronto pasó a ser conocida como EMFM (Europa Multiple Flyby Mission o Europa Multi-Flyby Mission). En febrero de 2017 la misión entró en la Fase B de su desarrollo y poco después se anunció oficialmente que se su nombre sería Europa Clipper. Tras los retrasos del SLS, a principios de 2021 se comunicó que el lanzador elegido sería el Falcon Heavy, el único lanzador comercial estadounidense en servicio capaz de evitar que la sonda pasase por Venus en una trayectoria VEEGA, lo que hubiese supuesto un rediseño del sistema de control de temperatura de la nave.

Europa Clipper lleva una placa de tantalio con varios mensajes del planeta Tierra. La placa, que forma parte de la estructura del blindaje de aluminio que protege la aviónica, tiene forma triangula (18 x 28 centímetros) e incluye en una cara la palabra ‘agua’ en 103 idiomas distintos, aunque no en texto o audio, sino en grabados con la forma de la onda del sonido de la palabra en cada idioma (en el centro está la palabra agua según el lenguaje de signos estadounidense). Por la otra cara se puede ver la ecuación de Drake, un retrato del científico planetario Ron Greeley y un poema de Ada Limón denominado In Praise of Mystery: A Poem for Europa, junto con un microchip que incorpora más de 2,6 millones de nombres enviados por el público a través de la iniciativa Mensaje en una botella de la NASA. Sin duda, una bonita iniciativa para una misión que debería unir a toda la especie humana.

Por fin, Europa Clipper ya está en el espacio y en menos de seis años la sonda estará alrededor de Júpiter. Después de décadas de espera, finalmente tendremos la respuesta a una de las mayores incógnitas del Sistema Solar: ¿reúne el océano de Europa las condiciones para la vida?