Aves de paso

 Cuando se planea una misión, una que busca llegar a un lugar remoto o a un objetivo esquivo, las asistencias gravitatorias están a la orden del día. Planetas como Venus, la Tierra, incluso Júpiter son los objetivos obvios. Más extraño resulta realizarlo a un planeta que es, a día de hoy, el más visitado.

¿Marte, como estación de paso? Resulta que son pocos los que miran al Planeta Rojo a la hora de hacer un sobrevuelo. Venus, claro, tiene buena masa, y como la Tierra es algo mayor, obviamente en el sistema solar interior son las elecciones obvias. Si por Marte no se ha hecho hasta recientemente ha sido porque no resultaba ventajoso. Sólo por las alineaciones planetarias se puede aprovechar su gravedad y, bueno, se trata de un empujón que no se puede menospreciar.

No fue hasta el año 2007 que una sonda espacial practicó una asistencia gravitatoria a Marte. Sí, ya otras misiones, en los años Sesenta, pasaron por allí, y la gravedad marciana alteró sus rutas, pero sin destinos diferentes del sistema solar.

Marte... ¿morado? (Combinación
de filtros naranja, verde y
ultravioleta cercano)
Fuente: ESA & MPS
for OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/
IAA/RSSD/INTA/
UPM/DASP/IDA, 2007

En su largo trayecto hacia el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, la misión Rosetta tuvo que tomar prestada mucha energía orbital, no sólo de tres acercamientos a la Tierra, sino que también uno a Marte, ya que estaba por allí. Acaeció el 25 de febrero del año 2007, con la sonda pasando a 250 km. de la superficie, en la cara nocturna del Planeta Rojo. Nos entregó imágenes estupendas del planeta, además de cumplimentar la maniobra que tenía preparada. Una asistencia gravitatoria complicada que se ejecutó con brillante éxito, como el resto de su misión.

Casi dos años después, fue otra misión compleja como Dawn la que practicó la maniobra. Programada para el 17 de febrero del 2009, la sonda a impulsión iónica (por muchos, incluso un servidor, considerada la primera nave espacial de la historia) se aproximó al planeta a 549 km. de su superficie. Una entrada en modo seguro por un pequeño error en la programación de sus instrucciones entorpeció su obtención de datos de prueba, pero aún así nos mostró un pequeño retazo de las formas geológicas del Planeta Rojo.

Y hasta la fecha... 

A la hora de preparar las entradas para las misiones Hera y Europa Clipper nos dimos cuenta que no sólo compartían base de lanzamientos, y empresa lanzadora. Sus despegues estaban separados por apenas una semana. Aún más, prácticamente ambas tenían una ruta de salida virtualmente idéntica, que les puso de camino directo hacia Marte para así aprovechar su gravedad. Curioso, ¿no?

Claro, hay que entender la energía de los lanzamientos al ver que la primera en pasar por Marte fue la segunda lanzada, y con buen margen. Y, ya que se pasa, qué mejor que tomar unas cuantas fotos de un lugar del que obtenemos imágenes a diario. Veamos qué han conseguido estas dos.

El 1 de marzo, Europa Clipper pasó a 884 km. de la superficie marciana, con el objetivo de acumular velocidad y ponerse en rumbo de retorno a la Tierra, antes de marchar directo a Júpiter. La verdad, era una oportunidad demasiado buena para no aprovecharla. Aunque, la verdad, resultó quizás algo decepcionante. Nos explicamos: desde el año 2001, en Marte está Mars Odyssey, y su cámara termal THEMIS. Da la casualidad que a bordo de la sonda a Europa está E-THEMIS, una evolución de ese sistema. Eso significaba realizar una intercomparación entre ambos sistemas. Claro, hubiéramos esperado ver imágenes mejores, pero... Se optó porque E-THEMIS capturara imágenes de Marte aproximadamente un día antes de la máxima aproximación, a una distancia de más o menos 1.6 millones de km. del planeta. No hace falta decir que no son imágenes especialmente sugerentes, para nada. Pero sí han

Fuente de ambas:
NASA/JPL-Caltech/ASU

resultado útiles para poder ver que es capaz de registrar la temperatura con un alto grado de exactitud, sobre todo comparando sus registros con el THEMIS de Mars Odyssey. ¿Decepcionante? Sin duda alguna. Ah, y otro de los instrumentos de Europa Clipper también se probó, esta vez en las proximidades de Marte. Se trata de su radar subsuperficial REASON. Carecemos de información sobre si ha revelado algo interesante en esta prueba, pero según lo informado, operó sin problemas, puesto que en Tierra fue imposible probar semejante sistema. Y por último, se obtuvo la verificación de la funcionalidad del experimento de radio ciencia. ¿Por qué no se probó, por ejemplo, el sistema de cámaras EIS? Porque sus cubiertas no se abrirán hasta pasado el sobrevuelo terrestre, ya en el año 2027. Eso sí, se ha probado su funcionalidad, y no parece haber problemas de momento. En fin, decepcionante...

Si el paso de Europa Clipper te dejó con ganas de más, o con mal sabor de boca, dos semanas después fue el turno de la misión europea Hera. En su camino al asteroide binario Didymos-Dimorphos, la pequeña sonda aprovechó la visita marciana para coger energía orbital y así acortar su camino de camino a su destino. Y aunque mucho más modesta que la sonda de la NASA, nos ha entregado mejores resultados. Claro, su destino está a ojos vista... En fin, que la sonda está bien equipada para el estudio de cualquier cuerpo celeste, y quedó ampliamente demostrado en el acercamiento a Marte. En su caso, la distancia fue más lejana, con una máxima aproximación a unos 5700 km. de la superficie marciana, pero pasando hasta 300 km. de su luna más lejana y menos conocida como es Deimos. Y esa era una oportunidad que, para nada, se iba a dejar pasar.

