Las próximas misiones a Marte: ESCAPADE

En los comienzos de la exploración espacial, cuando se trataba de estudiar estudiar la magnetosfera terrestre, se confiaba únicamente en un solo satélite. Es cierto, usando múltiples satélites, cada uno con un objetivo concreto, eso sí, se empezaba a ver la complejidad de nuestro entorno espacial. Luego llegaron los satélites Pioneer, las unidades del seis al nueve (hubo un quinto, perdido en el lanzamiento) los cuales, ubicados en órbitas solares, proporcionaban información multipunto del viento solar, ideal cuando los astronautas de las misiones Apollo iban a la Luna. El prototipo de un sistema de alerta de meteorología espacial. Más tarde, llegaron los satélites europeos HEOS, los primeros de la ESA en abandonar, por un rato, la magnetosfera terrestre. Sí, fueron dos, lanzados a órbitas fuertemente elípticas, pero uno en trayectoria ecuatorial, el segundo en órbita polar. Fueron muy útiles. Y más tarde, la primera constelación diseñada a propósito: el proyecto ISEE, con dos satélites en torno a nosotros un tercero en el punto de Lagrange L1. Y otros, como Dynamic Explorer, o más recientes el cuarteto Cluster II, el quinteto THEMIS, y más reciente, la misión MMS. Pero, ¿y fuera de la Tierra?

Si los presupuestos para misiones planetarias es ajustado, difícilmente se pueden diseñar constelaciones con destinos a otros mundos. Puede decirse que la misión ampliada ARTEMIS, la continuación de THEMIS, con dos de los cinco satélites maniobrados para acabar en órbita lunar, podría ser la primera, pero era aprovechar unos recursos ya existentes. Por eso, la misión Discovery GRAIL es, en realidad, la pionera en ese sentido. Lanzar dos sondas casi idénticas, maniobrarlas en el espacio profundo, hacer que entren en órbita con horas de diferencia, y hacer que orbiten en una misma trayectoria con minutos de separación, fue todo un hito. Pero claro, fue a la Luna, es decir, a la vuelta de la esquina, astronómicamente hablando. 

¿Y en Marte? El planeta rojo tiene uno de los entornos espaciales más interesantes que existen en el sistema solar interior. Tuvo una magnetosfera propia, de la que quedan restos fosilizados, además de tener una inducida por el viento solar, que erosiona, aún hoy, la atmósfera marciana. Y son varias las misiones que estudian, a día de hoy, esta magnetosfera híbrida: Mars Express, Tianwen-1 y, especialmente, MAVEN. Este último orbitador fue diseñado especialmente para estos estudios, entregando información de gran valía... Pero no es suficiente. Al ser una sola plataforma, hay fenómenos que se le escapan al no tener acompañamiento. Bueno, pues será hora de proporcionársela.

Perteneciente al programa de misiones SIMPLEx, el dúo ESCAPADE (Explorador de Escape y Aceleración y Dinámica del Plasma) pretende ampliar lo que MAVEN nos da. Es cierto que misiones como esta se prepararon para volar como cargas secundarias en lanzamientos con destino al espacio profundo, pero diversos imponderables lo han evitado. ESCAPADE, junto con otro dúo, Janus, tenía previsto volar con Psyche, pero el cambio de lanzador (del Falcon 9 al Falcon Heavy) hizo imposible que ocupara su lugar. ¿El proyecto se canceló? No, renació. El proyecto se asoció con la firma Rocket Lab, que además de lanzar satélites, los diseña y construye. Con la experiencia acumulada con la etapa de transferencia de la misión CAPSTONE, se lanzaron a la producción de los elementos de vuelo de ESCAPADE.

Rocket Lab diseñó una etapa superior de cohete configurable para acabar convertida en un satélite independiente. Así crearon la plataforma Photon. Recientemente, la ha usado como base para toda una línea de productos, y la empleada para ESCAPADE recibe la denominación Explorer. La firma, para la producción de las sondas, llamadas Blue y Gold, ha usado su método de integración vertical en el que emplean producción propia en los elementos principales. Son vehículos de tamaño pequeño, con unas medidas de 1.20 x 1.65 x 1.09 metros en configuración de lanzamiento. Desplegado, tendrán una envergadura de 4.88 metros. Como decimos, casi todos los componentes los ha producido la firma en diversas plantas. El ordenador, el

sistema de comunicaciones (Radio Frontier de espacio profundo en banda-X, el mismo tipo que se usa actualmente en Europa Clipper, con una antena de alta ganancia en forma de disco de 60 cm de diámetro, dos antenas de media ganancia, y cuatro de baja ganancia, todas de tipo parche), el sistema de control de actitud (en sus tres ejes, con unidad de medición inercial, dos escáneres estelares, cuatro sensores solares precisos, cuatro ruedas de reacción, motores de maniobra de gas frío usando nitrógeno), generación de energía (dos paneles solares de dos secciones, desplegables pero fijos, en un ángulo de 45°, más la batería de ión-litio), control termal. De todo, sólo el motor principal de combustible líquido no lo ha producido la firma, de hecho procede de Arianespace. Es de tipo hipergólico, con combustible y oxidante tóxicos, todo hay que decirlo. Cada satélite cuenta con dos tanques para el combustible, dos para el oxidante, dos para el sistema de presurización de helio, y cuatro para el nitrógeno de los propulsores de maniobra. Su carga útil la componen tres indagaciones y un

