Misión al planeta Tierra: TRACERS

 Estamos en época de máximo solar, y una de sus consecuencias aquí en la Tierra son las auroras polares, ya en el norte, ya en el sur. No hay que perder el hecho de que nuestro planeta está excelentemente protegido contra todo lo que nos echa nuestra estrella... salvo en dos pequeñas regiones, precisamente en los polos. ¿Cómo es posible?

Cuando los campos magnéticos de la heliosfera y la Tierra chocan, acaban liberando energía de manera explosiva en un fenómeno llamado reconexión magnética. Sí, es mucho más complejo, y gracias al cuarteto MMS lo estamos comprendiendo mejor que nunca. Para lo que nos interesa, resulta que esa energía liberada por la reconexión viaja siguiendo las líneas del campo magnético terrestre, y que acaban llegando hasta la propia Tierra por las regiones polares. Estas regiones se conocen como cúspides polares, y son regiones magnéticas con una forma más o menos de chimenea, y por esa razón las partículas del viento solar llegan a la atmósfera, y se producen las auroras. Aún queda mucho por saber de este fenómeno, por eso tenemos lista para el lanzamiento una misión doble para estudiar estas regiones pobremente exploradas. 

Su nombre es TRACERS, acrónimo de Satélites para el Reconocimiento de la Reconexión y Electrodinámicas de la Cúspide en Tandem. Sí, es largo, algo rimbombante y tiene pinta de que la cosa será compleja. No os equivocáis, puesto que lo que hará no son hermosas imágenes, sino tomar datos de una región muy pequeña y estrecha. Ah, y serán dos los satélites que se encargarán de esta misión. 

¿Qué razón hay para usar dos satélites en la misión? Bueno, uno puede proporcionar información útil, pero con dos veremos la variabilidad del entorno que han de investigar. Ambas unidades, T1 y T2, son casi idénticas en su diseño. La firma Millennium Space Systems, perteneciente a Boeing, ha proporcionado los buses basados en la plataforma ALTAIR, debidamente modificadas para la misión. Cada uno mide 0.95 de alto por 1.32 de ancho. Su forma es

octogonal, y buena parte de sus elementos van en las plataformas superior e inferior, con algunos en diversos paneles laterales. Su construcción es enteramente en aluminio, y se ha diseñado para proporcionar la máxima limpieza magnética. En cuanto sus sistemas, tanto sus aviónicas como sus sistemas energéticos son inherentes a la plataforma. Comunicará usando banda-S, descargando datos y telemetría a 6 Mbps, y recibirá comandos a 32 kbps. Con antenas tipo parche, su cobertura será virtualmente omnidireccional. Son satélites estabilizados por rotación, empleando unidades de medición inercial, magnetómetros triaxiales, un sensor solar, un receptor de GPS más una bobina de torque magnético para mini maniobras y

correcciones. Su ratio nominal será de 10 rpm. Y usará propulsión con combustible de hidracina que se usará para la separación y para ajustes y alineamientos. El Sol proporcionará toda la energía, gracias a once paneles solares, ocho en los laterales y el resto en la plataforma inferior. Dará toda la energía para los sistemas de a bordo y para cargar una batería de ión-litio. En cuanto a su protección termal, la básica con elementos activos y pasivos.  La instrumentación la conforman cinco sensores, además de portar una indagación tecnológica. ACE, el Analizador para Electrones de la Cúspide,

emplea un sensor tipo analizador electrostático que absorbe los electrones en un rango de 20 a 11.500 eV. En el instrumento, los electrones penetrarán por una abertura superior, recorriendo un complicado camino hasta la placa microcanal que es el detector. Es capaz de tomar mediciones con una resolución temporal de 0.05 segundos. La idea de este aparato (versión evolucionada del usado en dos cohetes de sondeo) es medir la distribución y los flujos de los electrones en función de la energía y la dirección. Será capaz de detectar estas partículas descendiendo por la cúspide (precipitación de electrones) así como ascendiendo. De esta forma, se determinará la extensión de la propia cúspide magnetosférica. ACI, Analizador para Iones de la Cúspide, es otro

analizador electrostático, basado en el HPCA de los satélites MMS. Igualmente con ACE, en su interior se encuentra otra placa microcanal. Se dedicará a medir la distribución tridimensional de la velocidades de los iones de energías entre 10 eV y 20 keV, tomando un espectro bidimensional cada 0.3 segundos. La propia rotación de los satélites añade la tercera dimensión al tiempo que permite ver completamente a su alrededor. Su propósito es ver las señales de dispersión donde los iones más energéticos vistos en las latitudes más bajas dispersan la energía por "pasos", es decir, que a una latitud la energía permanece constante, pero al dar el siguiente "paso" la energía cae. Esta información ayudará a saber si la reconexión magnética es variable espacial o temporalmente, es decir, si lo es en una misma latitud, o a latitudes más altas. EFI, el Instrumento de Campos Eléctricos,

