Ventana al Espacio (CVI)

La Vía Láctea, y las dos Nubes de Magallanes, desde Gaia

Misiones exoplanetarias: TESS

Han pasado más de 20 años desde el descubrimiento del primer exoplaneta, y según el conteo actual, hay más de 3500 planetas extrasolares confirmados, con más de cuatro mil pendientes de confirmación. Con este panorama, nos asalta una pregunta: ¿qué dirección tomar? Por un lado, se pueden lanzar más misiones que vayan a la caza de nuevos exoplanetas. Por el otro, con la cantidad ya existente, uno podría tener la tentación de decidirse a construir una que tenga como misión la investigación de los ya encontrados. Esta era una de las dudas que tenía el programa Explorer de la NASA allá por el 2013, y que finalmente resolvió, eligiendo la primera opción.

Antes de lanzarse a la exploración de las distintas longitudes de onda en la astronomía y en la astrofísica, se necesitaba compilar un mapa de fuentes emisoras. El primer mapa de este tipo se elaboró en los rayos X (Uhuru), para luego hacer otros similares en ultravioleta (TD-1A), rayos gamma (Cos-B), infrarrojo (IRAS) y luz visible (HIPPARCOS). Sin embargo, no hay uno para planetas extrasolares. La inmensa mayoría de los planetas extrasolares han sido encontrados por el telescopio Kepler, concentrado en una pequeña zona del espacio, necesitando decenas de telescopios idénticos para hacer lo mismo con toda la galaxia. Esto significa que existen grandes zonas de nuestra galaxia que no han sido sondeadas en búsqueda de exoplanetas. Ahora toca completar este sondeo para así tener una mejor imagen de lo que nos rodea, y para que los futuros telescopios sepan dónde apuntar.

Seleccionada en abril del 2013 como misión MIDEX del programa Explorer, TESS, el Satélite de Reconocimiento de Exoplanetas en Tránsito, es un satélite de pequeñas dimensiones con una gran misión a sus espaldas. El concepto de este proyecto se inició con la idea de utilizar un satélite ya existente para hacer un sondeo completo de la bóveda celeste, para más tarde concebir un satélite exclusivo, que si bien pudo llegar a alguna ronda de este mismo programa, no fue seleccionada. La gente del proyecto TESS ha sacado casi dinero de debajo de las piedras, incluso Google ha soltado la mosca para conseguir su realización, y finalmente, es una realidad, estando casi listo para su lanzamiento. Básicamente, su misión es escanear la bóveda celeste, centrándose en las estrellas más brillantes y cercanas a la Tierra.

TESS se basa en una de las más habituales plataformas empleadas para satélites científicos: la LEOStar-2 de la firma Orbital-ATK, que ha construido también las de RHESSI, GALEX, SORCE, AIM, OCO-2 y más reciente NuSTAR. En este caso, esta caja hexagonal posee redundancia selectiva, significando que en caso de perder un elemento, otro distinto puede cumplir su función. Esto reduce la masa y el presupuesto, y aunque supone un pequeño riesgo, hasta ahora no ha habido grandes averías. Una vez en el espacio sus medidas son de 1.5 metros de alto por 3.9 de ancho con sus paneles solares desplegados. Básicamente, todos los sistemas internos son los habituales en las misiones de la NASA, con un ordenador basado en el de misiones anteriores, por ejemplo. El sistema de comunicaciones sí es novedoso, ya que, si bien sigue la

tendencia de los satélites actuales, con dos frecuencias distintas, una de ellas cambia. El sistema bidireccional (recepción de comandos y transmisión de telemetría) sigue siendo el básico y sencillo transpondedor de banda-S, usando dos antenas de baja ganancia. Por su parte, el transmisor de alto rendimiento cambia de uno de banda-X a uno más potente de banda-Ka, conectado a una antena de alta ganancia parabólica de 0.7 metros de diámetro, fija a uno de los laterales de la plataforma. Este sistema permitirá descargas, durante periodos de contacto con las antenas de la Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA, de hasta 100 megabits por segundo. Esta misión requiere un control de posición sumamente estable, por lo que se recurre a lo mejor que hay, contando con una unidad de medición inercial, un grupo de sensores solares digitales, dos escáneres estelares y un complejo de cuatro ruedas de reacción, junto con sistemas de descompensación magnéticas. Además, cuenta con un pequeño sistema de propulsión, con cuatro propulsores situados en la zona inferior del satélite, para así poder cumplir con las maniobras que necesitará una vez esté en órbita. Como ya hemos dicho, los paneles solares le abastecerán de energía. En total lleva dos, de dos secciones cada uno, que proporcionan la energía necesaria para funcionar, además de cargar una batería de ión-litio. En cuanto a la protección termal, lo básico: mantas multicapa, radiadores y calentadores eléctricos. La carga útil de TESS, lo que importa, está en la parte superior. Se trata de un

conjunto de cuatro telescopios idénticos. Cada unidad es un sistema refractor de siete elementos, cinco de ellos lentes esféricas, todos con recubrimientos antireflejo. Cuenta con una apertura de 10.5 centímetros y una corta longitud focal (f/1.4), entregando la luz que obtienen a un conjunto de cuatro CCD's de alta eficiencia. Son del mismo tipo que los usados para el sistema ACIS del Observatorio de rayos X Chandra, y cuentan con una superficie cada uno de 2048 x 4096 pixels. Sin embargo, solo la mitad de la superficie de cada uno es activa, la otra mitad es una zona de almacenamiento previa a su envío al sistema de almacenamiento de a