desarrollo tecnológico. EESA, los Analizadores Electrostáticos de ESCAPADE, es sin duda el instrumento más voluminoso y pesado de a bordo. En un único paquete conjuga dos analizadores electrostáticos, como bien dice su nombre, uno para iones supratermales (EESA-i, 0.5 eV - 30 keV) y otro para electrones supratermales (EESA-e, 10 eV - 10 keV). Complementará a lo que los sensores SWEA, SWIA y STATIC de MAVEN proporcionan, midiendo energías, flujos, y masas de aquello que medirá con un amplio campo de visión. Es una repetición del instrumento SPAN-A del paquete SWEAP a bordo de Parker Solar Probe. EMAG, el Magnetómetro de ESCAPADE, emplea un único sensor de núcleo saturado triaxial, en el extremo de un mástil de dos metros de longitud. Es

curioso, porque muchas suelen equipar dos, uno más cercano a la plataforma para medir el campo magnético de la propia sonda. Por ello, la limpieza magnética está a la orden de día.  Con un rango de medición de cero a dos mil nanoteslas (nT) medirá la potencia y dirección de los campos magnéticos que detecte. ELP, la Sonda Langmuir de ESCAPADE, es en realidad un paquete que combina una sonda Langmuir multiaguja situada en el mástil del magnetómetro (mide la densidad total de electrones), dos Sondas de Iones Planares (para medir el flujo de emisión solar en el ultravioleta extremo y la densidad de iones termales) y una Sonda de Potencial Flotante (mide el potencial de cada sonda relativo al plasma a su alrededor). Este instrumento y el EMAG están controlados por la Unidad de Procesado de Datos y la Tarjeta de Control de los Instrumentos. A esto hay que sumarle el experimento tecnológico. No sería una misión a Marte si no contara con un sistema de

cámaras. Cada sonda cuenta con un sistema llamado VISIONS, o Sistemas de Observación el Visible e Infrarrojo. Desarrollado por la Universidad del Norte de Arizona, se trata de un paquete compacto (9.10 x 9.80 x 7.53 cm) y ligero (603.1 gramos la primera, 602.7 la segunda) que combina dos cámaras independientes, una para luz visible y otra para luz infrarroja, más años sistemas de control. Se ha elaborado con componentes plenamente comerciales, para demostrar que sistemas así soportan el vuelo espacial de espacio profundo, siendo ideales para misiones de bajo presupuesto. La cámara visible usa un detector CMOS con filtro Bayer para capturar imágenes a todo color; el sistema infrarrojo verá el infrarrojo termal (8-14 micrones) gracias a un conjunto de microbolómetros, que no necesitan refrigeración activa. Además, su tarjeta de control es capaz de adquirir, hacer un simple procesado y comprimir los datos antes de ser enviados. Cada cámara es capaz de obtener imágenes de todo el disco (resolución: 45 metros en el perigeo, 3.2 km en el apogeo, en el visible, 460 metros y 34 km. en TIR), si bien sólo la instalada en Blue podrá hacerlo durante el apogeo de su órbita. En Gold, se ha situado de tal forma que vea parte de la plataforma. Estas cámaras tienen tres objetivos: obtener datos de temperatura superficial para distinguir diversas unidades termofísicas; discriminar los diversos rasgos superficiales basados en las diferencias de color y albedo; y seguir la cantidad de energía entrante y saliente. Además, la banda verde de la cámara visible se podrá ajustar para intentar ver tanto la aurora de oxígeno como el brillo nocturno de oxígeno. La masa seca de cada sonda es de apenas 209 kg. En cuanto sean repostadas, su peso en báscula aumentará a 535 kg.

Como ya dijimos, las sondas perdieron lanzador y ventana de lanzamiento. Al ser diseñadas para ser cargas secundarias, no parecía existir misión adecuada a sus características. ¿Entonces? La única solución es un lanzamiento dedicado. Por ello, ha costado seleccionar el vehículo adecuado. El escogido

es un recién llegado a la competición: se llama New Glenn, y lo produce la firma Blue Origin. Se ha desarrollado para ser la competencia directa del Falcon 9, hasta en la recuperación de la primera etapa. Es un monstruo, de 98 metros de alto y siete de diámetro. Usa dos etapas, la primera con siete motores que queman metano y oxígeno líquidos, más una segunda que emplea dos motores criogénicos que usan hidrógeno y oxígeno líquidos. Hasta la cofia es de siete metros de diámetro, lo que le hace la más grande en servicio, permitiendo cargas muy voluminosas. Es capaz de situar hasta 45000 kg en órbita baja terrestre, y hasta siete mil en trayectoria translunar. Además, la primera etapa es recuperable. Despega desde la veterana plataforma 36, concretamente la usada por los viejos Atlas-Centaur que, en las décadas de 1960 y 1970 pusieron en el espacio las misiones Mariner, Pioneer o Surveyor. El 9 de noviembre la misión comenzará con su lanzamiento. Es cierto que no es la ventana de lanzamiento óptima para una misión a Marte, lo que significa que, una vez en el espacio, le espera un trayecto más largo y retorcido de lo habitual.

Su trayecto no será directo, no. Para la misión, y esta ventana en concreto, se ha desarrollado un viaje inusual. De tal forma, que durante algo más de un año el par de sondas estarán cerca de nosotros, viajando despacio de aquí hasta el punto de Lagrange L2 antes de volver hacia la Tierra, en lo que llaman órbita con forma de riñón. Entonces, para noviembre del 2026, aprovechando el retorno con su paso extremadamente cercano, aprovechará la gravedad terrestre más la propulsión principal para lanzarse, esta vez sí, rumbo a Marte.

El periodo de crucero será tranquilo por necesidad, con una trayectoria de transferencia tipo 2. Eso sí, Blue y Gold no se separarán demasiado porque se pretende usar todo el potencial de las antenas de la Red de Espacio Profundo, contactando con ambas a la vez. La maniobras correctoras sucederán con horas de diferencia. Por lo demás, un periodo calmado. Y como decimos, al no ser la ventana óptima, tardarán en llegar, con la inserción orbital prevista para septiembre del 2027.