En un despliegue de lo más interesante, la ESA decidió hacer una emisión en directo para que todos pudieran ver las imágenes según se recibían desde Hera (teniendo en cuenta, por supuesto, el retardo en la señal de comunicaciones). Y fueron imágenes de los tres sistemas principales en ese sentido: la cámara AFC, el espectrómetro hiperespectral Hyperscout-H y el sistema termal japonés TIRI. Eso significa toda una galería de imágenes. 

Todas las imágenes que tenemos las tomó cuando Hera se situaba a 1000 km. de Deimos. En ellas se evidencia la diferencia en campo de visión de las tres cámaras. AFC nos mostró el satélite más pequeño de Marte como una mota oscura frente a la más brillante superficie del planeta. Los cráteres resultan sin duda evidentes en Marte, con el cráter Huygens en la parte superior, y en la esquina inferior derecha, una parte de la cuenca Hellas.

Pero... ¿no habíamos quedado que Marte
era rojo? Imagen en infrarrojo 
cercano (Fuente: ESA)

Como se puede ver, el campo de visión de Hyperscout-H es mucho mayor, abarcando, desde la misma distancia, casi la mitad del planeta. La cuenca Hellas podemos verla casi en su totalidad, así como diversos cráteres de grandes proporciones, no sólo el Huygens, también el Schiaparelli. La zona brillante en la parte superior es una zona más brillante, la región de Terra Sabaea. Y Deimos sigue apareciendo como una mancha oscura flotando en el espacio. Muy interesante.

De TIRI, poseemos dos cosas. La primera es una imagen termal de la misma región aproximada. Los colores más oscuros reflejan temperaturas más frías, los más claros... Bueno, está claro. Y aquí tenemos la cuenca Hellas como una zona fría, pero Deimos como una mota realmente brillante. ¿Por qué? Al carecer de atmósfera, es como la Luna, y otros satélites semejantes: se calienta muy fácilmente. Claro,  si tenemos en cuenta que el material de la superficie del satélite es más oscura, resulta que, al igual que el asfalto o el carbón, atrapa el calor con mayor facilidad. Marte, al estar cubierta su superficie de regolito, tarda más en calentarse. De hecho, temperaturas de más de veinte grados en superficie es todo un récord en el planeta. La segunda es una secuencia de los últimos segundos de su aproximación al segundo satélite marciano hasta que, en la última, está a unos 1000 km. de Deimos. Sin código de color, el pequeño satélite con forma de haba sigue destacando como más brillante que Marte, además de poder ver las distintas regiones del planeta también con diferencias de temperatura por su mayor o menor oscuridad.

Fuente: ESA/GMV

Esto no es todo: Hera posee un sistema de navegación autónomo basado en formaciones superficiales, semejante al que tuvo que usar OSIRIS-REx en Bennu durante su exploración. Puesto que el control remoto directo de una sonda en el espacio profundo es imposible, la ESA ha desarrollado esta herramienta. Vinculada a la cámara AFC, se probó en Marte cuando el planeta abarcaba todo el campo de visión del sistema. Este sistema autónomo, desarrollado por un equipo de la firma GMV de España y Rumanía, fue capaz de registrar y rastrear más de cien formas superficiales (mayormente cráteres) durante veinte minutos, en una prueba que, en Tierra, resulta imposible de poder hacer. 

Ya lo veis, dos sobrevuelos, dos éxitos, sin el Drama Marciano influyendo en estas dos visitas. Y, como podéis comprobar, da igual que sea poca la ayuda que Marte pueda proporcionar, pero es suficiente, hasta el punto de que Hera, gracias a un sobrevuelo tan efectivo, ha podido acortar en un mes su tiempo de viaje hacia su destino, para poder llegar al sistema binario Didymos-Dimorphos no en diciembre del 2026, sino en noviembre.

Venus sigue siendo la reina de las asistencias gravitatorias en el sistema solar interior, con maniobras que datan de 1974 y Mariner 10, y más recientemente aprovechadas por Parker Solar Probe y Solar Orbiter, con el próximo sobrevuelo para poco menos de dos meses con JUICE. Ah, y para que conste, el año que viene toca otro acercamiento a Marte para una maniobra semejante: la prima hermana de Dawn, la sonda Psyche, también aprovechará la gravedad del planeta rojo para acortar su tiempo de viaje a su destino. Tras superar unos problemas en su sistema de impulsión iónica, la misión sigue en plazo para el sobrevuelo.

Con retraso, sí, pero aquí informamos de todo lo que se pueda. Tal vez estas sean operaciones poco interesantes para algunos, pero vitales para las misiones en marcha. Ya sabéis: las sondas no están ahí arriba aburriéndose por el espacio. Tienen sus propias tareas que cumplir. Como todos.

Ventana al espacio (CXCIV)

 El criadero estelar Messier 78, desde Euclid.

Ventana al espacio (CXCIII)

 La última luz de Gaia: 61 Cygni (Fuente: ESA/Gaia/DPAC)

Misión al planeta Tierra: Biomass

 Nuestro planeta es conocido como el planeta azul puesto que está dominado por el agua. Si vemos más de cerca, nos percatamos de la existencia de otros colores: el marrón del suelo, el blanco de la nieve, el gris y negro de las ciudades... y el verde de la vida vegetal. Es en este color en el que nos vamos a centrar hoy.

Al igual que nosotros, la Tierra respira, y si no fuera por los árboles del mundo difícilmente estaríamos aquí, más difícil todavía nuestro planeta tendría este aspecto. Su función es la de limpiar el aire, sacando el dióxido de carbono para inyectar oxígeno en un ciclo continuo. Pero estamos en un tiempo de cambio climático, en el que difícilmente los bosques pueden ser todo lo eficaz que deberían. 

Gran parte del problema es el aumento de temperatura global, como consecuencia de emitir grandes cantidades de gases de efecto invernadero, en especial el dióxido de carbono. Es complicado que el sistema terrestre se lleve ese carbono extra, pero entre los océanos y los bosques la cifra es bastante alta, si bien no suficiente. La verdad, no sabemos a dónde va exactamente gran parte del carbono y, entre las fuentes (naturales y artificiales) y los sumideros (naturales) la cifra entre lo que entra y sale no es todo lo precisa que debería. Y una de las incertidumbres está, precisamente, en los bosques.

