Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) participan en la misión Solar Orbiter de la ESA que será lanzada el próximo fin de semana a bordo de un cohete Atlas V de la Nasa desde Cabo Cañaveral, en Florida.
Solar Orbiter persigue comprender cómo el Sol crea y modifica la heliosfera interior (las regiones inexploradas y más cercanas a nuestra estrella). Con sus 10 instrumentos, entre ellos 6 telescopios, Solar Orbiter ofrecerá imágenes nunca vistas de nuestra estrella y permitirá a científicos entender mejor cómo funciona el sol. La misión se acercará al Sol para observarlo desde un punto nunca antes alcanzado, lo que supone un desafío tecnológico sin precedentes.
Solar Orbiter será el primer satélite en ofrecer imágenes de cerca de las regiones polares del Sol, muy difíciles de observar desde la Tierra. Será capaz de casi coincidir con la rotación del Sol alrededor de su eje durante varios días, por lo que permitirá ver por primera vez cómo se forman las tormentas solares durante un periodo prolongado desde un mismo punto.
Para hacerlo, la nave se acercará al Sol y soportará un calor abrasador, equivalente a 13 constantes solares, es decir, 13 veces la energía del Sol que llega a la Tierra. “En realidad, se acercará tanto como permite la capacidad tecnológica a la hora de proteger la nave de las altas temperaturas. Esto hace que el diseño térmico de la nave y los instrumentos científicos sea una tarea muy compleja. De hecho, la nave posee un escudo térmico que evita que la radiación solar llegue a los instrumentos científicos embarcados”, subraya Isabel Pérez Grande, investigadora principal del proyecto en el Instituto Universitario de Microgravedad Ignacio Da Riva de la Universidad Politécnica de Madrid (IDR/UPM) que participa en esta misión aportando su experiencia y conocimientos en diseño y calificación de instrumentos.
El IDR/UPM ha participado en el desarrollo del magnetómetro PHI (Polarimetric Helioseismic Imager), dentro de un consorcio internacional dirigido por el Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) de Alemania, y codirigido por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA/CSIC). PHI es uno de los instrumentos de teledetección de Solar Orbiter cuyo propósito es proporcionar mapas del vector magnético y de la velocidad de la línea de visión en la fotosfera solar. En concreto, se ha encargado del diseño térmico y estructural de su unidad óptica (con dos telescopios) y del diseño térmico de la unidad electrónica del mismo (que gestiona los datos y subsistemas de la unidad óptica y que además suministra la potencia necesaria).
Los requisitos térmicos de PHI son muy estrictos en términos de temperatura. “El sensor común de los dos telescopios que lo forman, High Resolution Telescope (HRT) y Full Disc Telescope (FDT), ha de encontrarse a temperaturas inferiores a -10ºC para funcionar correctamente, mientras que otras partes del instrumento han de estar a una temperatura constante de 66º C”, confirma la investigadora de la UPM.
“Para conseguir cumplir con esos requisitos el instrumento va recubierto por una manta térmica, que lo aísla lo más posible del entorno del interior del satélite, y además cuenta con cuatro uniones térmicas conectadas a los radiadores del satélite, para poder evacuar el calor del interior del instrumento, ya sea el proveniente de las cargas solares como del generado por los componentes electrónicos”, explica.
El escudo térmico de la nave cuenta con una serie de aperturas para que instrumentos como PHI puedan ver el Sol y transmitirnos la información necesaria para comprender su comportamiento. Estas aperturas dificultan mucho el diseño, ya que al perderse la protección del escudo térmico hay que utilizar otros medios para evacuar la radiación solar. La solución adoptada han sido unas ventanas HREW (High Reflective Entrance Window) formadas por dos vidrios con un recubrimiento especial que, actuando en su conjunto, son capaces de reflejar la energía en la mayor parte del espectro solar, dejando pasar únicamente la banda de interés científico.
Este desafío tecnológico ha tenido a investigadores europeos trabajando durante más de una década para solventar las dificultades y resolver los retos que planteaba una misión de estas características. El diseño térmico realizado por el IDR/UPM ha demostrado ser efectivo en los ensayos térmicos previos al lanzamiento, que está previsto para los próximos días.
La tecnología de PHI es heredera de la empleada en el magnetógrafo IMaX (Imaging Magnetograph eXperiment) del exitoso vuelo científico de Sunrise de 2009. El equipo del IDR/UPM y la propia Isabel Pérez Grande tuvieron una gran responsabilidad en el diseño térmico de Sunrise, un globo estratosférico con un telescospio solar embarcado, que ha realizado ya dos misiones y actualmente hay una tercera en preparación para ser lanzada desde la base de Esrange (Suecia) en junio de 2021.
Otro de los instrumentos embarcados en Solar Orbiter es el detector de partículas energéticas (EDP), cuyo desarrollo ha sido liderado por el Grupo de Investigación Espacial (Space Reseach Group) de la Universidad de Alcalá de Henares (UAH) y en el que el IDR/UPM ha participado activamente. De los cinco sensores de los que consta el EDP, tres han pasado por las manos del IDR/UPM ofreciendo soporte de ingeniería fundamental en el diseño mecánico y térmico y también en tareas de ingeniería de sistemas.
EPD y PHI son las principales contribuciones españolas a esta misión. En este último, además del IDR/UPM y el IAA/CSIC, participan el Grupo de Astronomía y Ciencias del Espacio (GACE) de la Universidad de Valencia, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), y la Universidad de Barcelona.
La participación del IDR/UPM en la misión Solar Orbiter ha sido financiada por diferentes programas y proyectos del Plan Nacional de I+D+i 2008-2011 y de los Planes Estatales de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016 y 2017-2020, y también por la Universidad Christian Albretchs de Kiel.