Blue será la primera en entrar en órbita; Gold lo hará dos días después. Quedarán en altas órbitas elípticas que reducirán a lo largo de varios meses con su motor principal, hasta alcanzar una trayectoria común, de entre 160 x 8400 km, inclinada 65° con respecto al ecuador marciano (duración, 5.66 horas). En esta configuración, la separación puede variar entre los cero y los treinta minutos. Concluida esta primera fase, de unos seis meses, cada sonda empezará a maniobrar independientemente quedando en trayectorias únicas. Gold aumentará su apogeo a 10.000 km (4.9 horas), Blue lo reducirá a unos 7.000 (6.6 horas), también el plano orbital será distinto, sin alterar su inclinación. Sin contar los periodos de maniobras, la misión primaria de ESCAPADE será de once meses.

Ambas sondas se han diseñado para una adquisición de datos continua, lo que implica una capacidad notable de almacenamiento a bordo, por lo que, en los contactos, no sólo enviarán lo almacenado, también información en tiempo real. ESCAPADE ha sido diseñada para comprender la interacción entre

el viento solar y la alta atmósfera marciana, con tres objetivos: comprender los procesos que controlan la estructura de la magnetosfera híbrida del planeta y cómo guía los flujos de iones; entender cómo la energía y la inercia se transporta del viento solar a través de la magnetosfera marciana; entender los procesos que controlan el flujo de energía y materia dentro y fuera de la atmósfera.

En verdad, ESCAPADE es muy importante. Sin las dos sondas de esta misión, nos perdemos fenómenos muy importantes, porque una sola sonda no puede distinguir variaciones espaciales o temporales; es incapaz de dar respuestas sobre las condiciones cambiantes del viento solar (de, aproximadamente, un minuto), viendo sólo con un retardo temporal de más de una hora; una sola sonda no puede caracterizar la dinámica de la frontera del plasma. Por ello, con múltiples sondas, se puede hacer un estudio tridimensional y temporal para crear una imagen real de la magnetosfera híbrida marciana y cómo responde al viento solar. Con la primera campaña, ESCAPADE se enfocará en los fenómenos temporales. En la segunda, en los espaciales.

Pues aquí están: dos sondas pequeñas, pero con una tarea colosal, y un perfecto complemento de MAVEN. Claro, hubiera sido ideal tenerlas en el espacio antes, ahora que estamos en el máximo solar, pero es mejor tarde que no nunca. A por ello .

Misión al planeta Tierra: HydroGNSS

 A estas alturas, ya nadie debería extrañarse de que usar las señales de los satélites de navegación por (valga la redundancia) satélite es beneficioso para la ciencia. Por ello, es nuestro deber informar que, en pocos días, una nueva misión hará esto mismo, con una gran lista de objetivos.

Como se sabe, la navegación por satélite empezó siendo una herramienta militar, y hoy se usa para montones de cosas. Existen sistemas globales y sistemas regionales, si bien todos consisten en lo mismo: señales de radio con información de tiempo empotrada. Pero al ser una señal de radio, puede estar afectada tanto por la atmósfera como por la superficie. Ahí empezó todo. 

TOPEX-Poseidon fue el primer satélite en confiar en un receptor de GPS para su geolocalización, pero el primero en usar uno para la ciencia fue él alemán CHAMP. Y lo hizo para dos temas: sondeo atmosférico y altimetría. Combinado con experimentos instalados en aviones, se demostró que las señales reflejadas por el suelo y los océanos ofrecían información. De hecho, una de las primeras aplicaciones prácticas nos la trajo la constelación CYGNSS, dedicada al estudio de la velocidad del viento en la superficie de los océanos, en una forma de dispersometría por GNSS. La misión prosigue a día de hoy, si bien perdió uno de sus ocho satélites recientemente. Y, aunque el enfoque de la misión está en el agua, ha contribuido también en suelo firme. Que fuera capaz de crear imágenes de cuencas hidrográficas o humedales con alta resolución fue una sorpresa que muchos empezaron a explotar. ¿Qué tal una misión más centrada en tierra que en el agua?

Os presentamos a HydroGNSS, la primera misión clase Scout de la Agencia Europea del Espacio. Este tipo de misiones es un nuevo paradigma: misiones pequeñas, de ajustado presupuesto y corto ciclo de desarrollo. Busca llenar vacíos en nuestros conocimientos usando innovaciones tecnológicas, ideas nuevas, escasos recursos. Lo que esta misión usará se conoce como reflectometría por GNSS, usando los receptores de a bordo con las señales de uno o más satélites como un experimento de radar bistático, es decir, que la fuente emisora procede de otro lugar, y simplemente recibe la señal reflejada desde el suelo, y el procesado revela la información oculta. No es la primera misión que lo hace, hay que decirlo, puesto que ISRO lanzó su satélite EOS-08 con un instrumento de vocación similar, que da buenos resultados. Cuando HydroGNSS se aprobó, sólo hablaba de un satélite. El año pasado se decidió añadir un segundo. ¿Afecta esto al presupuesto total? La respuesta es no y, como es obvio, se doblará el retorno científico. Conozcamos a los pequeños de la casa.

La misión ha sido ideada, propuesta y realizada por la firma más experimentada en la reflectometría por GNSS: la Surrey Satellite Technology Ltd. del Reino Unido, empresa que lleva en funcionamiento desde 1985, hoy subsidiaria de Airbus. Al menos, lleva desde el año 2010 experimentando con esta técnica; de hecho, la carga útil de CYGNSS es obra suya. 