Junglas, bosques tropicales, taigas... Muchas regiones de la Tierra están poblados por vida vegetal, la más visible son los árboles, adaptados a las condiciones climatológicas en donde crecen. Gran parte del carbono que sustraen se lo guardan, ya en los troncos y ramas, en las hojas y las raíces. En este sentido, son un sumidero. Pero los conviertes en fuentes si los talas, si los quemas. La deforestación es un gran problema porque no sólo causas emisión de carbono, sino que impides que una sección de bosque cumpla su función. En este sentido, la tala (ya legal, ya ilegal) es un gran problema. Y ya los incendios son aún peores, porque significa emitir grandes cantidades de carbono a la atmósfera. ¿Y para qué? Algunos lo hacen para tener tierra de pasto para su ganado, otros para campos de cultivo (causando sobreproducción), otros para desarrollos urbanísticos. Luego llegan los problemas en forma de inundaciones, corrimientos de tierras... No nos olvidemos de la destrucción de los hábitats naturales de las especies animales, a las que se les obliga a irse, o a extinguirse. No debería ser así, pero, cada día, desaparecen hasta doscientos kilómetros cuadrados de bosques por estas causas, cuando debería ocurrir lo opuesto.

Echando mano de la mayor base de datos de ciencia terrestre que tenemos, el archivo de imágenes de Landsat, podemos hacernos una idea de la gravedad del problema. Sin embargo, Landsat usa sensores ópticos, lo que significa que no vemos qué hay bajo la copa de los árboles. Vale, si no podemos usar sistemas de detección pasiva, recurramos a los activos. El LIDAR GEDI, desde su percha en la ISS, nos ha entregado un primer vistazo sobre el estado de los bosques que, oye, es interesante. Tiene un pequeño problema, eso sí: al confiar en puntos láser, el campo de visión es obligatoriamente limitado a huellas de veinte metros de diámetro, por eso suele recurrir a la ayuda de sistemas similares, como el altímetro en ICESat-2. Es la ESA la que se decidió por el empleo del otro tipo de sensor activo.

Biomass es la misión número siete de la serie Earth Explorer de la ESA. Como ya sabéis, este programa

no sólo busca el avance en la ciencia terrestre, también fomenta el uso de nuevas soluciones a la hora de estudiar un elemento del sistema terrestre. Y para estudiar los bosques, se ha optado por un radar de apertura sintética.

Airbus UK ha sido la encargada del diseño y fabricación de Biomass, dando con soluciones peculiares. Su bus bien recuerda, a primer golpe de vista, a una cuña, pero una puesta en pie que mide 5.8 metros de alto, dos de ancho y dos de largo. Y eso sin contar con sus apéndices. Se ha recurrido a diseños

existentes para sus tripas, como un grabador de datos heredado de los Sentinel-2, una batería de ion litio, sistema de comunicaciones dual en banda-S y banda-X, estabilización triaxial y propulsión, un panel solar de cuatro secciones (7m² de superficie activa), control termal básico... Lo realmente novedoso es el sistema de SAR que usará. Los sistemas de SAR usados hasta ahora emplean frecuencias de banda-C (entre 4 y 8 GHz, o entre 3.75 y 7.5 cm) como en los Sentinel-1, banda-L (entre 1 y 2 GHz, entre 15 y 30 cm) como en los Daichi-2 y -4, banda-X (entre 8 y 12 GHz, entre 25 y 37.5 mm) como en TerraSAR-X, banda-S (entre 2 y 4 GHz, entre 7.5 y 15 cm), y todos cuentan con sus fuerzas y sus carencias. En donde uno es bueno, otro carece de rendimiento. Para Biomass, hacia falta echar mano de otra banda, por eso se recurre a la banda-P. Su larga longitud de onda (aproximadamente 70 cm) la hace particularmente útil para atravesar las densas copas de los árboles, llegar al suelo y reflejarse incluso en las ramas y raíces. Por supuesto, el corazón del instrumento se sitúa en la parte superior del bus, formada por los emisores y receptores, unidad de radiofrecuencia, unidad de control digital, red de calibración y

distribución, subsistema de amplificación de energía, amplificador del receptor... Las antenas emisoras y receptoras son cuatro, en dos pares, del tipo parche, que emiten la señal a una antena reflectora de doce metros de diámetro, la característica más visible de Biomass. Os recordará a la de SMAP, porque el fabricante (L3 Harris de Estados Unidos) es el mismo. Durante el despegue y los días posteriores estará plegada; para su despliegue cuenta con un brazo de tres secciones y los motores que abrirán el reflector. Eso sí, no rotará sobre sí mismo: estará fijo una vez en su lugar. Una importante novedad tecnológica es el uso de un nuevo tipo de semiconductor para los transistores del sistema de radiofrecuencia. Se llama nitruro de galio, son del tipo de estado sólido y resultan tener hasta diez veces más rendimiento de radiofrecuencia que los semiconductores tradicionales, puede operar a temperaturas más altas y es inherentemente resistente a la radiación. No es la primera vez que se usan en el espacio: el satélite PROBA-V ya lo empleó como demostración en su sistema de comunicaciones. Funcionará en polarización horizontal y vertical, adquiriendo secuencias de entre 50 y 60 km de ancho con resoluciones de 200 metros (espacial), y entre 15 y 20 metros (vertical). Una vez repostado con 132 kg de combustible, declarará una masa de 1250 kg.

Como suele ser habitual en los lanzamientos europeos, el CSG de Kourou es el lugar indicado, y para elevar a Biomass se ha escogido el cohete ligero Vega-C. Si no hay problemas, volará el 29 abril, apuntando a una trayectoria polar, sincrónica solar sobre el terminador, a 666 km de altitud. 

