Misión al planeta Tierra: ICON y GOLD

Todos sabemos de la meteorología terrestre, que vemos y, en algunos casos, sufrimos, y ahora empezamos a saber más de la meteorología espacial, que cada vez es más un riesgo para esta sociedad nuestra, que cada vez confía más en la tecnología. Pero, ¿y si estas dos meteorologías podrían afectarse e interactuar? La respuesta, de acuerdo con los datos que existen, es un sí. Misiones anteriores y actuales, como Dynamics Explorer, UARS, IMAGE o TIMED, han proporcionado información de cómo la entrada de partículas energéticas procedentes de la actividad solar (viento solar, CME’s) llegan a influir en la ionosfera, la capa más alta de la atmósfera. Al tiempo, muchos satélites centrados en la observación del clima terrestre han mostrado cómo vientos atmosféricos se elevan, alcanzando la misma ionosfera. Ha llegado, al fin, el momento de indagar en profundidad esta región de la atmósfera, en la que trabajan cientos de satélites, y los astronautas de la ISS.

La ionosfera es la capa atmosférica en la que, como decimos, llegan las partículas neutrales de la atmósfera baja, y las partículas energéticas procedentes del espacio. Para nuestra sociedad, la ionosfera es básica: permite las comunicaciones por radio, al hacer rebotar en ella las ondas de radio, dirigiéndolas a donde queremos, y más recientemente, para la transmisión de las señales de los satélites de GNSS que se utilizan en tierra para todo tipo de fines, desde llevarte en coche a un lugar que no conoces, o para estudios sobre el movimiento de los continentes. El problema es, que cuando la ionosfera recibe demasiadas partículas energéticas, puede provocar efectos perniciosos. Así, las comunicaciones se interrumpirían, la navegación basada en GNSS sería casi imposible, y lo que es peor, produciría apagones masivos, al sobrecargar las redes energéticas. Una de las dificultades para explorar la ionosfera es que está en constante flujo, potentes vientos redistribuyen las partículas que hay allí constantemente y, de acuerdo con lo visto hasta ahora, cambian dependiendo de las estaciones, pero también con la misma rotación de la Tierra. Para entender mejor lo que ocurre ahí arriba, la NASA ha preparado dos misiones distintas, pero complementarias entre sí.

Para observar y entender la ionosfera, y sus cambios, el programa Explorer ha optado por dos perspectivas. La primera la conseguirá ICON, el Explorador de Conexión Ionosférica. Desde órbita baja, seguirá todo este movimiento proporcionando datos muy detallados con un equipo de cuatro instrumentos. Con una misión base de dos años, confían en conseguir la información suficiente como para entender lo que sucede allí, y mitigar con ello los efectos sobre la tecnología. Como parte de la serie Small Explorer, ICON se basa en la plataforma LEOStar-2 de Orbital-ATK (ahora integrada en Northrop Grumman), como RHESSI, AIM o NuSTAR. Se trata de un satélite de cuerda única, sin apenas redundancia. La inmensa mayoría de sus funciones están dentro de una nueva característica: la llamada Unidad de Aviónicas Maestra, que reúne el

ordenador de a bordo, el sistema de control de actitud y el sistema de gestión energética. Para comunicaciones, cuenta con un sencillo sistema de banda-S, no solo para contactar directamente con las antenas terrestres, también usando los satélites TDRS, y se espera que el satélite genere 1 GB de datos al día. Estabilizado en sus tres ejes para orientarse, cuenta con lo habitual: unidad de referencia inercial, dos escáneres estelares, sensores solares y 4 ruedas de reacción, con tres sistemas de descompensación magnética, y no cuenta con ninguna propulsión. Para la energía, un único panel solar con cinco secciones, alimentando los sistemas de a bordo, y cargar al tiempo una batería de ion-litio. El control termal, el básico: calentadores, radiadores y mantas multicapa. Lo dicho, la ciencia la entregará un equipo de cuatro instrumentos. El principal es MIGHTI, Interferómetro Michelson para imágenes Globales de Alta 

resolución de la Termosfera y la Ionosfera. Deriva del sistema WINDII del satélite UARS, y su misión será la de recoger mediciones de viento y temperatura a distancias desde 90 hasta los 300 km de altitud. Cuenta con dos ópticas, situadas perpendicularmente a 45º y 135º de la dirección orbital del satélite, mirando hacia el norte. En realidad, son dos sensores idénticos, y cada uno está compuesto por un potente bafle para quitar exceso de luz, una pupila de entrada, un par de espejos, cada uno a 45º, un grupo de lentes, un interferómetro equipado con una rejilla fija y otra móvil, una serie de lentes, espejos y filtros, hasta llegar a un sensor CCD de 2048 x 4096 pixels, dividido en tres secciones, una que ocupa la mitad del sensor para un filtro de línea verde (557.7 nm), y la otra mitad dividida entre el filtro de línea roja (630 nm) y una serie de cinco filtros infrarrojos centrados alrededor de los 762 nm. El segundo es FUV, espectrógrafo de imágenes de Ultravioleta Lejano. Contiene 

una cámara y un espectrógrafo combinados, y ambos sistemas reciben la luz de una torreta móvil que permitirá apuntar el sistema en distintas direcciones. Una vez dentro, la luz llega a un espejo de escaneo, que dirige la luz al espejo primario, de ahí, a una rejilla, que divide la luz en las dos longitudes de onda a las que es sensible el aparato, alcanzando un espejo secundario. Este espejo divide todavía más la luz, entregando cada longitud de onda (135.7 y 157 nm) a un conjunto propio de espejos, alcanzando cada uno un sensor CCD, sobre el que hay antes un convertidor ultravioleta, que transforma los fotones ultravioleta en fotones de luz visible, a los que son sensibles los CCD. Su labor es la de crear imágenes de composición de la termosfera de día, y de noche, obtener perfiles de composición y altitud de la densidad de iones en la cara nocturna. EUV, el espectrógrafo de Ultravioleta Extremo, servirá para obtener mediciones de los perfiles de altitud del