Cada satélite HydroGNSS es lo que podríamos considerar un microsatélite. El bus usado en ambos ejemplares es el SSTL-21, perteneciente a la familia de plataformas SSTL-MICRO. Cada uno posee unas dimensiones de 45 x 45 x 70 cm, sin contar con los paneles solares; sin embargo, es plenamente redundante en casi todos sus sistemas. Cuenta con un grabador de datos capaz de almacenar hasta 500 GB de datos. Su sistema de comunicaciones es dual, banda-S bidireccional para comandos y telemetría, y banda-X de alto rendimiento para la transmisión de los datos generados a bordo, con una única antena. Su estabilización es triaxial, contando con lo básico, como dos escáneres estelares. Por si fuera poco, usa un motor iónico

con combustible de xenón, ideal para un satélite de estas dimensiones. Ah, y cuatro panes solares se encargarán de proporcionar toda la energía que se consuma, y cargar la batería de a bordo. Su carga útil es un Receptor de Cartografía por Retraso Doppler llamado SGR-ReSI-Z. Cuenta con dos grupos de antenas receptoras de GNSS (usará principalmente señales de los sistemas GPS y Galileo), una en la parte superior y cuatro en la inferior, apuntando al planeta. La antena superior recibirá las señales directas de los satélites, el grupo inferior las reflexiones de las señales en el suelo. El sistema se ha diseñado para recibir señales de frecuencia dual y doble polarización, que serán preprocesadas a bordo. En sus electrónicas se añade un canal coherente de mayor ratio para poder recoger señales procedentes de fuertes reflejos desde la superficie a una resolución más alta. Todo para formar mapas de las zonas de interés. La masa máxima de cada satélite es de 75 kg. Unos peso pluma, sin duda.

Dado el tamaño y masa de los satélites HydroGNSS, éstos pueden caber en cada tipo de cohete, ya sea como la principal carga útil, ya como carga secundaria. Como es habitual últimamente, se trata del Falcon 9, en la misión Transporter-15, junto con más de treinta minisatélites más, entre ellos SunCet, Pandora o SPARCS. Echará a volar el 10 de noviembre desde la base de Vandenberg, California. Al final del proceso de lanzamiento, los satélites se situaran en una órbita polar a 550 km de altitud, sincrónica solar cruzando el ecuador a las 10:30 de la mañana, hora local. Y ambos estarán separados por 180°, reduciendo el tiempo de retorno a un lugar concreto a la mitad.

La ventaja que tiene HydroGNSS es la de poder tomar datos prácticamente todo el tiempo. No importará que sea de día o de noche, que esté despejado o nublado, que sea un día seco o uno lluvioso. Las señales de GNSS en banda-L están poco afectadas por las condiciones del tiempo, y penetran más que otras de más alta frecuencia. Cuenta con varias zonas de estudio: la humedad de suelo es un factor crítico. Hoy es investigado y medido por dos satélites veteranos como SMOS y SMAP, si bien HydroGNSS lo hará con una resolución más alta, de hasta 25 km, vital para los pronósticos meteorológicos, la hidrología, el análisis agrícola y la predicción de inundaciones a gran escala. El estado de congelación y deshielo es básico en estos tiempos. Se piensa, especialmente, en las zonas de altas latitudes donde existe el permafrost, el hielo bajo la superficie de forma casi permanente. Que este permafrost empiece a deshelarse es una mala noticia, porque son almacenes de gases antiguos, como el metano, pero también de dióxido de carbono, y hasta de calor. ¿Cuánto hay?, y ¿a qué ritmo de deshiela? Eso se intentará ver. Otro enfoque está en los humedales. Por lo general, son imposibles de ver por los satélites ópticos como consecuencia de la masa forestal que los esconde. Son ecosistemas frágiles, y al mismo tiempo almacenes de gases, en los que también abunda el metano. ¿Cómo se comportan?, esa es la pregunta. También tratará de detectar las señales que puedan anunciar una posible inundación. Con el suelo saturado de humedad, al final resultará imposible de retener más, provocándolas. La intención es, precisamente, la saturación de agua en la superficie, alertando así del posible peligro. Igualmente importante será el estudio de la biomasa. La masa forestal es difícil de cuantificar, pero si tenemos un cálculo aproximado, puede llevarnos a saber cuánto carbono hay almacenado en los bosques de la Tierra, y cuánto son capaces de absorber, lo que se llama un "sumidero" de carbono. Supondría una ayuda para la misión Biomass. Y, como objetivos secundarios, se podrán tomar mediciones de la velocidad del viento en la superficie oceánica, y medir la extensión del hielo marino en los polos. Casi nada.

Pueden parecer pequeños, sí, pero su misión será colosal. Si tiene éxito, que es lo que deseamos, podría llevar a una misión futura que sería una constelación con muchos más satélites. En fin, será cuestión de cruzar los dedos. 

Ventana al espacio (CXCIX)

Las nebulosas Trífida (M20) y de la Laguna (M8) desde el Observatorio Vera C. Rubin (Fuente: NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory)

Ventana al espacio (CXCVIII)

 

Galaxia espiral NGC 748, desde el telescopio Subaru (Fuente: NAOJ; Image provided by Masayuki Tanaka)

Las próximas misiones al Sol: IMAP

Como su propio nombre indica, es el Sol quien crea la Heliosfera. Su viento solar viaja en todas direcciones extendiendo su influencia hasta... Sí, muy lejos. Pero, a pesar de su nombre, resulta que dista de ser esférica.

Del mismo modo que nuestra magnetosfera es nuestro escudo, la heliosfera también actúa como barrera, más o menos, de aquello que nos viene de más allá, del espacio interestelar. Es cierto que cualquier misión que estudia el viento solar, de un modo u otro, estudia la heliosfera, sin embargo, usando sus datos resulta imposible saber dónde acaba la influencia de Helios y empieza el verdadero espacio entre estrellas.