bordo, cubierta con una máscara para evitar luz no deseada. De esta manera, una vez conjuntados los cuatro, se obtiene un área de imagen de 4096 x 4096 pixels en un rango de longitud de onda de entre 600 (limite fijado usando un filtro fijado a una de las lentes) y 1000 nm, y dada la corta longitud focal de cada telescopio, cada uno cubre una zona del cielo equivalente al tamaño de la constelación de Orión. Los cuatro telescopios están fijados a una placa base rígida para mantener así el alineamiento de los telescopios, y de los bordes de ésta sale un escudo solar para evitar el exceso de luz y calor sobre los telescopios, con un diámetro máximo de 1.2

metros. Además, cada telescopio cuenta con su propio bafle solar, evitando así la entrada de luz no deseada en el sistema, cubriéndose unos sistemas a otros. Sin embargo, el verdadero cerebro del sistema es su Unidad de Manejo de Datos o DHU. Yendo más allá que sistemas similares, el de TESS no solo recibe comandos desde tierra para luego ejecutarlos, sino que realiza todo un procesado de los productos generados, aprovechando así al máximo la capacidad de almacenamiento de los dos sistemas de almacenamiento masivo (uno de reserva), que es una de las más grandes desarrolladas hasta ahora, con 192 GB de capacidad. Además, usando las estrellas que observa será capaz de enviar información para el sistema de control de actitud para mejorar todavía más la estabilidad de observación. Una vez a plena carga, declarará un peso en báscula de 350 kg.

Para su lanzamiento se han decidido por el excelente Falcon 9 de SpaceX, usando la última variante, la Falcon 9 FT (Full Thrust) que, comparado con la versión anterior, ha mejorado su rendimiento en un 33% usando combustibles más enfriados de lo normal (siendo capaz de almacenar más en un mismo volumen) y motores Merlin-1D mejorados, entre otras cosas. Con 70 metros de alto contando con la cofia, es más que capaz de lanzar a TESS a la órbita inicial designada, ya que es más que capaz de enviar pesados satélites geoestacionarios de una vez, además de permitir el retorno de las primeras etapas para ser recuperadas, reparadas, y vueltas a utilizar. Si no hay problemas, el lanzamiento está fijado para el 16 de abril.

Una vez liberado de la etapa superior, la misión de TESS no empezará inmediatamente, sino que le esperan varias semanas de maniobras hasta situarse en su trayectoria definitiva. Cuando el Falcon 9 acabe su trabajo, el pequeño observatorio estará en una órbita altamente elíptica que le llevará a cruzar la órbita lunar. En esa órbita esperará hasta encontrarse con nuestro satélite, y usando su gravedad se moverá a una órbita de transferencia camino de la que usará para sus investigaciones. Cuando todas las maniobras acaben, se encontrará en una trayectoria nunca antes intentada, una órbita de resonancia 2:1 con la Luna, con su apogeo siempre coincidiendo con que nuestro satélite siempre estará en el lado opuesto de su órbita, evitando así influir en la órbita de TESS. Esta órbita circulará a distancias terrestres de entre 108.000 y 373.000 km., siempre más allá de los cinturones de Van Allen, garantizando además observaciones sin ningún bloqueo por parte del sistema Tierra-Luna. Esta órbita durará 13.7 días.

Una vez situado en órbita y todos sus sistemas verificados, comenzará su misión de escaneo del cielo, con el primer año enfocado en el hemisferio sur de la bóveda celeste, para hacer lo opuesto en el segundo. Cada hemisferio celeste está dividido en 13 sectores determinados por el campo de visión de los cuatro telescopios del observatorio, cubriendo así 24º x 96º del cielo, pasando en cada sector al menos 27 días antes de pasar al siguiente. Observará estrellas enanas más brillantes que la 12ª magnitud, desde enanas similares a nuestro Sol a enanas rojas. La DHU entonces actuará, recogiendo pequeños conjuntos de pixels (centrados en las estrellas que observe) cada dos minutos, e imágenes completas del campo de visión cada 30 minutos. Cuando acaben los dos años de la misión principal, se espera que haya localizado al menos 20.000 candidatos a exoplanetas mediante el método del tránsito, midiendo la caída del brillo de una estrella provocado por el paso de un planeta frente a ella. Además, gracias al gran campo de observación que tendrá, sus observaciones se utilizarán para otras tareas no centradas en los exoplanetas, como hallazgos no esperados, detección de eventos transitorios (GRB's o similares) o estudios centrados incluso en el sistema solar.

Este proyecto es importante también para los futuros telescopios que tienen previsto su lanzamiento en años próximos. De hecho, muchos de los resultados generados por TESS servirán de base para la utilización del gigantesco telescopio espacial James Webb, con su lanzamiento previsto para la primavera del 2020. El JWST, como el primero de su tipo diseñado, entre otras cosas, para el examen exoplanetario, podrá beneficiarse de todo lo que vaya encontrando el pequeño cazador de exoplanetas.

Si las promesas se cumplen, TESS supondrá un gigantesco salto adelante en la ciencia de los exoplanetas, como lo ha sido en su momento Kepler. ¿Encontraremos planetas tipo Tierra al fin? La suerte lo dirá.