Pasado el periodo de despliegue y pruebas (el satélite cuenta con modos de control de actitud dependiendo del estado de la antena reflectora) iniciará su misión con una novedosa fase tomográfica que durará dieciocho meses. En ella apunta a revelar la estructura interna de los bosques; en esencia, será

como un escáner, creando una representación tridimensional de los bosques. En cuanto termine, pasará a la fase interferométrica. En ella, se centrará en observar una misma región un mínimo de tres veces en seis días, de este modo detectando cambios. De este modo, a lo largo de sus cinco años y medio de misión, registrará los troncos, las ramas, las raíces, el suelo. Así, al detectar, virtualmente, cada árbol en un bosque, se podrá calcular, cuantificar, cuánto carbono se almacena en una masa forestal dada. En el modo interferómetrico estará en una órbita derivante, en la que necesitará 228 días para cubrir todo el globo.

La misión Biomass gira en torno a un objetivo: producir las primeras estimaciones globales de la biomasa forestal y su altitud, reduciendo así la incertidumbre en nuestro conocimiento sobre la cantidad de carbono almacenado y cómo fluye en la superficie sólida, debido a los cambios en el uso del suelo, a la degradación forestal, o al recrecimiento del bosque. Secundariamente, cuenta con otras dos áreas de estudio. Los glaciares estarán bajo su radar para poder calcular la velocidad a la que fluyen, haciéndolo allí donde el hielo es demasiado variable, o donde ha habido fusión o una nevada reciente. Puede resultar extraño que un satélite dedicado a los bosques pueda también estudiar los desiertos. Pues sí, concretamente bajo sus arenas, siendo capaz de penetrar hasta cinco metros para dar con el lecho de roca. La idea es encontrar la geografía del lugar, especialmente la localización de cursos fósiles de ríos, lechos de lagos, y así, para tener pistas acerca del clima del pasado. Y volviendo a su área principal, usará su potencia para crear mapas topográficos de las áreas boscosas, ocultas a la vista de los sensores ópticos, generando modelos de elevación digitales. ¿Será capaz de detectar ruinas arqueológicas con este método? No estaría mal, la verdad.

Como todas las misiones de Earth Explorer, Biomass es muy compleja, pero necesaria en una época en la que parece que cualquier avance en la lucha contra el cambio climático puede acabar tirado por la borda. ¿Es vital? Ya lo creemos. ¿Debería haber más? No tenemos ninguna duda. Biomass puede cambiar el mundo, y para eso le deseamos toda la suerte del mundo.

Ventana al espacio (CXCII)

El lander Blue Ghost en la superficie lunar (Arriba, recién alunizado; Abajo, antes de la puesta de sol)

(Fuente: Firefly Aerospace)

Misión al planeta Tierra: EZIE

 Auroras boreales, auroras australes, son un evento recurrente estos días, ahora que estamos en el periodo del máximo solar. Y, claro, son muchos los que corren a las regiones polares para verlas (si bien es cierto que, en algunos casos, y dependiendo de la potencia de la tormenta solar, pueden llegar a latitudes más bajas como las islas Canarias). Sabemos mucho, sí, pero también esconden muchos misterios.

Sí, lo admitimos: hasta hace poco desconocíamos la existencia de los llamados electrochorros aurorales. Vaya palabrota. Pues consiste en una serie de corrientes eléctricas que surgen con las auroras, que transportan más de un millón de amperios CADA segundo, creando al final una suerte de circuito eléctrico entre la Tierra y el espacio profundo, extendiéndose unos 160.000 km. Esto es todo lo que sabemos, puesto que aparecen en una región inalcanzable. Lo ideal sería meter un conjunto de instrumentos un situ que nos informe de lo que pasa pero, al estar a 105 km de la superficie, en plena ionosfera, está demasiado alto para los globos científicos, y demasiado bajos para los satélites. Un cohete de sondeo tampoco sería solución, porque tendría demasiado poco tiempo para tomar lecturas. ¿Cómo lo investigamos, entonces? Menudo dilema.

Las moléculas de oxígeno destacan en diversas longitudes de onda, sí, y entre ellas esta la de los microondas, centrada en los 118.75 GHz. Pues bien, resulta que el oxígeno, en esta longitud de onda precisa, cuando entra en contacto con un campo magnético, se divide en dos, y cuanto más potente el campo magnético, mayor es la división. A este fenómeno se le denomina división o efecto Zeeman, por el físico holandés Pieter Zeeman que lo descubrió en 1896. Este rollo viene a cuento porque, para un grupo de científicos, es la solución al problema de los electrochorros.

El Explorador de Imágenes de Electrochorros Zeeman (EZIE, por simplificar) es la misión diseñada para resolver las dudas que aún tenemos acerca de este fenómeno. Como misión SMEX de la serie Explorer, se trata de un proyecto de bajo presupuesto. Y, al ser un suceso muy variable, un único vehículo no basta.

Ya hemos hablado aquí sobre los Cubesats, y su promesa. La promesa de tener constelaciones de

satélites diminutos explorando diversos componentes del sistema terrestre. Y con EZIE se da un primer paso en esta promesa. Con su limitado presupuesto el proyecto se ha decantado por tres unidades idénticas. El desarrollo de los satélites ha corrido a cargo de la firma Blues Canyon Technologies, especialista en este tipo de formatos, escogiendo una configuración 6U para ellos. Eso significa unas medidas aproximadas del bus de 10 x 20 x 30 cm, alojando dentro lo básico para funcionar. Sus únicos apéndices son los paneles solares de tres secciones cada uno, uno en un ángulo de noventa grados con respecto a la plataforma, el otro en uno más abierto. Y estará estabilizado en sus tres ejes, si bien no cuenta con propulsión alguna. En cuanto a la instrumentación,

cada satélite cuenta con un ejemplar idéntico de MEM, el Magnetograma de Electro chorros en Microondas. Ocupa un volumen de 2U, y emplea cuatro diminutas antenas receptoras, los sistemas detectores y el juego de electrónicas comunes. El instrumento se ha diseñado para poseer el mayor campo de visión posible, de ahí que cada antena apunte en una dirección. En realidad, se trata de un espectrómetro de microondas de banda estrecha centrado en la línea de emisión del oxígeno (118.75 GHz) cuya tarea es, precisamente, detectar el efecto Zeeman en las regiones donde hay auroras, creando así mapas de la zona. Aunque pequeño, cada instrumento es tan potente que puede realizar las tareas por su cuenta gracias a su juego de electrónicas controladas por un FPGA. Para construir MEM, se han basado en instrumentación de microondas como la incorporada en TEMPEST-D o CubeRRT, y los instrumentos para EZIE tendrán una polarización plena.