Han sido unas viejas conocidas las que han empujado nuestros conocimientos sobre la heliosfera hasta su mismo límite. Efectivamente, hablamos de las sondas Voyager. Porque, si no tenían suficientes descubrimientos a sus espaldas, agregaron uno más al cruzar el límite: la heliopausa. Eso sí, no fue al mismo tiempo ni a la misma distancia de nuestra estrella. 

Estos estudios entran en la categoría de los datos un situ, implicando tener que ir directamente allí para obtener la información. Muy útiles, sin duda, pero los instrumentos a bordo de las Voyager son viejos, obsoletos, y para recibirlos tardamos una eternidad. ¿Y si existe una forma de investigar la heliosfera de forma remota? Aquí entra la diminuta misión IBEX. Del programa  Small Explorer, orbita nuestro planeta en una trayectoria muy alta, lo más lejos posible

de los cinturones de radiación. Pero, ¿cómo? Mediante el estudio de los átomos neutrales energéticos, o ENA. Estos átomos se forman en el viento solar, con la colisión en el plasma de partículas cargadas y átomos neutrales. Estos nuevos ENA contienen información del medio en el que se forman, y acaban viajando por todo el sistema solar. De hecho, el límite de la heliosfera es un lugar de creación de estos ENA, y los dos instrumentos de IBEX han recopilado datos de ENA que llegan de toda la heliosfera. En conjunción con la información de Voyager, hemos creado la primera imagen global de la heliosfera. Lo más llamativo es una estructura brillante de ENA, estrecha y alargada, denominada Cinta de IBEX, una formación que, por el momento, desafía a los científicos sobre su misterioso origen, si bien es variable siguiendo el ciclo solar.

Admitámoslo, IBEX y Voyager están envejeciendo. Es cierto que New Horizons ayuda con sus datos, sí, pero necesitamos profundizar un poco más en los misterios de la heliosfera.

Os presentamos a IMAP, la Sonda de Cartografía y Aceleración Interestelar. Dirigida por su investigador principal, Doctor David J. McComas, de la Universidad de Princeton, forma parte de las misiones del programa de las Sondas Solares y Terrestres, como STEREO o MMS, entre otras. Esto implica más presupuesto, más medios, para responder a las incógnitas que nos ofrece la heliosfera.

Es la misión sucesora de IBEX, por lo tanto la idea es combinar datos hasta que llegue el momento de jubilar a una gigante diminuta. Para construir y operar IMAP se ha recurrido al JHU/APL, que han diseñado un bus exclusivo maximizando la ciencia al tiempo que reduce al mínima el número de partes móviles. Como IBEX, se ha adoptado forma de tambor, de 2.4 metros de diámetro y 0.9 de alto, más un mástil de 2.5 metros. El Laboratorio ha echado mano de sus desarrollos a la hora de formar el hardware del vehículo. Ignoramos

qué ordenador lleva, si bien sabemos que, obviamente, tiene almacenamiento masivo digital. Para comunicaciones, el transpondedores, quizás una unidad Frontier, trabaja en banda-X, recibiendo comandos a 2 kbps, y transmitiendo a cadencias que pueden variar entre los 375 y los 500 kbps. Igual que IBEX, IMAP será un vehículo rotatorio para su estabilización, a un ratio nominal de 4 rpm, y controlándola usando dos escáneres estelares, sensores solares y un juego de doce propulsores que queman hidracina, almacenada en tres tanques. El Sol será su fuente de energía, alimentando los sistemas de a bordo mediante dos paneles solares fijados a la cara solar del vehículo, y cargando una batería de ion litio para usos de emergencia. En su destino, producirá 500 W de energía máxima, si bien las necesidades son más escasas, de apenas 100 W. En cuanto al control termal, mantas multicapa, calentadores, pintura negra en el lado espacial, y cuenta con aberturas en las mantas para expulsar al espacio el gas residual que suele quedar tras un lanzamiento. IMAP ha sido cargado con diez

investigaciones, la inmensa mayoría ubicadas en el perímetro del vehículo. IMAP-Lo es un instrumento denominado cámara de ENA porque es capaz de reconstruir sus datos para crear una imagen de un entorno de partículas invisibles. Cuenta con un colimador en forma de anillo que sirve como apertura del instrumento y, a su vez, como escudo para las partículas solares mediante electricidad. En el interior, un analizador electrostático y un sensor de TOF permiten hacer mediciones de velocidad y tipo de partículas. Se ubica en una plataforma pivotante que cambia el campo de visión por comando y así, acoplado con la rotación del vehículo, generar un mapa de toda la heliosfera a energías inferiores a 2 keV, detectando hidrógeno, helio y oxígeno, entre otras. IMAP-Hi es,

en esencia, una repetición del anterior, equipando dos unidades idénticas posicionadas a 45° y 90° del eje de rotación. Su función y operación es básicamente idéntica, detectando ENA con energías entre 0.4 y 15.6 keV, capaz de registrar, además de lo mencionado en IMAP-Lo, carbono, nitrógeno y neón. Estos dos son, en esencia, versiones evolucionadas de los instrumentos de IBEX. IMAP-Ultra lleva las mediciones de ENA más allá. Entre 3 y 300 keV, la configuración es básicamente la misma que los anteriores y como IMAP-Hi, con dos unidades a 45° y 90° del eje de rotación. La principal diferencia está en el sistema de deflección y entrada con dos estructuras doradas en forma de abanico. Una placa microcanal sirve como detector de ENA. Medirá la energía y la composición de los átomos, especialmente el hidrógeno. GLOWS, Estructura Global del

