Misión al planeta Tierra: SMILE

 Son muchos los que sonríen al ver al Sol (no un servidor), pero todos esos deben tener en cuenta una cosa sobre nuestra estrella: nos bombardea constantemente. No hace más que echarnos encima el viento solar, también llamaradas, eyecciones de masa coronal… Si no fuera por nuestra magnetosfera, nuestro escudo protector, la vida en la Tierra, tal y como la conocemos, sería improbable, por no decir imposible. Hay que decir que, de la magnetosfera sabemos poco, sobre todo de cómo reacciona ante tanta agresión. Pues bien, es hora de que veamos cómo funciona este reino de lo invisible.

Durante los primeros años de la era espacial, la única forma que teníamos de “ver” cómo respondía la magnetosfera a todo lo que Helios nos echaba encima era mediante los sensores in situ de los satélites que poníamos en órbita. Datos muy útiles, que no quepa duda. Pero todo cambió tras el lanzamiento de la misión Dynamics Explorer allá por 1981. De los dos satélites que componían el proyecto, uno de ellos contaba con algo inaudito para el estudio de la magnetosfera: un sistema de visión. Llamado SAI, observaba en luz visible y en ultravioleta. Durante el tiempo de misión, fue la primera que nos proporcionó imágenes globales de las auroras desde su alta órbita. Tras esta misión, se lanzarían más, como el dúo Wind y Polar (la primera aún en funcionamiento, en torno al L1), con la segunda teniendo varias cámaras, incluyendo una de rayos X. Pero la que de verdad cambió la perspectiva fue IMAGE. Lanzada en el año 2000, casi en el máximo solar de aquellos días, proporcionó información crucial en el tiempo que funcionó (de su “muerte”,

Fuente: B. Sandel
and T. Forrester,
Univ. of Arizona.

“resurrección”, y otra vez “muerte”, ya hablaremos otro día). Si resultó rompedora fue porque se trató de la primera misión que estudiaría, de forma remota, la respuesta de la magnetosfera a la agresión del viento solar. Contaba con varias cámaras (dos de luz ultravioleta, y tres “cámaras” de átomos neutrales energéticos, o ENA’s) que nos ofrecieron toda la película de qué pasaba en torno a nosotros. Desde entonces hasta ahora, sólo las misiones in situ nos han proporcionado una parte de la imagen global. Ya es hora de cambiar, creemos desde aquí.

A diferencia de lo que pasa en Estados Unidos, donde sus científicos tienen prohibido, POR LEY, colaborar con la ciencia china, la Agencia Europea del Espacio tiene firmes lazos de cooperación con el gigante asiático. Allí se recuerda, con orgullo, la cooperación con la misión china Double Star, dos satélites que, los cuales, contaban con instrumentación, en muchos casos, idéntica a la que portaban los satélites Cluster II. Así, desde el lanzamiento del primero, hasta su fin de misión, entre los años 2003 y 2007 la constelación Cluster se compuso de seis satélites, no los cuatro originales. La cooperación sigue y, además de entrenar conjuntamente astronautas de la ESA y taikonautas de la agencia china, se tomó la decisión de llevar la cooperación más allá. Así, la ESA y la Academia de Ciencias de China seleccionaron, y más tarde aprobaron, a finales del 2015, nuestra protagonista de hoy.

Responde al acrónimo de SMILE, Explorador de Conexión Viento solar-Magnetosfera-Ionosfera, y su tarea es, virtualmente, análoga a la de IMAGE: el estudio de la respuesta de la magnetosfera al flujo del viento solar. Y busca hacerlo observando continuamente durante horas. ¿Cómo? Averigüémoslo.

 A la hora de producir SMILE, la ESA y la Academia de Ciencias de China (CAS en inglés) se repartieron las responsabilidades aproximadamente al cincuenta por ciento. Por ejemplo, CAS encargó la plataforma a la firma IAMC de Shanghai. Este elemento, dividido en el módulo de servicio y el módulo de propulsión, cuenta con casi todo lo básico para funcionar. La plataforma se ha construido usando paneles de fibra de carbono de

Fuente: ESA/CNES/Avio/Optique
vidéo du CSG–P Piron

polímero reforzado, alojando los distintos subsistemas en su interior. Su ordenador, por ejemplo, usa un procesador SPARC V8, con 256 MB de RAM dinámica. Hace funcionar todo, como un sistema de comunicaciones en banda-S que emplea varias antenas de baja ganancia. Controlará el satélite en sus tres ejes, empleando tres escáneres estelares, siete sensores solares, dos giróscopos, un complejo de cuatro ruedas de reacción, más el sistema de propulsión, compuesto por doce motores de maniobra más un motor principal de 490 Newtons de empuje. Y los tanques de combustible, claro. Ah, y un receptor de GNSS acoplado a una de las antenas. Parte del sistema energético está aquí, con todo su aparataje, incluyendo una batería de ion litio. En cuanto al control termal, elementos activos y pasivos, como mantas multicapa, tuberías de calor, o radiadores. La ESA encargó a Airbus de Madrid el módulo de carga útil.

