DAMPE (Wukong)

Puesto en órbita el observatorio chino de materia oscura DAMPE (CZ-2D)

Daniel Marín 21 dic 15

China ha puesto en órbita su primer observatorio espacial para detectar materia oscura. El 17 de diciembre de 2015 a las 00:12 UTC China lanzó el satélite DAMPE (Wukong) desde el complejo LC-43 (SLS-2) del centro espacial de Jiuquan mediante un cohete Larga Marcha CZ-2D (Y31). Este ha sido el 16º lanzamiento orbital de China en 2015.

Lanzamiento del DAMPE (Xinhua).

DAMPE (DArk Matter Particle Explorer) es un observatorio de rayos gamma y rayos cósmicos de 1900 kg (de los cuales 1400 kg corresponden a la carga útil) construido por la Academia de Ciencias de China. DAMPE ha sido bautizado como Wukong (悟空), que literalmente significa ‘rey mono’, en honor del famoso personaje mitología china, pero que al mismo tiempo es un juego de ideogramas que significa ‘conocer el espacio’. El objetivo principal de DAMPE es medir electrones y rayos gamma con alta resolución para poder detectar así la elusiva materia oscura. La mayoría de modelos teóricos preven que la materia oscura está formada por partículas ‘frías’ (o sea, que se mueven a bajas velocidades) y que interaccionan muy poco con la materia normal (partículas WIMPs). De acuerdo con algunos de estos modelos, las partículas de materia oscura podrían ser sus propias antipartículas y por lo tanto resultarían aniquiladas al encontrarse entre sí, emitiendo radiación y otras partículas de ‘materia normal’ en el proceso. Otros modelos sugieren que estas partículas de materia oscura se desintegrarían espontáneamente, también emitiendo partículas que pueden ser detectadas fácilmente desde la órbita terrestre en forma de rayos cósmicos. Así, aunque DAMPE no podrá detectar partículas de materia oscura, sí que en teoría podrá ver los productos de su desintegración.

Observatorio DAMPE (The DAMPE collaboration).

Además, DAMPE podrá detectar supernovas, púlsares y otras fuentes astrofísicas de alta energía. DAMPE incluye cuatro instrumentos: PSD (Plastic Scintillator Strips Detector), STK (Silicon-Tungsten Tracker), BGO (Bismuth Germanium Oxide Calorimeter) y NUD (Neutron Detector). El satélite será capaz de detectar rayos gamma y electrones con energías comprendidas entre 5 GeV y 10 TeV (con una resolución del 1,5% a los 100 GeV), así como rayos cósmicos con energías de 100 GeV a 100 TeV. DAMPE es un proyecto internacional nacido en 2011 que cuenta con la colaboración de Suiza e Italia. Este observatorio se une a otros detectores similares en órbita, como son el AMS-02 y el Calorimetric Electron Telescope, localizados en el exterior de la ISS. Pero a diferencia de estos, DAMPE explorará por primera vez los fotones y partículas en el rango de energías de teraelectrónvoltios (TeV). DAMPE, situado en una órbita polar de 500 kilómetros de altura, tendrá una vida útil de tres años como mínimo.

Detectores de DAMPE (The DAMPE collaboration).

Estructura del detector (The DAMPE collaboration).

Imagen de la carga útil de DAMPE (The DAMPE collaboration).

DAMPE (The DAMPE collaboration).

BEIJING, 23 marzo (Xinhua) — Los cazadores buscan en la oscuridad del universo sin saber cómo luce su presa ni cuándo ni dónde podría aparecer.

Sus mejores claves están ocultas en las cadenas de figuras y diagramas que entran en sus computadoras ubicadas en un edificio blanco que pasa desapercibido en el Observatorio de la Montaña Púrpura en el centro de Nanjing, capital de la provincia de Jiangsu, este de China. Las computadoras están recibiendo datos del Explorador de Partículas de Materia Oscura (DAMPE, por sus siglas en inglés), a 500 kilómetros de distancia en el espacio.

El científico que encabeza el programa DAMPE de China, Chang Jin, describe a la búsqueda de la masa desaparecida del universo al decir que “debe estar allí. Pero no sabemos si seremos lo suficientemente afortunados para atraparla o incluso para saber si se trata de un oso o de un conejo”.

Los científicos creen que sólo cerca de 5 por ciento de la energía oscura del universo conocido está constituido de materia ordinaria –fotones, neutrones y electrones– y que la materia y energía oscuras constituyen el resto.

La materia oscura, como un fantasma en el universo, no emite ni refleja una radiación electromagnética suficiente para ser observada de manera directa, y es uno de los grandes misterios de la ciencia moderna.