Viento Solar, es el único instrumento "visual" de IMAP. En realidad es un fotómetro de un solo pixel incapaz, por tanto, de tomar imágenes. Un bafle pintado de negro sirve para que únicamente la luz deseada penetre en el instrumento. Un colimador sirve para más rechazo de luz parásita. Un filtro lo sintoniza en la banda ultravioleta del hidrógeno-alfa, o longitud de onda Lyman-alfa, situada en los 121.6 nm. De ahí va a un canal multiplicador de electrones construido en cristal, permitiendo detectar hasta mil electrones por segundo, contándolos individualmente. Su misión es estudiar la estructura del viento solar de polo a polo, el ciclo solar y la distribución del heliobrillo, un resplandor creado por la interacción entre el hidrógeno neutral interestelar y los fotones Lyman-alfa procedentes de Helios. El Centro de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Polonia, radicado en Varsovia, proporciona este instrumento. Del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial

de la Universidad de Colorado nos llega IDEX, el Experimento de Polvo Interestelar. Basado en aparatos anteriores creados por el centro (LDEX en LADEE, SUDA en Europa Clipper) es, a la vez, detector de polvo y espectrómetro de masa. Un sistema de tres rejillas cargadas eléctricamente sirve para rechazar partículas cargadas, iones y electrones procedentes del Sol. Gracias a los datos de misiones anteriores (Ulysses, Galileo, Stardust, Cassini) sabemos de flujos de polvo no sólo interplanetarios, también interestelares. Estas partículas llegan a un objetivo recubierto de oro puro en el que se desintegran formando iones. De ahí pasan a la sección TOF, que mide la masa de la partícula según el tiempo que tarda en llegar al detector. Para aquellas que son demasiado pequeñas, el conteo se realiza mediante carga eléctrica, en la que se multiplica para poder ser medida. Así, medirá composición, velocidad, concentración de las partículas

de polvo, tanto interplanetario como interestelar, y cómo interactúa con el viento solar. MAG, el Magnetómetro, es el clásico sistema de núcleo saturado triaxial tan bien conocido. Son dos sensores situados en el mástil desplegable en la configuración normal: uno en el extremo para medir el campo magnético ambiente, y el más interior, más próximo al bus, para sustraer el campo magnético causado por el vehículo. Su misión: medir la fuerza y dirección del campo magnético interplanetario. El Imperial College de Londres lo ha proporcionado para la misión. SWE, Electrones del Viento Solar, tiene la función de estudiar in situ los electrones en el viento solar utilizando un analizador electrostático más siete canales de multiplicación de electrones. Se basa en instrumentos como el SWOOPS de Ulysses, el SWEPAM de ACE, el GEM de Genesis. Si está en IMAP es por contexto. Contexto para los análisis de ENA. SWAPI,

Electrones e Iones de Carga del Viento Solar, es otro analizador electrostático, cuyas aperturas cuentan con "gafas de sol": pantallas agujereadas de orificios muy pequeños que reducen el "brillo" del viento solar. Su misión es el estudio de los elementos del viento solar como el hidrógeno y el helio, más los iones pesados generados por los potentes eventos solares, midiendo la temperatura, la densidad y la velocidad. Resulta ser una simplificación del SWAP de New Horizons. CoDICE, Experimento Compacto Dual de Iones, es un dos en uno. Se ha diseñado para detectar los iones del viento solar y su carga, además de las partículas supratermales energéticas. La primera parte lo forma un analizador electrostático con un sensor de TOF/E más una placa microcanal y 24 fotodiodos de avalancha. Para las partículas supratermales cuenta con una apertura exclusiva, que lleva a un conjunto de detectores de estado sólido de silicio. Tiene como misión estudiar la distribución y la composición de los iones de carga interestelares, así como los iones supratermales

del viento solar, midiendo su masa y composición. Y HIT, el Telescopio de Iones de Alta energía. Se ubica en el lado espacial del bus, y se compone de una cabeza de aluminio con con dos juegos de cinco aperturas en lados opuestos. Cada ventana dispone de una delgada lámina de entrada. Dentro, unos colimadores llevan los iones al centro de la cabeza, donde se sitúan los sensores de estado sólido. Este sistema medirá la composición elemental, la masa, el espectro energético, la distribución angular y el tiempo de llegada de los iones. Con un campo de visión de 90°, capturará todo el cielo detectando desde el hidrógeno hasta el níquel. Además, equipa dos sensores para electrones de alta energía, sirviendo como medidores de radiación solar. Deriva del sistema LET de la misión STEREO. Con todo el combustible cargado, declara un peso en báscula de 900 kg.

Sobre el lanzador, la verdad, no hay novedad en el frente: el Falcon 9 de SpaceX. Para su núcleo, el B1096, será el segundo vuelo; el anterior puso en órbita 24 satélites de la constelación de internet del proyecto Kuiper. La mítica plataforma 39A de Cabo Cañaveral ser el punto de partida, con el despegue fijado para el día 23. Y no lo hará sola: dos misiones más, CGO y SWFO-L1, compartirán lanzamiento. Y destino.

Por limitaciones de presupuesto, IBEX tuvo que orbitar la Tierra, comprometiendo un poco los datos. Para IMAP, se ha escogido un lugar libre de la influencia de la magnetosfera terrestre. Por ello. Tras aproximadamente tres meses de viaje, IMAP entrará en una órbita tipo Lissajous en torno al punto de Lagrange L1, a millón y medio de km de la Tierra. Su órbita, que transcurrirá entre los 10° y los 5° del L1, es similar a la de la veteranísima misión ACE.

Pasada la verificación en órbita, IMAP se pondrá a trabajar en el estudio de la heliosfera. La misión tiene cuatro cuestiones que desea resolver: ¿cuáles son las propiedades del Medio Interestelar Local?; ¿cómo interactúan los campos magnéticos del Sol y el Medio Interestelar Local?; ¿cómo interactúa el viento solar con el Medio Interestelar por los límites de la heliosfera?; ¿cómo se aceleran las partículas por todo el sistema solar? Es mucho, sí, y además de su misión principal, de tres años de duración, tiene otra tarea que realizar.