consiste en un par ortogonal de sensores de campo eléctrico. Empleará antenas que se separan hasta siete metros de la plataforma, además de contar con un sensor esférico de 8 Cm de diámetro. Capaz de medir campos eléctricos de baja o alta frecuencia, usará la detección de baja frecuencia para ver el acoplamiento de la energía y el ímpetu en el lugar de la reconexión a la cúspide baja; con la alta frecuencia, verá el acoplamiento de las fuentes relacionado con el calentamiento de la ionosfera local, además de permitir establecer las estimaciones exactas de la densidad del plasma local. MAG, es el clásico magnetómetro de núcleo saturado triaxial. Con

herencia de misiones como MMS, InSight o más recientemente Europa Clipper, con su rango de medición de ± 64.000 nT, medirá los campos magnéticos del plasma, para ayudar a la comprensión de las causas sobre las firmas de las partículas en la cúspide. Con la detección de los campos magnéticos  de fondo que desvían los locales dará con la firma de los procesos tanto locales como remotos, el acoplamiento viento solar-magnetosfera-ionosfera, las corrientes eléctricas y las ondas de plasma de baja frecuencia. MSC, la Bobina de Búsqueda Magnética, es otro de esos instrumentos con larga herencia, en este caso de misiones como ISEE-3/ICE, Wind, Juno o Van Allen Probes, cuenta con tres sensores idénticos en configuración triaxial, dos orientados paralelos

a dos de las antenas dipolares de EFI, y el tercero paralelo al eje de rotación del satélite. Al igual que MAG, un mástil sólido lo separa del bus del satélite. Su tarea consiste en medir la variabilidad a alta frecuencia temporal para determinar la extensión de la estructura dinámica de la cúspide asociadas con la reconexión temporal o espacial. La Caja de Electrónicas Comunes, o MBC, controlará el funcionamiento de EFI, MAG y MSC en todos los sentidos. Y la indagación tecnológica se llama MAGIC, Magnetómetros para la innovación y la Capacidad. Antes que nada, intrahistoria. Resulta que el diseño actual de los magnetómetros de núcleo saturado triaxiales que se usan actualmactualmente datan de la década de 1960 y que se han estado fabricando hasta 1996. Que se hagan más, se diría. Ese es el caso: no se puede, porque los conocimientos técnicos para producirlos se han perdido en la historia. Los núcleos actuales se fabrican de una aleación que consiste en: 6% de molibdeno, 81.3% de níquel, y el resto de hierro. Son los núcleos S1000, y los expertos, para aguantar la cada vez menor cantide ellos, reciclan algunos. Esto es insostenible, ya que, para los próximos años se prevé el lanzamiento de muchas misiones heliofísicas o de exploración del sistema solar. Por eso, se necesita una

solución. Es la Universidad de Iowa la que ha desarrollado nuevos tipos de magnetómetros, fabricados desde cero. MAGIC consiste en dos tipos distintos. En la unidad T2 se instalará una unidad convencional de núcleo de anillo, con dos elementos para una medición triaxial. En el T1 se monta una configuración novel de "teseracto" basado en un grupo de sensores "Racetrack", cada uno de forma rectangular, insertados dentro de una bobina en forma de caja. No son vitales para los objetivos científicos, sino que su misión es la de demostrar esta nueva generación de detectores magnéticos. En cada satélite, se situarán en el mástil del MAG, más cerca del bus. Estos sensores tienen el potencial de dar sensores de menos ruido, otros más pequeños para satélites miniaturizados o para constelaciones. Cada satélite, una vez repostado, desplazará una masa inferior a los 200 kg.

Serán lanzados usando un Falcon 9 de SpaceX. En configuración de lanzamiento los dos satélites TRACERS estarán uno sobre otro. Sí, es mucho cohete para tan poca cosa, sin embargo con ellos van otros tres satélites: Athena EPIC,  PExT y REAL. Se producirá desde Vandenberg, California, y los gemelos quedarán situados en una órbita inusual para satélites de su tipo y misión, a 590 km de altitud, sincrónica solar y polar, con suficiente inclinación para pasar por la cúspide polar norte en constante luz diurna.

Después de pasar las verificaciones en órbita, su misión comenzará. Su separación variará entre los diez segundos y los dos minutos para capturar la variabilidad en la cúspide. A lo largo de su misión, sus datos ayudarán a resolver su objetivo de misión: conectar la cúspide magnetosférica con la magnetopausa; descubrir cómo las variaciones espaciales o temporales en la reconexión magnética mueve la dinámica de la cúspide. Para ello, busca resolver tres cuestiones: determinar si la reconexión magnética es variable espacialmente o temporalmente para los tipos del viento solar; para la variación temporal en la reconexión, determinar la evolución del ratio de la reconexión; determinar hasta qué extensión las estructuras dinámicas de la cúspide se asocian a la reconexión temporal o a la reconexión espacial.

Ya veis: pueden ser pequeños (de hecho, forman parte de la serie SMEX del programa Explorer) pero lo que buscan hacer TRACERS es colosal, complejo. Y no lo hará solo, puesto que cooperará con misiones como Parker Solar Probe, y las más recientes EZIE y PUNCH, generando información complementaria. Sí, las más grandes acaparan titulares, pero son las pequeñas las más importantes. Suerte.