Fuente: ESA

Se ha construido en aluminio, quedando acoplado a la parte superior del módulo de servicio de la plataforma mediante ciento veinte tornillos. Sirve como base para casi todos los instrumentos de a bordo, y además se ha diseñado con un alto grado de independencia operacional. Sí, recibe la energía de la plataforma, si bien los paneles solares se acoplan mecánicamente a este módulo, contando con los mecanismos de despliegue y sistemas de amortiguación. Cada panel solar, proporcionado por China, cuenta de tres secciones cada uno, y ofrece una superficie activa total de 4.1 m², generando así más que de sobra para funcionar. Un aspecto interesante del módulo de carga útil es la inclusión de un ordenador propio, llamado ECU, Unidad de Control Extendida. Se usará para gestionar la operación de los instrumentos, almacenando la información generada en un grabador de datos masivo de hasta 260 Gb. En la ECU se sitúa el módulo de procesado general, el núcleo del ordenador de la sección europea del satélite que se asegura una completa interfaz con el ordenador de la plataforma. Por si faltara poco, integra incluso dos transmisores de banda-X (por redundancia) conectados a una antena exclusiva, para así volcar todos los datos obtenidos a alta velocidad. Con las dos unidades acopladas, SMILE mide 4.8 x 9.8 x 3.5 metros, una vez desplegado en el espacio. De todos los instrumentos, SXI es considerado el primario. La

Fuente: ESA/CAS

Cámara de Rayos X Blandos es un sistema compacto y de alto rendimiento que nos ofrecerá algo que ningún otro instrumento ha conseguido: observar la magnetosfera terrestre. ¿Cómo lo conseguirá? Debido a los requisitos de masa y campo de visión, se ha adoptado una óptica de ojo de langosta (su nombre técnico, no nos inventamos nada) empleando ópticas de microporos. En esencia, usa una serie de pequeñas y delgadas placas de cristal curvadas con montones de micro perforaciones en forma de canales, con un recubrimiento metálico dentro de cada canal. Para SXI se usan dos unidades ópticas formadas por cuadrículas 4 x 4, una unidad junto a la otra, creando una área curva, lo que incrementa el campo de visión. Estas ópticas sirven, cada una a un sensor CCD de 4510 x 4510 píxels, cubriendo cada uno un tamaño de 8.12 x 8.12 cm, lo que les convierte el los detectores de su tipo más grandes que se envían al espacio. Derivan de los sensores desarrollados para la misión europea PLATO, con modificaciones para hacerlos sensibles al rango de detección de SXI de 0.2 a 2 keV. Ah, y estos detectores estarán enfriados a -120°C mediante un gran radiador. También quedará protegido mediante mantas multicapa y un bafle solar. Además, cuenta con una tapa para protección contra la radiación de los cinturones de Van Allen. En esencia, SXI lo que observará es un fenómeno llamado "intercambio de carga", en el que, en esencia, una partícula cargada procedente del Sol entra en la magnetosfera terrestre, encontrándose con partículas neutras, y cargándolas de energía, emitiendo rayos X. Un fenómeno visto por primera vez por el observatorio germano ROSAT en 1996 mientras apuntaba al cometa Hyakutake. Como este fenómeno también sucede en la magnetosfera (visto por ROSAT y por XMM-Newton, interfiriendo en sus observaciones) se ve como el método lógico. Y, por eso, lo hará fuera de la magnetosfera. SXI verá el impacto directo del viento solar con la sección diurna de la magnetosfera terrestre, creando una especie de 'sonrisa' (de ahí el acrónimo) justo en la zona de contacto, allí donde se produzca el intercambio de carga. Y para verlo todo de una sola vez y durante horas, su trayectoria e lo alto sobre la Tierra. SXI es la principal contribución europea a la carga útil de SMILE, con la Universidad de Leicester como institución principal. Complementario a

Fuente: X.-X. Zhang, CMA, China
and Y. Wang, National
Space Science Center,
Chinese Academy of Sciences

SXI, está UVI, la Cámara UltraVioleta. Es un sistema muy curioso que emplea una configuración reflectora coaxial de cuatro espejos con recubrimientos multicapa, con una longitud focal de 104.6 mm. Para la detección de su rango de observación de entre 160 y 180 nm, cuenta con un ensamblaje que equipa una ventana de fluoruro de magnesio, una placa microcanal sobre la que se sitúa un fotocátodo de ioduro de cesio, más una pantalla de fósforo, que convierte la nube de electrones generada por la placa microcanal en una emisión de luz visible que es enfocada al CCD de 1024 x 1024 píxels por un grupo de lentes de retransmisión. La tarea de UVI será observar la aurora boreal durante horas, capturando una imagen aproximadamente cada sesenta segundos, en forma de varios frames capturados cada entre dos y cinco segundos y agregados a bordo para así crear cada imagen. La resolución dependerá de la distancia, de entre 30 km en su punto más cercano de observación (aproximadamente 40.000 km de altitud) a 90 km en su apogeo. Por debajo de los 34.000 km, la cámara estará desactivada como protección. UVI ha sido producida por el Centro Nacional de Ciencia Espacial de China, con contribuciones del Centre Spatial de Liège, la ESA, la Universidad de Calgary en Canadá, y el Instituto de Investigación Polar de China. LIA es, de todos los instrumentos, el