El punto L1 es perfecto para vigilarla meteorología espacial, los fenómenos solares que pueden impactar contra nuestro planeta. La mayoría de activos ya tienen unos años a sus espaldas (Wind, lanzado en 1994, SOHO en 1995, ACE en 1997, DSCOVR en el 2015), por lo que se pensó, ¿por qué no? Así, una parte integral de la misión es el sistema de Vínculo Activo de IMAP para Tiempo Real, o I-ALiRT. Usando los datos de cinco de los instrumentos (MAG, SWE, SWAPI, CoDICE y HIT) se pretende vigilar la actividad solar en tiempo real, siete días a la semana, veinticuatro horas al día, transmitiendo datos de alta cadencia a la Red de Espacio Profundo, o a una red internacional de seguimiento cuando no es posible. Los datos acabarán en el Centro Científico de la misión, ubicado el la Universidad de Colorado en Boulder, sirviendo para mejorar la fiabilidad de las predicciones, para estar informados sobre qué nos echa Helios, y así actuar en consecuencia.

Pues ya veis, un proyecto cargadito. Una misión fundamental puesto que, actualmente, ir a ver la frontera interestelar está fuera de nuestro alcance. A por ello. 

Ventana al espacio (CXCVII)

 

La nebulosa planetaria NGC 1514, desde el telescopio James Webb. (Fuente: NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Ressler (NASA-JPL), Dave Jones (IAC))

Misión al planeta Tierra: MetOp-SG-A1

El cambio de turno prosigue. Si ya hemos puesto en órbita los dos primeros satélites de la tercera generación de Meteosat, va siendo hora de hacer lo propio con su contraparte de órbita polar: los menos famosos satélites MetOp.

Tienen su historia la verdad. Nacieron allá por la década de 1990 (puede que antes incluso) para ampliar lo que Meteosat conseguía hasta entonces. Por otra parte, la NASA y la NOAA estaban estirando su serie de satélites meteorológicos polares basados en la plataforma de TIROS-N, que data de la década de 1970. Tenían uno para cruzar el ecuador por las mañanas, otro pasado el mediodía. Con pocos ya, y viejos, decidieron juntarse con la ESA y EUMETSAT y diversificar: los europeos para la órbita de la mañana, ellos la órbita de la tarde. Y para tener datos comunes, varios de los instrumentos americanos volarían en los europeos. El resultado: la primera generación de MetOp, con toda una ristra de instrumentos dedicados a la meteorología. Así, la NASA y NOAA pudieron dedicarse al diseño de sus sustitutos, empezando con Suomi-NPP, para seguir con los actuales JPSS-1 y JPSS-2, con vocación tanto meteorológica como científica, puesto que, con el tiempo, sustituirán a los viejos Terra, Aqua y Aura.

Cuando EUMETSAT decidió tener nuevos Meteosat, la tercera generación, se decidieron por el pack completo: sustituir a los MetOp. A ver, de la primera generación, aún funcionan dos, el más reciente elevado en el 2018, siendo plenamente válidos, pero con instrumentación obsoleta. Así que, qué mejor que tener nuevos satélites con instrumentos a la última.

Cuando se planificó la primera generación de MetOp, se decidió tener tres unidades, a lanzar una tras otra a medida que el anterior iba perdiendo facultades, y de este modo tener varios años de datos acumulados y tiempo para desarrollar nuevos elementos a partir de la experiencia acumulada. En esencia, la misma política que con los satélites de Copernicus. Para la segunda generación de satélites MetOp (MetOp-SG a partir de hora) la idea es la misma, pero con once instrumentos que son grandes y voluminosos, se ha decidido dividir la carga útil, por eso tendremos seis satélites, el modelo A y el modelo B. El que está a punto de ser enviado pertenece a la primera variante.

MetOp-SG-A1 es un diseño enteramente nuevo para este proyecto. En esencia, la plataforma es idéntica para todos los satélites del programa, sólo cambia la sección de instrumentación. Esta unidad mide nada menos que siete metros de alto, por tres de ancho y 3.4 de fondo, además de una envergadura de catorce metros. El bus se basa en en un cilindro cónico de fibra de carbono, mientras que las plataformas y paneles de cierre son de aluminio. Ahí va todo lo necesario para que el satélite funcione. Si embargo, es poco lo que sabemos de sus tripas. Quizás lo más importante es su nuevo sistema de comunicaciones, de triple banda: banda-S para recepción de comandos, banda-X para transmisión de datos a usuarios locales y regionales, y banda-Ka para datos a alta velocidad conectad a una antena parabólica de 22 cm de diámetro direccional (con una segunda antena por redundancia) y así descargar la información almacenada en su grabador de 600 Gb. El único apéndice desplegable es su panel solar lateral de siete metros de largo y 24 m² de superficie activa. Claro, cuenta con propulsión, pero con la novedad de un potente motor de 400 Newtons y una carga de combustible asociada de 450 kg. Su propósito será tirarlo de la órbita en cuanto su misión se de por concluida y reentre en la atmósfera terrestre sobre el océano Pacífico. Son los primeros satélites diseñados con esta prestación. Su instrumentación consiste en seis

