Misión al planeta Tierra: Swarm

Nace de las entrañas de la Tierra. Nos protege de todo lo que puede ser peligroso. Lo utilizan infinidad de seres vivos para guiarse. Lleva estudiándose más de 350 años. Interactúa con nosotros. Y está en continuo movimiento. En definitiva, estamos hablando del campo magnético terrestre, nuestro escudo.

Si has tenido un imán entre manos, sabrás de lo que hablamos. Un polo norte, un polo sur, y un montón de líneas magnéticas que surgen de ambos y se unen en un hipotético ecuador. Si has intentado unir los mismos polos de dos de estos imanes notas que existe una fuerza que evita que se unan. Siempre se desviarán hacia un lado y a otro, pero nunca se unirán. En esencia, un imán genera su propio campo magnético, que no vemos, pero podemos notar perfectamente. Eso es, en escala gigantesca, lo que suponemos que es el campo magnético terrestre. Gracias a los estudios de geólogos y geofísicos, utilizando aparatos de sondeo acústico, y las ondas de los terremotos, se ha podido modelar la forma interna de nuestro planeta, más o menos. Así, se divide en corteza, manto, núcleo externo, y núcleo interno. Partiendo de todo esto, se ha llegado a afirmar que el origen de este inmenso imán planetario se genera en el núcleo externo. Formado a partir de hierro fundido moviéndose a alta velocidad, eso es lo que lo genera. El hierro, en estado prácticamente fluido y a una altísima temperatura, se mueve y cada vez alcanza más y más velocidad, lo que le hace estar más caliente, y por lo tanto, empieza a conducir la electricidad, y a partir de eso, se empieza a generar el magnetismo, hasta salir al exterior y rodear por completo nuestro planeta. Mucho de esto es pura teoría, de manera que lo que se desea es ir a la práctica.

¿Por qué no? Agarremos la maleta, busquemos el agujero más hondo que exista, y a la aventura. Fuera de lo romántico de la ciencia ficción, que hace volar la imaginación de un servidor, no hay manera de bajar personalmente a comprobar esto. El agujero practicado por el hombre más profundo, el llamado Pozo Superprofundo de Kola, en Rusia, taladrado a partir de la década de 1970, tenía el objetivo de alcanzar los 35 km. de profundidad, eso es, el límite entre la corteza y el manto. Sin embargo, a medida que se bajaba la temperatura aumentaba, provocando la destrucción de la perforadora. Dejado por imposible, se cesó de taladrar al llegar a una profundidad de 12 km., apenas un arañazo en la superficie. Entonces, ¿cómo podemos averiguar sin duda la estructura interna de la Tierra en general, y la zona donde se genera el campo magnético en particular? Por extraño que parezca, situando satélites en el espacio.

Aunque se lleva estudiando desde los tiempos del insigne Edmund Halley, el gran salto adelante sobre la ciencia magnetosférica se dio cuando se empezaron a colocar satélites en el espacio. Hasta entonces, se había descubierto que el campo magnético era dipolar, y que los polos magnéticos no estaban fijos, sino que se desplazaban cada año. Desde la constatación del movimiento de los polos magnéticos hasta ahora, se han desplazado alrededor de 2.000 km., aunque ha acelerado sobremanera actualmente, moviéndose cada año a un ritmo de 65 km. cada traslación terrestre. La primera misión específica para el estudio de los campos magnéticos, Magsat (de la NASA, elevada en 1979) proporcionó información muy interesante confirmando muchas de las sospechas. La puesta en órbita de nuevas misiones a finales del siglo XX, entre ellas el cuarteto Cluster II, observaron importantes variaciones con respecto a lo que produjo Magsat, principalmente la

constatación del movimiento de los polos, y más preocupante, la fuerza del campo magnético había disminuido. Actualmente, desde la colocación de los primeros satélites hasta ahora, el campo magnético ha perdido un 15% de su potencia. ¿Por qué? Lo más probable es porque se aproxima una nueva inversión de los polos magnéticos. Una misión de la Agencia Europea del Espacio se ha propuesto averiguar esto, entre otras cosas.

El proyecto Swarm (enjambre) tiene el propósito principal de modelar el interior de la Tierra para averiguar dónde y cómo se genera el campo magnético. Es la cuarta misión de la serie Earth Explorers, y pertenece al programa Living Planet. Los satélites de esta serie son creados en respuesta a las urgentes necesidades de la comunidad científica, además de ser usados como vehículos para probar nuevas tecnologías y conceptos que podrán aplicarse a futuras misiones. Las tres anteriores, GOCE, SMOS y Cryosat 2,

lanzadas entre los años 2009 y 2010, llevan desde entonces funcionando sin problemas (GOCE finalizó su misión recientemente), adquiriendo información hasta hace tiempo imposible de recolectar. El propósito de Swarm es prácticamente el mismo, recoger información sobre la Tierra para sus propósitos.¿A la pregunta de cómo se sondeará el núcleo fundido, Swarm responderá así: siguiendo las líneas del campo magnético desde su mismo origen. Sin embargo, la misión no solo buscará el origen allí: también se dedicará a buscar en otras regiones de la Tierra su contribución. Así estudiará la litosfera, los océanos, e incluso la alta atmósfera terrestre. Además, su posición será inmejorable para estudiar la formación de la magnetosfera, y detectar la influencia de la meteorología espacial en la zona de investigación.