brillo de aire en luz de ultravioleta extremo asociado al oxígeno cargado positivamente situado a altitudes a partir de los 200 km. en longitudes de onda de 61.7 y 83.4 nm. El diseño es relativamente sencillo, con una apertura con potentes bafles, una abertura de dimensiones reducidas, rejilla de difracción con recubrimiento de cromo, iridio y otras sustancias, y una placa microcanal como sensor. Y por último, el IVM, Medidor de Velocidad de Iones. En realidad porta dos, y cada uno dispone de lo mismo: un analizador de potencial retardante, y un medidor de deriva de iones. El primero es un sensor planar, con una apertura circular, rejillas semitransparentes, y un sensor de estado sólido, para estudiar el flujo de plasma. En cuanto al segundo, también es un sensor planar, con sistemas de rechazo y supresión, y un sensor sólido dividido en cuatro secciones. En funcionamiento, recogerá datos sobre la deriva de iones alrededor del satélite, la temperatura de los mismos iones y la densidad total de electrones a su alrededor. En total, son tres sistemas remotos, y uno in-situ, y todo este conjunto está controlado por el Paquete de Control de Instrumentos, que gestiona y dirige toda la información al grabador de datos de a bordo. La masa total del satélite es de 288 kg.

Debido a sus pequeñas dimensiones y masa, el lanzador seleccionado ha sido el Pegasus-XL. Montado bajo la panza del avión portador Stargazer, volará desde Cabo Cañaveral hasta una zona en la horizontal de Daytona. El día del lanzamiento, previsto para el 26 de octubre, el Stargazer despegará desde la base de Florida, volará en la dirección a la que debe lanzar a ICON y, llegado a unos 10.000 metros, lo lanzará. El proceso durará unos 10 minutos, y cuando todo acabe, el satélite estará en una órbita a 575 km. de altitud, inclinada sobre el ecuador 27º.

Como ya hemos dicho, serán dos años de misión, en los que estudiará desde cerca la termosfera y la ionosfera, y las turbulencias que se dan allí como consecuencia del contacto entre la meteorología terrestre y la espacial. Pero no es la única herramienta que estudiará estos fenómenos, ya que otra lo hará desde más lejos. La misión GOLD (Observaciones a escala Global del Limbo y el Disco) está diseñada para hacerlo desde órbita geoestacionaria. En realidad, es el primero de toda una nueva generación de misiones, más baratas, más rápidas en su desarrollo, y capaces de proporcionar ciencia nueva. No es un satélite al completo, sino el instrumento en sí, que es una carga útil huésped de un satélite de telecomunicaciones, del que se aprovecha para el viaje al espacio, para sus comunicaciones, energía y control de actitud. GOLD se encargará de observar los efectos de las tormentas geomagnéticas en la atmósfera terrestre, analizar cómo responde la atmósfera a la actividad global, de forma global, además de la propagación de ondas y mareas procedentes de las capas bajas atmosféricas hasta la termosfera, y estudiar la ionosfera ecuatorial acerca de la formación y la evolución de las irregularidades en la densidad del plasma allí. Para ello, se construyeron dos sistemas idénticos, uno junto al otro. Cada sistema posee una apertura de

30 x 30 mm., un espejo de escaneo, un par de espejos, una rejilla, y el sensor, una placa microcanal. En total, son 150 mm. de longitud focal. Es curioso el sistema porque posee tres aberturas para espectrografía, y el espejo de escaneo tiene dos lados, levemente inclinados, permitiendo así escanear todo el disco terrestre simplemente rotando el espejo hasta casi los 180º. Los dos canales registran las mismas longitudes de onda de luz ultravioleta, entre 132 y 162 nm, lo que le hace sensible a diversos constituyentes de la termosfera como oxígeno atómico o nitrógeno molecular. El satélite portador es el SES-14, construido partiendo de la plataforma Eurostar E3000, la primera completamente eléctrica en su propulsión, gracias al uso de motores iónicos de efecto Hall para todas sus maniobras. Con unas dimensiones de 7 x 5.4 x 2.7 metros, desplaza una masa de 4423 kg. en el momento del lanzamiento. El realidad, GOLD  ya está en órbita, lleva desde el 25 de enero, pero si no ha llegado todavía a su órbita de trabajo, previsto para los próximos dos meses, es por un problema durante el lanzamiento, con el sistema de guiado del Ariane 5-ECA, en el que un valor erróneo provocó una

inclinación excesiva: 21º, en vez de los 3º previstos. Por suerte, al disponer de motores iónicos, la viabilidad de la misión no ha sufrido debido a esto, y aunque llegará tarde a su posición en órbita geoestacionaria (47.5º Oeste), la vida útil del satélite, y de GOLD, no se ha acortado. La situación geoestacionaria sobre el continente americano permitirá obtener mediciones continuas de una misma zona terrestre, y cómo varia a lo largo del día, observará el ciclo día-noche, y con el tiempo, juntar una base de datos que enseñe cómo responde la atmósfera terrestre a la actividad solar.

Primera luz de GOLD, 11 de septiembre del 2018, 135.6 nm, oxígeno atómico

Dos misiones distintas, pero un objetivo común. Son dos misiones de un presupuesto relativamente escaso, pero capaces de ofrecer potentes prestaciones para estudiar un aspecto de nuestro planeta poco entendido, con ICON observando desde cerca, y GOLD desde muy lejos. Desde aquí, toda la suerte.