Para lanzar algo tan pequeño, bien se podría haber recurrido al Electron de RocketLab, pero no. Por eso os resultará extraño que lo vayan a ser por un Falcon 9. Si os decimos que no estarán solos, la cosa cambia. Sí, los tres EZIE forman parte de la misión Transporter-13, que pondrá en órbita otros veintinueve satélites diminutos. El despegue, desde Vandenberg, California, el día 15, y apuntan a una órbita de unos 550 km sobre la Tierra.

EZIE es, en realidad, una misión de escaneo remoto. No estudiará los electrochorros directamente, porque el efecto que registrará sucede unos dieciséis km por debajo. Sí, sin embargo serán los campos

magnéticos creados por los electrochorros los que provocarán el efecto Zeeman que EZIE detectará. Su tiempo de misión se cifra en dieciocho meses, en los que los tres satélites orbitarán nuestro planeta de polo a polo, variando su altitud entre los 420 y los 630 km, así como su separación entre sí entre dos y diez minutos. Sin propulsión, esto lo hacen con el rozamiento atmosférico, mientras vuelan uno tras otro en una configuración de collar de perlas. Cada vez que pasen sobre las auroras, los tres MEM medirán la fuerza y la dirección de los campos magnéticos de los electrochorros, creando mapas magnéticos de la zona. Puesto que es un fenómeno extremadamente variable, de ahí viene la necesidad de más de un satélite. Y si se juntan sus datos con lo capturado por el cuarteto PUNCH, la imagen será más precisa.

El objetivo de la misión es entender este fenómeno, envuelto en misterios, para comprender cómo surgen, cómo se comportan, qué papel juegan. Además, la información que obtengan será vital a la hora de pronosticar los eventos de meteorología espacial que pueden impactar en la tecnología de la Tierra.

Un buen trío, sin duda, que nos enseñará un fenómeno nuevo o, mejor dicho, casi desconocido. No queda otra que desearles suerte.

Ventana al espacio (CXCI)

 

La galaxia M104, desde el telescopio James Webb.

Las próximas misiones al Sol: PUNCH

 No se necesita un satélite, ni dos, ni tres, sino cuatro para observar el Sol y el entorno que le rodea. ¿Por qué? ¿Para qué? Bueno, para eso estamos aquí.

Hay un misterio sobre nuestra estrella que es de dimensiones colosales: ¿en qué punto la corona solar se convierte en el viento solar? En la actualidad, y a pesar de la cantidad de misiones lanzadas, sólo hay una con capacidad para tratar de responder a la pregunta, Parker Solar Probe, estando ya, desde diciembre del año pasado, en su órbita definitiva. Sí, una misión un situ nos dará, no cabe duda, información de primera mano, si bien entre que la recoge, nos la envía, y la comprendemos, la cosa tardará. Y, siempre que obtenemos la perspectiva cercana, nos hace falta también la perspectiva global.

El programa Explorer ha dado muchas misiones francamente interesantes, ya en formato medio (como Swift, por ejemplo) o en uno más diminuto, (NuSTAR es un buen ejemplo), incluso más. Nuestra protagonista de hoy pertenece a la familia de misiones SMEX de este programa, y tiene un objetivo muy concreto, como todas las de la familia, claro.

El Polarímetro para Unificar la Corona y la Heliosfera, o PUNCH para abreviar, es un proyecto pequeño, si bien con un objetivo colosal. Para conseguirlo, necesita tener un gran campo de visión alrededor del Sol, por eso, y con el pequeño presupuesto de este tipo de misiones, en vez de decidirse por un satélite con un tipo nuevo de sistema de visión, han decidido emplear cuatro unidades e instrumentación ya conocida. 

Por simplificar, el proyecto de la misión PUNCH ha decidido emplear un único tipo de bus para los cuatro satélites que hay que lanzar. Es de la categoría de los microsatélites, es decir, pequeño pero por encima de los Cubesats. Elaborada en aluminio, la plataforma es un rectángulo plano, de un metro de lado en su extremo más largo, en cuyo interior está casi todo lo necesario para funcionar. La inmensa mayoría de sistemas son componentes comerciales, de pequeño tamaño y diseñados, en su mayoría, para Cubesats. El ordenador es, en esencia, lo único desarrollado en

una institución universitaria, el Instituto de Investigación del Suroeste, o SwRi. Se denomina Centaur, y controlará todo en el satélite, hasta la instrumentación. En su núcleo está el procesador LEON 3, que se combina con dos FPGA, y cuenta con una memoria flash de 16 GB. Para sus comunicaciones, sistema dual: banda-S para recepción de comandos y transmisión de telemetría, y banda-X para los datos en alta velocidad. El sistema bidireccional está conectado a dos antenas omnidireccionales, una en la zona baja de la plataforma, la segunda en una pequeña extensión en una esquina de la parte superior. Para el segundo, se trata de una antena de baja ganancia tipo parche, más que suficiente. En cuanto al control de actitud, es triaxial, y muy preciso, con uno de los lados cortos apuntando siempre al Sol. Se recurre al paquete XACT-100 de la firma Blue Canyon, conectada a los diversos sensores y actuadores: dos escáneres estelares, sensores solares, ruedas de reacción y sistemas de descompensación magnética, receptor de GNSS, unidad de medición inercial... Y propulsión, en la forma del sistema Hydros-C, un componente innovador que emplea agua como combustible. Dentro del sistema, mediante la electrólisis, se separa el hidrógeno y el oxígeno, formando así una propulsión bipropelente que se inyecta en una cámara de combustión. La tobera se sitúa en el centro del anillo de montaje al sistema de separación. El empuje es pequeño, pero suficiente. En cuestión de energía, un panel solar de tres secciones, desplegable una vez en el espacio. Éste genera energía más que suficiente para los sistemas de a bordo y para cargar la batería del satélite. En cuanto al control termal, básico: mantas multicapa, calentadores y radiadores. La ciencia la entregarán dos sistemas principales y una investigación estudiantil. NFI, Cámara de Campo Estrecho, es, en realidad,