Haciendo honor a su nombre, el diseño realizado para el proyecto Swarm recuerda a insectos, con caparazón y todo. Esta es una misión tipo constelación, lo que implica la colocación de, en este caso, tres ejemplares idénticos. El diseño general proviene del centro ESTEC de la ESA, y para su fabricación se ha usado lo último para garantizar unos vehículos lo más limpio posible magnéticamente. Además de las instituciones europeas, Canadá también ha colaborado en el proyecto. Los tres satélites tienen un inusual diseño trapezoidal, midiendo 5.1 metros de largo, 1.5 de ancho y 0.85 de alto, y está acompañado de un mástil de cuatro metros que nace de la parte posterior de cada vehículo. La inmensa mayoría de los sistemas primarios se encuentran dentro de su bus, elaborado en aluminio completado con tratamientos especiales. Cada satélite está, obviamente controlado por un ordenador, que gestiona todos los sistemas de a bordo, desde el control de actitud hasta el almacenamiento de la información (esto último garantizado por dos grabadores de estado sólido de 16 Gb cada uno). Estabilizados en sus tres ejes, emplean para mantener su orientación tres escáneres estelares (situados en el banco óptico, una estructura ultra estable situada en el centro del mástil), un sensor solar/terrestre ordinario, receptores GPS, retroreflectores láser, ruedas de reacción, magnetómetros y sistemas de compensación magnética. La propulsión también es otro aspecto curioso: utiliza gas freón como propulsante, usando dos grupos de micropropulsores, uno para control de actitud y otro para control orbital y maniobras, totalizando 99 kg. de freón. Comunican con Tierra usando transmisores y receptores sintonizados en banda-S, usando dos antenas de comunicación en las zonas superior e inferior de cada satélite, creando un patrón esférico. La generación de energía es la habitual. Los paneles solares, montados como si fueran una especie de caparazón, están en la zona superior de cada satélite, generando la energía necesaria para funcionar, almacenándola en baterías de ión litio. Y para controlar la temperatura, los elementos tradicionales. La única parte móvil de cada satélite es el sistema de despliegue del mástil, de manera que se pueden considerar satélites sin piezas en movimiento, algo que beneficia la más clara recolección de información. El instrumental está formado por cuatro

sistemas. El principal se llama VFM, Magnetómetro Vectorial de Campo. Está situado en el banco óptico unido íntimamente a los escáneres estelares, y está dedicado a recolectar mediciones de alta precisión sobre la magnitud y la dirección de los campos magnéticos, eso es, el vector. Así, mientras el sensor detecta la potencia y posición de las líneas magnéticas, los escáneres estelares verifican la orientación del vector. Todo el conjunto del banco óptico, fabricado mediante elementos especiales, fue diseñado y construido en la Universidad Técnica de Dinamarca. El segundo es el ASM, Magnetómetro Escalar Absoluto. Está posicionado al final del mástil, y supone una nueva generación de magnetómetros. Es un sistema de medición a base de helio-4, y proporciona mediciones escalares del campo magnético, cuyo propósito es servir de referencia de calibración para el VFM. El tercer aparato es un Acelerómetro. Colocado en el interior del satélite, su misión es detectar la aceleración no gravitacional en sus órbitas, y está preparado para informar sobre la resistencia aerodinámica y del viento al que cada satélite está sujeto. A partir de estos datos, y unidos a los resultados obtenidos por los magnetómetros, se podrán así obtener nuevos detalles sobre cómo el viento solar afecta a las dinámicas de la alta atmósfera terrestre. Este es el primer encargo de este tipo concedido a la Organización de Investigación y Pruebas Aeroespaciales de la República Checa. Y por último, el Instrumento de Campo Eléctrico. Proporcionado por COM DEV de Canadá, está formado por dos sondas Langmuir de nuevo diseño, y dos ingeniosas cámaras de iones termales, diseñadas en la Universidad de Calgary. Este paquete está situado en la sección frontal de cada satélite, y es capaz de medir la densidad, deriva y velocidad del plasma en alta resolución para así caracterizar los campos eléctricos en torno a la Tierra. Este sistema recuerda al instrumento MIMI a bordo de la sonda Cassini. Gracias a la utilización de estas cámaras, se podrá observar la ionosfera en tres dimensiones y observar su evolución temporal. Para dar contexto a toda esta información, utiliza los receptores GPS y el conjunto retroreflector láser para posicionar a los satélites en las zonas concretas en las que adquirieron esos datos. A plena carga en el momento del lanzamiento, cada satélite declara un peso en báscula de 468 kg.

