Hayabusa

Primera misión en traer muestras de un asteroide

Objetivos:
Retorno de muestras del asteroide Itokawa

Nave espacial:
Hayabusa (MUSES-C)

Fecha de lanzamiento:
9 de mayo de 2003

Lanzador:
M-V

Lugar de lanzamiento:
Centro Espacial de Uchinoura, Kagoshima. Japón

Control de misión:
ISAS/JAXA

Hayabusa fue una misión de la JAXA lanzada en 2003 para encontrarse con el asteroide cercano a la Tierra 25143 Itokawa y devolver a la Tierra material recogido directamente de su superficie, algo logrado por primera vez en 2010. La nave operó con propulsión iónica como sistema principal, navegación óptica autónoma y maniobras de contacto breve en un entorno sin órbita estable. El análisis de las muestras recuperadas confirmó la naturaleza condrita ordinaria de Itokawa y demostró la viabilidad técnica del retorno de muestras desde pequeños mundos.

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Objetivos de la misión Hayabusa

El objetivo principal de Hayabusa fue la caracterización física y dinámica del asteroide 25143 Itokawa, incluyendo su forma tridimensional, estado rotacional, campo gravitatorio y propiedades mecánicas de la superficie. La misión buscó relacionar estas magnitudes con la estructura interna del cuerpo y con los procesos físicos que gobiernan la evolución de asteroides de pequeño tamaño.

De forma complementaria, Hayabusa se diseñó para recoger y devolver a la Tierra material superficial de Itokawa con el fin de realizar análisis mineralógicos, químicos e isotópicos en laboratorio. Un objetivo asociado fue observar directamente el comportamiento del regolito y de los bloques superficiales en un entorno de microgravedad extrema, evaluando mecanismos de transporte y acumulación no accesibles mediante observación remota.

Características de la misión Hayabusa

Hayabusa fue una nave compacta de aproximadamente 510 kg al lanzamiento, con una estructura prismática central de aluminio que integraba sistemas de propulsión, control y carga útil, y dos paneles solares desplegables como fuente principal de energía. La arquitectura priorizó la reducción de masa y la multifuncionalidad de subsistemas, aceptando márgenes operativos estrechos. La nave incorporó una antena de alta ganancia fija en banda X y un bus diseñado para operar largos periodos sin intervención continua desde tierra.

La propulsión principal se basó en cuatro motores iónicos alimentados con xenón, capaces de proporcionar empuje continuo de bajo nivel durante miles de horas, utilizados tanto para el crucero interplanetario como para correcciones orbitales y descarga de momento angular. El control de actitud combinó ruedas de reacción, propulsores químicos bipropelentes de bajo empuje y control diferencial mediante los propios motores iónicos. La navegación autónoma se apoyó en guiado óptico, utilizando imágenes del asteroide y de estrellas de fondo para estimar posición y velocidad relativas sin depender de órbitas keplerianas estables.

El perfil de misión se desarrolló íntegramente en trayectoria heliocéntrica, sin inserción orbital alrededor de Itokawa. Las operaciones de encuentro se basaron en estacionamientos cuasiestables a distintas distancias, con descensos controlados mediante empuje activo. La estrategia de proximidad evitó el contacto prolongado con la superficie, sustituyéndolo por maniobras de contacto breve. El sistema de toma de muestras se diseñó para levantar material superficial mediante un impacto interno dentro de un cuerno colector, transfiriendo las partículas a un contenedor sellado. Este contenedor se alojaba en una cápsula de retorno independiente, equipada con escudo térmico ablativo y diseñada para una reentrada directa desde velocidad interplanetaria.

Instrumentación científica

La cámara AMICA (Asteroid Multiband Imaging Camera), también utilizada como cámara de navegación óptica, operó en el visible y cercano al ultravioleta mediante un conjunto de filtros de banda ancha y estrecha equivalentes al sistema ECAS. Su función fue obtener imágenes de alta resolución para cartografiado global y local, análisis morfológico, estimación de forma tridimensional y apoyo directo a la navegación autónoma durante las operaciones de proximidad.

El espectrómetro infrarrojo cercano NIRS midió la reflectancia superficial entre 0,76 y 2,1 µm, permitiendo identificar minerales dominantes y evaluar variaciones composicionales a escala regional. El espectrómetro de fluorescencia de rayos X XRS midió la emisión inducida por la radiación solar para inferir abundancias elementales superficiales, incorporando una placa de calibración a bordo para corregir variaciones en el flujo solar incidente. El sistema LIDAR midió distancias y perfiles topográficos con precisión métrica, siendo esencial para la determinación del campo gravitatorio, el modelado de la forma y el control de altitud durante las maniobras cercanas.

El sistema de muestreo consistió en un cuerno colector diseñado para capturar partículas levantadas desde la superficie tras el disparo de un proyectil metálico interno, sin necesidad de perforación ni anclaje. La cápsula de retorno protegió el material recogido durante la reentrada atmosférica mediante un escudo térmico ablativo y un diseño balístico pasivo. La misión incluyó además el mini-lander MINERVA, concebido para desplazarse por saltos controlados en microgravedad mediante un sistema interno de rotación; su operación efectiva estuvo limitada por la extrema baja gravedad del asteroide y por las condiciones de liberación, lo que impidió la adquisición de datos científicos en superficie.