un coronógrafo de diseño compacto. Desarrollado en el Laboratorio de Investigación Naval (NRL), usan la experiencia de instrumentación anterior. En esencia, posee una configuración de ocultación externa, que sitúa los elementos de bloqueo, un conjunto multidisco, justo en la misma apertura del sistema. El tren óptico engaña: aunque parece usar una configuración reflectora, se trata de un sistema refractor. Esto se debe al tubo de la apertura, repleto de bafles y que termina en el espejo de rechazo de calor, con una longitud focal de 255 mm. Sin embargo, en el centro de este espejo se sitúa la apertura al resto del sistema, de 22.91 mm de diámetro, sirviendo a un conjunto dióptrico de seis lentes (f/4.5), entregando la luz a un sensor CCD de 2048 x 4096 píxels, pasando antes por una rueda de filtros polarizantes de cinco posiciones: filtro claro, posición cerrada, y los tres de polarización (-60°, 0°, +60°). El CCD es del tipo transferencia de secuencia, lo que significa que una mitad de 2048 x 2048 es la parte activa, la segunda sirve de almacenamiento temporal antes de enviarla al almacenamiento masivo de a bordo. Será el que apunte al Sol, con un campo de visión semejante al del sistema LASCO-C3 de SOHO (6-32 radios solares). Observará en un rango de longitudes de onda de

entre 450 y 750 nm. Sólo se instalará en uno de los satélites. WFI, Cámara de Campo Ancho, deriva del sistema SECCHI-HI de STEREO. Eso quiere decir que no observará el Sol directamente, sino el espacio a su alrededor. Sencillamente simple, todo el sistema óptico se encierra en un complicado conjunto de bafles y trampas de luz para suprimir toda fuente no deseada, sea terrestre, solar, incluso lunar. Lo que es la cámara en sí se ubica en diagonal para apuntar en la dirección deseada. Refractor también, su sistema óptico, igualmente dióptrico, emplea siete elementos para entregar la luz al CCD. Como otra forma de reducir el presupuesto, tanto el detector como la rueda de filtros son idénticos a los usados en el NFI. Eso sí, la rueda de filtros se sitúa ANTES del grupo óptico. Presente en los otros tres satélites, cada WFI contará con un amplio campo de visión que observará el espacio a distancias de 20 hasta 180 radios solares, con un rango de longitudes de onda idénticos a los del NFI. Ah, un detalle interesante: los satélites y los instrumentos se han diseñado para ser intercambiables, es decir, que no hay uno diseñado

específicamente para el NFI. Esto simplifica las cosas. Y la colaboración estudiantil se llama STEAM, Monitor de Actividad Energética Estudiantil. Instalado en el mismo satélite que el NFI, cuenta con dos detectores de rayos X tipo Amptec X123, cada uno con una apertura exclusiva definiendo su campo de visión. Registrará la energía del Sol en el rango de entre 1 y 125 keV de los rayos X, para detectar y estudiar el calentamiento de la corona y las llamaradas solares. Cada unidad desplazará, completamente integrada, una masa de aproximadamente cuarenta kilogramos.

Si pensáis que lanzar estos cuatro pequeños en un Falcon 9 es excesivo, acertáis. Sin embargo, se hace porque se aprovecha, así, la potencia de sobra de este lanzador cuando envíe a la órbita la misión astrofísica SPHEREx. Como adaptador base usará el llamado ESPA-Grande el cual, además de contar con el acoplamiento principal a la carga primaria, cuenta con cuatro puntos de anclaje y separación secundarios, y ahí se situarán los cuatro PUNCH. El lanzamiento se producirá desde la base californiana de Vandenberg el día 27. Para este vuelo se usará un núcleo con apenas dos misiones en los registros, el B1088, con una misión Starlink, y la Transporter-12 a finales del año pasado y a comienzos de este. En cuanto la etapa superior separe a SPHEREx, será el turno de PUNCH. El cuarteto orbitará la Tierra en una trayectoria polar, sincrónica solar sobre el terminador a 620 km de altitud.

La verificación de los satélites durará unos noventa días. En ese tiempo, además de comprobar que todo funciona, se establecerá la constelación, con el equipado con el NFI ubicado entre dos de los equipados con las WFI. En este tiempo, los satélites con los WFI quedarán separados por 120° para así crear el campo de visión necesario.

La misión principal durará aproximadamente dos años, con los cuatro satélites trabajando en concierto. Así, cada satélite, en un plazo de ocho minutos, tomará un total de

siete imágenes: una con el filtro claro, y dos juegos de tres con los filtros polarizantes. En ese tiempo cada satélite recorre 30° de su órbita manteniendo su posición inercial, para después derivar antes de reanudar el ciclo. Una vez descargadas, las imágenes serán procesadas en Tierra para dar forma a una sola imagen que abarca prácticamente todo el sistema solar interno en una sola secuencia profunda y, además, tridimensional. Esto significa que la imagen de la NFI quedará en el centro, y las tres de las WFI saliendo de ella, y rotando en la dirección orbital a medida que la constelación se mueve alrededor de la Tierra.