aparatos: IASI-NG, el interferómetro de sondeo atmosférico infrarrojo, es una versión evolucionada del IASI de los primeros MetOp. Consiste en un interferómetro tipo Michelson que recibe la luz de un espejo de apuntamiento móvil (cobertura 2000 km). El sistema, internamente usa un espejo fijo y uno móvil para dividir la luz recibida antes de entregarla a los cuatro sensores, compuestos por cuatro detectores por sensor. Registra cuatro bandas espectrales (B1 8.70-15.5 micrones; B2 5.13-8.70; B3 4.35-5.13; B4 3.62-4.13) y salvo el canal B1, que usa sensores de mercurio-cadmio-telurio, el resto emplea sensores tipo CMOS. Su misión será sondear la atmósfera para crear perfiles verticales de temperatura y humedad, además de capturar daros sobre ozono y otros gases traza atmosféricos; MWS, el sondeador de microondas, usará una antena rotatoria (35 cm de diámetro, una rotación cada 2.5 segundos) más todo un sistema de receptores (siete en total) que registrarán hasta 24 canales entre los 23.8 y los 229 GHz. Su misión también será el sondeo de la atmósfera para proporcionar perfiles de humedad y temperatura, así como medir el contenido de agua líquida en columnas atmosféricas; METImage, la cámara meteorológica, es un nuevo desarrollo para la misión. Escaneara la escena de forma rotatoria (una rotación cada 1.73 segundos) con un telescopio reflector tipo anagtismático de tres espejos, entregando la luz a una óptica secundaria refrigerada pasivamente, yendo hasta un divisor de haz que separa las longitudes de onda en visible e infrarrojo. Su apertura es de 170 mm, con una longitud focal de 1660 mm. Cubrirá 2670 km en total entregando escenas de una resolución de 500 metros en veinte bandas espectrales entre 0.4 y 13.4 micrones. El sensor de visible es un CMOS, el infrarrojo usa también uno de mercurio-cadmio-telurio, refrigerado activamente. Sus datos ayudarán obtener información sobre las capas superiores de las nubes, pero también para medir las propiedades del suelo, del mar, del hielo, así como tomar la temperatura; RO, el sondeador de radio ocultación, deriva del sistema GRAS de los primeros MetOp, y usará las señales de los satélites de GNSS (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou) para sondear la atmósfera y generar más perfiles de temperatura y humedad, pero en la atmósfera alta, así como sondear la ionosfera, usando tres antenas; 3MI, la cámara multivisión, multicanal y multipolarización, usará dos cámaras electroópticas virtualmente idénticas, una para visible e infrarrojo (VNIR) y otra para infrarrojo de onda corta (SWIR). Tienen muchos elementos comunes, como un telescopio galileano acompañado por un grupo focalizador (longitud focal 5.52 mm el VNIR, 6.37 mm el SWIR), un polarizador lineal, un filtro de densidad neutra más un disco de filtros de dos anillos (externo 22 posiciones, interno 11 posiciones) y el sensor (CCD de 512 x 512 píxels, 0.41-0.91 micrones; diodos de mercurio-cadmio-telurio en formato 500 x 256 píxels, 0.91-2.13 micrones). Es la primera cámara de polarización en un satélite operacional, que gracias a su cobertura de 2200 km (resolución 4 km) obtendrá datos sobre los aerosoles en la atmósfera, y esto lo hará en hasta catorce

direcciones diferentes gracias a la combinación de filtros polarizantes en el sistema de filtros: Sentinel-5, pretende seguir la obtención de datos que lleva acabo su antecesor Sentinel-5P. Es un espectrómetro tipo pushbroom con hasta cinco canales independientes que va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. Cada canal cuenta con lo mismo: telescopio, rejilla de difracción, sensor... Canal UV1 (270-310 nm); UV2VIS (300-500 nm); NIR1 (0.68-0.71 micrones); NIR2 (0.75-0.77, NIR2a 0.74-0.75 micrones); SWIR1 (1.59-1.68 micrones); SWIR2 (2.31-2.39 micrones). El instrumento cubrirá hasta 2670 km de la Tierra con una resolución de 7.5 x 7.5 km² (UV1 50 x 50 km²). Casi todos los canales usarán sensores CCD de 1404 x 1350 píxels, los dos SWIR emplearán detectores de mercurio-cadmio-telurio hibridizado en un circuito integrado de lectura tipo CMOS en formato 1024 x 1024 píxels. Será capaz de registrar la atmósfera en más de mil colores para así poder distinguir diversos gases traza como el ozono troposférico, dióxido de nitrógeno, dióxido de azufre, formaldehído, glioxal, monóxido de carbono, metano... así como aerosoles, además de medir el índice ultravioleta, y calcular la distribución vertical de algunos de los gases antes mencionados. Sus datos se combinarán con los de Sentinel-4 en órbita geoestacionaria. Completamente cargado, desplazará una masa de más de 4030 kg. No es un peso pluma, vamos.

Otra novedad será el lanzador. MetOp-NG-A1 empleará ni más ni menos que el novísimo Ariane 6, en configuración 62, que usa dos aceleradores de combustible sólido, el mismo tipo que usa el lanzador Vega-C como primera etapa. Despegará desde Kourou, Guayana Francesa, apuntando a una órbita obviamente polar, sincrónica solar a 832 km de altitud, en nodo descendente cruzando el ecuador continuamente a las 09:30 de la mañana. Si todo va bien, el 13 de agosto ya estará sobre nuestras cabezas.

Tras pasar el tiempo de verificación establecido, comenzará las operaciones de rutina, acompañado por el viejo MetOp-C, al menos hasta que el segundo del lote, la primera unidad del modelo B, sea lanzado. Bajo control de EUMETSAT, su misión será la de entregar datos que alimenten a los pronósticos meteorológicos a través de las predicciones numéricas. A diferencia de los satélites JPSS, no tendrán un doble papel también científico (si bien sus datos se podrán usar en ese sentido), para eso ya está la constelación de Copernicus.

Nuevas herramientas, ¿mejores pronósticos? Esa es la idea. Veremos...