Desarrollo de la misión Hayabusa

Hayabusa fue lanzada el 9 de mayo de 2003 a bordo de un cohete M-V desde el Centro Espacial de Uchinoura e inició una trayectoria heliocéntrica basada en propulsión iónica como sistema principal. Tras la fase inicial de verificación, los motores iónicos comenzaron a operar de forma continua para modificar progresivamente la órbita solar de la nave.

El 19 de mayo de 2004, la nave realizó una asistencia gravitatoria con la Tierra que ajustó su energía orbital y permitió optimizar el consumo de xenón durante el crucero. Esta maniobra validó la combinación de empuje continuo de bajo nivel con correcciones gravitatorias dentro de una arquitectura interplanetaria operativa.

La llegada al entorno del asteroide 25143 Itokawa se produjo en septiembre de 2005. Debido a la masa extremadamente baja del cuerpo, Hayabusa no realizó inserción orbital, sino que mantuvo posiciones relativas mediante control activo. A finales de septiembre se estableció la posición de referencia a unos 7 km de la superficie, desde donde se inició el cartografiado global y la caracterización del campo gravitatorio y del estado rotacional.

Durante octubre y noviembre de 2005 se llevaron a cabo descensos progresivos para observaciones de mayor resolución y selección de zonas de contacto. El 12 de noviembre de 2005 se liberó el mini-lander MINERVA, pero la liberación se produjo a una altitud superior a la prevista, lo que impidió que el vehículo pudiera establecer contacto funcional con la superficie debido a la microgravedad extrema.

El primer intento de contacto con la superficie tuvo lugar el 19 de noviembre de 2005, durante una maniobra de aproximación que derivó en un descenso no previsto hasta quedar temporalmente apoyada sobre el asteroide. El segundo contacto se produjo el 25 de noviembre de 2005, cuando la nave volvió a tocar la superficie durante varios minutos. Durante estas maniobras se produjeron anomalías en el sistema de propulsión química y no pudo confirmarse en vuelo la activación nominal del sistema de disparo del proyectil del muestreador.

Tras abandonar el entorno de Itokawa a finales de noviembre de 2005, la nave sufrió una degradación severa de sistemas críticos. Dos de las tres ruedas de reacción dejaron de funcionar, se detectaron fugas de combustible y el 8 de diciembre de 2005 se perdió la comunicación con la nave, que no se restableció hasta el 23 de enero de 2006. A partir de ese momento, el retorno se planificó utilizando configuraciones no nominales de control de actitud y propulsión.

El viaje de regreso se prolongó durante más de cuatro años, con reactivaciones parciales y uso combinado de motores iónicos degradados. El 13 de junio de 2010, Hayabusa se aproximó a la Tierra y liberó la cápsula de retorno en una trayectoria balística independiente, mientras el bus principal entraba en la atmósfera y se desintegraba.

La cápsula reentró con éxito el 13 de junio de 2010 y fue recuperada en el área de Woomera, Australia. El análisis posterior confirmó la presencia de partículas microscópicas procedentes de Itokawa, cerrando por primera vez una misión completa de retorno de muestras desde un asteroide cercano a la Tierra.

El análisis de la cápsula de retorno confirmó la recuperación de más de 1.500 partículas sólidas procedentes del asteroide Itokawa, con tamaños entre unas pocas micras y varios cientos de micras, y una masa total del orden de 1 microgramo. Los estudios mineralógicos y químicos identificaron el material como condrita ordinaria de tipo LL, estableciendo de forma directa la relación entre los asteroides de tipo S y este grupo de meteoritos.

Análisis posteriores a escala nanométrica, mediante microtomografía de rayos X y microscopía electrónica, revelaron que las superficies de granos de apenas 10 micrómetros conservan registros de procesos ocurridos durante más de 4.000 millones de años, incluyendo estructuras heredadas del cuerpo progenitor original y modificaciones producidas por viento solar y fricción entre partículas.

Hayabusa demostró que el retorno de muestras desde un asteroide es técnicamente viable incluso en condiciones de microgravedad extrema y con arquitecturas de misión altamente restrictivas. La misión validó el uso operativo de la propulsión iónica como sistema principal, la navegación autónoma basada en guiado óptico y la recuperación balística directa desde órbita heliocéntrica, estableciendo un marco técnico reproducible para futuras misiones a cuerpos menores del Sistema Solar. Su impacto fue inmediato en el diseño de Hayabusa 2 y de OSIRIS-REx, que incorporaron redundancias ampliadas, sistemas de muestreo más robustos y estrategias de operación directamente derivadas de las lecciones aprendidas en Itokawa.

Cronología de la misión Hayabusa

Lanzamiento	9 de mayo de 2003
Asistencia gravitatoria con la Tierra	19 de mayo de 2004
Llegada al entorno del asteroide 25143 Itokawa	12 de septiembre de 2005
Liberación del mini-lander MINERVA	12 de noviembre de 2005
Primer contacto con la superficie para la toma de muestras	19 de noviembre de 2005
Segundo contacto con la superficie para la toma de muestras	25 de noviembre de 2005
Liberación, reentrada y recuperación de la cápsula de retorno en Woomera, Australia	13 de junio de 2010