PUNCH se ha configurado para responder a dos objetivos: entender cómo las estructuras coronales se convierten en el viento solar ambiente; y comprender la evolución de las estructuras transitorias como las CME's o similar, en el joven viento solar. De este modo, las imágenes de PUNCH se fundirán con los datos de los perihelios de Parker Solar Probe, generando una visión global. Ah, y será el complemento perfecto para otra misión SMEX que pronto se lanzará, el dúo TRACERS.

Está claro: no hace falta un sistema de vuelo grande o complejo para ofrecer una misión realmente fascinante que dará ciencia transformadora con un bajo presupuesto. Estamos ansiosos. ¿Y vosotros?

Bajo el rojo: SPHEREx

 Mapas, mapas. Son necesarios para saber a dónde vamos, o dónde está un lugar en concreto. Este concepto no sólo es válido en Tierra, también allí arriba porque, ¿cómo apuntarían los telescopios, entonces? Sí, y es hora de compilar uno nuevo.

¿Por qué la NASA se dispone a elevar un nuevo telescopio infrarrojo de cartografía? ¿Los mapas de WISE no sirven para nada? Preguntas válidas, no cabe duda, preguntas que tienen su respuesta. Sí, los mapas actuales siguen siendo válidos, y nuestra protagonista de hoy pretende crear uno muy distinto a todo lo que ya tenemos. 

Da lo mismo que sea en nuestro sistema solar, o esté tan lejos como el mismo Big Bang. Todos los objetos emiten, o reflejan, la luz. Es de sobra conocido. Y esta luz sirve no sólo para encontrarlos, también para saber cómo son. Esta técnica la usamos en las superficies planetarias y lunares, en atmósferas, así como en estrellas, nebulosas, supernovas, galaxias, incluso en el espacio aparentemente vacío. Y nos informa de lo que existe por allí. Lo que no hemos hecho, hasta ahora, es compilar un mapa de TODA la bóveda celeste de esta manera. Es hora de rectificarlo.

Perteneciente a la familia de misiones MIDEX del programa Explorer de la NASA, el observatorio SPHEREx (Espectro-Fotómetro para la Historia del Universo, Época de la Reionización y Explorador de Hielos) es un satélite de diseño simple pero de potentes prestaciones, más que capaz de cumplir con su misión de manera sumamente eficaz. Una misión más que anticipada.

Desarrollada por la firma BAE Systems (anteriormente Ball Aerospace) se ha dado con un diseño de lo más peculiar. A primer golpe de vista bien parece un megáfono que apunta al techo, pero uno de 2.6 metros de alto y 3.2 tanto de ancho como de fondo. Como misiones anteriores (véase WISE o IXPE) emplea la plataforma común BCP-100 de la serie BCP-Small, pequeña pero fiable, y con todo lo necesario para funcionar. A

ver, no vamos a presumir que conocemos el satélite hasta el última tornillo (ya nos gustaría) pero sí lo suficiente como para que os hagáis una idea. Por ejemplo, es típico de los satélites de órbita terrestre cuenten con sistemas de comunicaciones duales, y SPHEREx no es una excepción. Equipa un sistema de banda-S para recepción de comandos y transmisión de telemetría, contando con dos antenas omnidireccionales y una tercera ubicada en la parte inferior de la plataforma, de mayor ganancia. Para transmitir datos científicos, sin embargo, se recurre a un sistema de alto rendimiento que usa banda-Ka, conectado a dos antenas tipo cuerno, también alojadas en la parte inferior. Es indicativo del gran volumen de datos que generará. Más a simple vista se ve que usará el Sol como fuente de energía, con un único panel solar rectangular de 2.67 x 1.02 metros (en cuyos extremos se sitúan las antenas omnidireccionales) que alimenta los sistemas de a bordo y carga la batería del satélite. Y, naturalmente, está estabilizado en sus tres ejes, usando lo básico: unidad de medición inercial, escáneres estelares, ruedas de reacción más sistemas de des compensación magnética... Y un sistema termal más bien pasivo. Para cumplir su misión cuenta con un único telescopio. Es compacto pero diseñado para un alto

rendimiento. Es de tipo reflector, anastigmático de tres espejos de aluminio, con un espejo primario de veinte centímetros de apertura (f/3). Se ha diseñado para carecer de partes móviles, de modo que la discriminación se realiza mediante un divisor de haz dicrótico y los filtros empleados. Como otros instrumentos, muchos planetarios, esta configuración permite un diseño compacto y simple, si bien dobla la cantidad de planos focales, que en realidad no es un problema. Así, el divisor dicrótico resulta opaco a las longitudes de onda infrarroja hasta los 2.6 micrones, siendo transparente a las más largas hasta los 5.3 micrones. Cada plano focal se ha optimizado para sus rangos de visión, si bien son virtualmente idénticos. Herencia del telescopio James Webb, cada plano focal cuenta con tres detectores de mercurio-cadmio-telurio de gran formato (2048 x 2048 píxels cada uno) en una configuración de uno por tres. Lo importante se sitúa,

sin embargo, sobre cada detector. Para la verdadera discriminación de longitudes de onda se emplea la tecnología de los filtros lineales variables, en esencia una placa en la que se sitúan los distintos filtros. Una tecnología adaptada de instrumentación planetaria como el sistema Ralph/LEISA a bordo de New Horizons, entre otras. Esto significará que SPHEREx realizará espectroscopia de imágenes a la hora de compilar sus mapas del cosmos. Cada uno de los filtros registra diecisiete longitudes de onda, por lo que en total será capaz de registrar un total de ciento dos bandas espectrales de forma simultánea (0.75-2.44 micrones un plano focal; 2.40-5.01 micrones el segundo), a diferencia de las cuatro de su antecesor WISE. Esto lo convierte en un explorador hiperespectral del cielo. Pero para que este sistema rinda, se necesita, por obligación, una forma de refrigerar el sistema. Como toda misión infrarroja, las señales procedentes de la Tierra, del Sol, y del mismo satélite, pueden abrumar a los detectores, dejándolos inservibles. Si bien misiones anteriores empleaban métodos activos con criostatos rellenos de helio líquido superfluido, o criorefrigeradores mecánicos, el sistema de