Fuente: L. Dai and L.-G. Kong,
National Space Science
Center, Chinese
Academy of Sciences

único no en el módulo de carga útil. De hecho, se trata de dos unidades idénticas instaladas en lados opuestos de la plataforma. Cada Analizador de Iones Ligeros se compone de un analizador electrostático, deflectores de apertura electrostáticos, y una placa microcanal para medir la función de distribución de la velocidad de los iones en el rango energético de entre 5 eV y 25 keV, analizando energía, dirección y flujos, con una resolución temporal de entre 0.25 y 2 segundos. Su misión será estudiar el viento solar y la magnetovaina bajo distintas condiciones, registrando también protones y partículas alfa. También China, mediante su Centro de Ciencia Espacial, proporciona la instrumentación, con contribuciones inglesas y francesas. Por último, MAG. Otra contribución china, consiste en un magnetómetro de núcleo saturado digital, compuesto por dos típicos detectores de núcleo saturado triaxiales instalados en un mástil de fibra de carbono de plástico reforzado, tres segmentos y tres metros de longitud plenamente extendido. Uno de los sensores está en su extremo, el segundo a 2.2 metros del satélite. Como sensores similares, registrará la orientación y la magnitud del campo magnético del viento solar, detectando shocks o discontinuidades alrededor del satélite. Con las dos partes integradas, la masa seca de SMILE es de de 707 kg. Con su combustible cargado, dará un peso en báscula de 2300 kg. Casi nada.

Fuente: ESA–J. Huart

Es la ESA la encargada de poner el lanzador y y dirigir las operaciones de lanzamiento. El cohete seleccionado es el Vega-C, la variante mejorada, con dos nuevas etapas sólidas en las dos primeras, y una etapa superior líquida mejorada, más una cofia mayor. Su lanzamiento, desde el CSG de Kourou, Guayana Francesa. El 9 de abril, si no hay problemas, despegará, y una vez termine su misión, SMILE quedará en una órbita baja terrestre, circular y casi polar a 700 km de altitud. ¿Ese es su destino? No. Se trata del inicio del viaje.

Fuente: ESA

El separarse del cohete, desplegar sus paneles solares y el mástil del magnetómetro, no es más que el comienzo. En cuanto llame a casa (su centro de control está en China) se establecerá que todo funcione, se preparará subsistema de propulsión, se comprobará su órbita. Con todo verificado, empezará una estresante fase que durará aproximadamente un mes, a lo largo del cual encenderá su motor principal hasta once veces para reformar su órbita. Al final del proceso, SMILE estará en ya trayectoria altamente elíptica, con un perigeo sobre el polo sur de  5.000 km, y un apogeo de 121.000 km, inclinada 73°, tardando 51 horas en completarla. Y gran parte de ella, fuera de la magnetosfera.

Fuente: ESA

Durante los tres años que dure su misión, SMILE estudiará cómo Helios nos agrede con su viento solar. Sus dos cámaras no apuntarán a la vertical del planeta, sino hacia la zona frontal, en el contacto entre la magnetosfera terrestre y el viento solar, y con la Tierra a la vista. De hecho, con hasta cuarenta y cinco horas de observación continua en cada órbita, serán las observaciones más largas que se han realizado en este sentido, en especial las visiones en ultravioleta que serán, de hecho, las primeras de su tipo DESDE EL 2008. Ya ha llovido. Toda la información quedará grabada a bordo hasta que se ponga a la altura de su estación de tierra primaria, la Estación Antártica O'Higgins, operada por el DLR, mientras que para recibir comandos, y descargar en caso de necesidad, está la estación de tierra en Sanya, en China. Un grupo de más de doscientos cincuenta científicos, chinos y europeos, se ocuparán de convertir los datos en resultados.

Fuente: ESA

Son tres las cuestiones que apunta a responder: ¿qué sucede donde se encuentran el viento solar y la magnetosfera? (Spoiler: reconexión magnética); ¿qué causa los "problemas magnéticos en el lado nocturno de la magnetosfera terrestre? (Spoiler: subtormentas); ¿cómo podemos predecir antes las tormentas magnéticas más peligrosas? (Spoiler: CME's). Esta información no irá sola, sino que será complementaria a más no poder con la que ya consiguen misiones como SOHO, ACE, STEREO, SDO, DSCOVR, MMS o las más recientes IMAP, CGO, TRACERS o PUNCH. 

¿Qué podemos decir? Que SMILE es una misión deseada, esperada, ansiada. Estamos en tiempo de máximo solar, y ya hemos visto fenómenos extremos, como auroras llegando hasta la península Ibérica. Saber cómo la Tierra responde, saber cómo proteger nuestra tecnología, es crucial en el mundo de hoy. Y para eso, la ciencia, y la cooperación, es crucial. Suerte.