El lanzamiento está programado para el 22 de noviembre, y serán elevados utilizando un único cohete: el Rockot/Breeze-KM. Este vehículo lanzador es una versión “civilizada” de un misil intercontinental, el llamado SS-19, que quedó fuera de servicio militar después de la entrada en vigor del tratado START de 1993. Está formado por las dos primeras fases originales de combustible líquido del SS-19, y complementado por una etapa superior (aquí, finalizada por un soporte dispensador especialmente fabricado) que tiene la misión de situar en la órbita apropiada la carga a elevar. La empresa Eurockot GmbH., una asociación entre Daimler-Chrysler Aeroespace de Alemania y la empresa fabricante del vehículo, Khrunichev, es la encargada de ofrecer al mercado este tipo de lanzador, y ha dado muestras de gran fiabilidad, ya que lanzó los satélites GRACE, SMOS y PROBA-2, y GOCE. El cosmódromo de Plesetsk, situado a 800 km. al norte de Moscú, será el lugar de lanzamiento.

Una vez el lanzador ha finalizado su misión, los tres satélites Swarm se encontrarán en una órbita casi polar, a 490 km. de altitud sobre la superficie. Una vez comprobado el funcionamiento de los tres satélites, comenzarán las maniobras. Dos de ellos irán reduciendo la altitud hasta alcanzar los 460 km., volando además casi en tándem, con órbitas apenas desplazadas 0.6º la una de la otra, estando además uno más adelantado que otro para evitar la colisión. Por su parte, el tercer satélite se elevará hasta situarse a 530 km., eso es, por encima de sus dos hermanos, y también con una inclinación distinta. Con el tiempo, los dos satélites de baja altitud decaerán naturalmente hasta que después de tres años se encuentren a 300 km., mientras que el más alto irá derivando, hasta alcanzar una posición 90º desplazada con respecto a sus dos hermanos, cruzándose así en uno sobre los otros dos. De esta manera, naturalmente, los dos satélites inferiores serán los que adquieran las mediciones de más alta resolución.

El principio de los satélites Swarm es el de formar un compás en tres dimensiones, tratarán de desenredar las líneas magnéticas generadas en el núcleo de las provocadas por rocas de la corteza, por el océano, así como las corrientes eléctricas de la ionosfera y la magnetosfera, y otras corrientes dentro de la Tierra pero inducidas por campos externos. Con el tiempo, y con la deriva de las órbitas, este enjambre de satélites será capaz de recoger cualquier señal magnética producida tanto por nuestro planeta como por Helios, para así distinguir los efectos provocados por las distintas fuentes. Con esto, podrán crearse modelos de campo globales para el manto y el núcleo, junto con mapas de la conductividad del manto, para así estudiar el interior de nuestro planeta, en combinación con los datos de GOCE y análisis sísmicos tomados en la superficie. Pero esto no es lo único que entregarán. Su magnífica posición les posibilita la realización de exámenes de la ionosfera y la alta atmósfera para poder estudiar la interacción entre el campo magnético terrestre y el viento solar. De

esta manera, cada satélite es capaz de entregar información acerca de la velocidad, dirección y temperatura de los iones atmosféricos, calcular la densidad atmosférica y la velocidad de sus vientos, datos que sin duda ayudarán a cuantificar las corrientes que fluyen a través de las líneas del campo geomagnético que conectan la magnetosfera y la ionosfera. Estos productos resultarán complementarios a los que se generan en la veterana constelación Cluster II para comprender y prevenir los efectos de la meteorología espacial en el entorno terrestre. De esta manera, los objetivos de la misión son seis: cuatro relacionados con el estudio del interior terrestre (dinámicas del núcleo, interacción núcleo-manto y procesos geodinámicos; magnetismo de la litosfera y su contexto geológico; conductividad eléctrica en tres dimensiones del manto relacionado con su composición; firma magnética relacionada con la circulación oceánica) y dos a la influencia del Sol en el sistema terrestre (analizar las corrientes eléctricas en la magnetosfera y la ionosfera; y comprender el impacto del viento solar en la dinámica de la alta atmósfera). Su misión primaria durará cuatro años, después de un periodo de tres meses de verificación.

Cada elemento cuenta, y si este falla, ya podemos despedirnos. Ya hace más de 700.000 años de la última inversión magnética, y aunque se ha calculado que se han producido 11, éstas han sucedido en intervalos de entre 200.000 y 300.000 años, así que ya es tiempo. ¿Cómo nos afectaría este suceso? Imposible saberlo.