SPHEREx es totalmente pasivo. Para empezar, el telescopio (que no apunta en la vertical, sino que esta levemente inclinado para poder cubrir toda la bóveda celeste) se asienta sobre una serie de puntales que lo alejan de la parte superior del bus. Como segunda medida se ha incorporado lo que en el proyecto llama radiadores de ranura en V, que se trata, en realidad, de tres series de espejos, unos sobre otros, dando la impresión que parecen paraguas invertidos. Se ubican entre la carcasa del telescopio y los puntales. Y para terminar, los escudos de fotones. De forma cónica, cada uno tiene un grosor de 19 mm, y en virtud de los espacios entre ellos, el calor que sacan los radiadores los escudos lo redirigen hacia el espacio. Su tamaño total es de 1.7 metros de alto y 3.2 de ancho. Se ha usado aluminio en ellos, con un núcleo en panal de abeja y láminas sólidas exteriores, y el cono más exterior pintado de blanco para reflejar la luz y el calor del Sol. Todo este sistema sirve para reducir la temperatura de los planos focales hasta los -210°C. Una vez en configuración de lanzamiento, el observatorio desplaza una masa de 502 kg.

SPHEREx es la carga útil principal de un lanzamiento dual, puesto que la misión solar PUNCH y sus cuatro minisatélites compartirán cofia. Y el responsable del vuelo será el Falcon 9, desde la base de Vandenberg en California, usando una primera etapa, la B1088, que solamente ha volado dos veces con anterioridad. El despegue está fijado para el día 27 y, una vez completado el proceso, el observatorio orbitará nuestro planeta en una trayectoria polar, sincrónica solar sobre el terminador terrestre a una altitud de 650 km.

En cuanto se haya establecido contacto con SPHEREx y esté en una actitud estable, comenzarán los treinta días de la verificación, el enfriamiento de los detectores y la expulsión de la cubierta de la apertura del telescopio. Se calibrará todo antes de iniciar una tarea primaria que durará veinticinco meses.

SPHEREx se ha diseñado para ser capaz de, a lo largo de su misión, compilar hasta cuatro mapas de todo el cielo, así como dos exploraciones profundas de los polos y de la eclíptica. Como otras misiones semejantes, aprovechará su propia órbita, más el movimiento de la Tierra alrededor del Sol para compilarlos, pero también empleará movimientos propios para captar en profundidad cada uno de los

objetos que entren en su campo de visión. Así, por ejemplo, cuando la galaxia de Andrómeda aparezca, SPHEREx maniobrará con sus ruedas de reacción para barrer, de un extremo al otro, la galaxia y así cubrirla por completo a lo largo de todo su espectro. Con este método y con su configuración, resulta obvio que generará en solo una órbita gran cantidad de datos: en total, serán seiscientas exposiciones al día, es decir, hasta tres mil seiscientas imágenes por detector. Por ello, cuenta con potentes algoritmos de compresión y reducción de datos de a bordo para, de este modo, reducir el volumen de información a transmitir.

Aparte de la tarea de compilar mapas de la bóveda celeste que se puedan usar para otras misiones, SPHEREx cuenta con tres objetivos que busca responder. El primero es de naturaleza cosmológica: restringir la física detrás del suceso denominado Inflación Cósmica midiendo sus huellas en la distribución tridimensional de las galaxias, su materia. La Inflación ocurrió apenas un parpadeo después del Big Bang, y supuso la expansión, repentina y masiva, del cosmos. Al observar el infrarrojo, rastreará estas señales hasta donde pueda, y como, debido a la expansión cósmica, muchas galaxias están tan lejanas que los cálculos de distancia sólo se pueden hacer en esta longitud de onda, creará de este modo un mapa en 3D de la distribución de las galaxias, lo que permitirá localizar las señales de la Inflación. El segundo podríamos calificarlo de arqueología cósmica: rastrear la historia de la producción de luz galáctica usando mediciones profundas multibanda a gran escala. Básicamente,

trazará una historia de la evolución de las galaxias partiendo de la luz que emiten. Porque SPHEREx es también un fotómetro, medirá la cantidad de luz que cada galaxia emite o, para ser más concretos, ha emitido para cuando nos ha llegado. Misiones anteriores lo han hecho, pero con una pequeña muestra representativa y extrapolando los resultados globalmente. SPHEREx lo hará a escala global, permitiendo encontrar, así, fuentes de luz perdidas o, para ser más exactos, escondidas, delatando galaxias lejanas o estrellas situadas en los límites de sus galaxias. El tercer y último objetivo versa sobre nuestra búsqueda actual de los ingredientes básicos de la vida: investigará la abundancia y la composición del agua helada y otros hielos biogénicos en paz primeras fases de la formación de discos estelares y protoplanetarios. Una primera búsqueda lo hizo en forma de gases en las nubes de formación hasta que, al no ver nada, se centraron en las partículas de polvo heladas, y ahí sí que sí, aunque en menor cantidad de lo esperado. Con los mapas de SPHEREx se espera encontrar y cuantificar todo ingrediente para la formación planetaria, en especial esperando descubrir lugares en los que podrían formarse planetas similares a la Tierra, y en los que podría formarse la vida. Así, por toda la Vía Láctea. Al final de su tarea principal, se espera fusionar cada uno de los mapas para formar un enorme catálogo de fuentes en alta resolución, alta exactitud, gran profundidad, y abierto a cualquiera. Incluso sus datos tendrán aplicación al sistema solar, puesto que se prevé que miles y miles de asteroides pasen por su campo de visión, muchos de ellos nunca explorados espectroscópica mente hablando.

Misión pequeña, tarea colosal. Ya estamos esperando las coloridas imágenes que nos entregará, y la información tan fascinante que generará. Sólo nos queda decir: A por ello.