La materia oscura, una teoría de los científicos incapaces de entender la masa desaparecida y la luz extrañamente curvada de las galaxias lejanas, es aceptada ampliamente en la comunidad de físicos a pesar de que su existencia nunca ha sido demostrada de forma concreta.

Por lo tanto, comprender la materia oscura nos daría una idea más clara sobre el pasado y futuro de las galaxias y del universo y sería revolucionario para las áreas de la física y de la ciencia espacial, dice Chang.

Comparativa entre DAMPE y otros detectores espaciales de rayos cósmicos y rayos gamma (The DAMPE collaboration).

El universo oculta bien sus secretos y los cazadores necesitan una buena “espada”.

Los científicos comparan al DAMPE, llamado “Wukong” o “Rey Mono”, con una espada que se mueve para alcanzar los restos dejados por el “fantasma” del universo usando el espectro de observación más amplio y el equipo de resolución de energía más alto de cualquier investigación en el mundo.

El satélite fue puesto con éxito en órbita el 17 de diciembre de 2015. Desde el lanzamiento, a Chang le preocupa a diario que sus 76.000 detectores pequeños funcionen apropiadamente, que los datos sean confiables y que la capacidad de almacenaje y de cálculo de la computadora sean suficientes.

DAMPE cuesta apenas una séptima parte del Telescopio Espacial FERMI de la NASA y una veinteava parte del detector de partículas AMS-02 a bordo de la Estación Espacial Internacional.

VISLUMBRAR AL “FANTASMA”

Cuando Chang empezó a trabajar en el Observatorio de la Montaña Púrpura en 1992, optó por especializarse en la observación de electrones de alta energía y en rayos gama porque ningún científico lo había hecho antes.

Sin embargo, eso requería equipo costoso que China no podía costear en la década de los 90. Así que Chang desarrolló un método nuevo y más barato para observar los electrones de alta energía y los rayos gama.

El investigador chino convenció a científicos estadounidenses de que incluyeran su método de observación en el programa ATIC, que liberó un instrumento transportado en un globo sobre la Antártida para medir la energía y la composición de los rayos cósmicos de fines del 2000 a principios del 2001.

El análisis de los datos reveló un excedente inesperado de electrones de alta energía que no podía ser explicado con el modelo estándar del origen de los rayos cósmicos, en el cual los electrones son acelerados en fuentes como restos de supernovas y después propagados a través de la galaxia.

Chang cree que el excedente posiblemente es resultado de la aniquilación de la materia oscura.

En los años siguientes, Chang y sus compañeros mejoraron su equipo y método, y realizaron otras tres observaciones sobre la Antártida.

Chang dedicó cerca de una década al análisis de los datos. Su esposa recuerda cómo entraba casi en trance cuando estaba en casa mientras murmuraba números extraños. Cuando le surgía una idea nueva, corría al laboratorio para escribir un programa para hacer el cálculo.

¿El excedente de los electrones de alta energía eran resultado de la aniquilación de la materia oscura? Los datos de ATIC no podían excluir la interferencia de otros cuerpos celestes. Como el globo está dentro de la atmósfera, las partículas de alta energía chocarían con la atmósfera y causarían bastante “ruido”. Chang estaba convencido de que era necesario enviar una sonda al espacio para hacer una observación más clara.

En 2002, Chang solicitó por primera vez una aplicación para el desarrollo de una sonda espacial de materia oscura, pero no recibió respuesta. Lo intentó de nuevo en 2003 y de nuevo fracasó.

Durante esos años, Chang y su equipo participaron en el desarrollo de cargas científicas en la nave espacial china “Shenzhou” y en las sondas lunares Chang’e y ganaron muchos honores.

El científico siempre perseveró en su búsqueda solitaria de la materia oscura. Llevó a cabo innumerables cálculos y experimentos y modernizó tecnologías detalladas.

En 2008, Chang publicó como primer autor un artículo en la prestigiosa revista “Nature”. En él presentó el descubrimiento del excedente anormal de electrones de alta energía. El descubrimiento fue considerado como uno de los avances de investigación importantes de la física ese año.

Los expertos dicen que de ser confirmada, la observación sería la primera evidencia de aniquilación de partículas de materia oscura descubierta por la humanidad. El hallazgo generó fervor a nivel mundial para detectar materia oscura.

En 2011, China inauguró un programa para desarrollar una serie de satélites científicos, incluido el DAMPE. El sueño de Chang se estaba haciendo realidad.

PROBANDO LA ESPADA

Desde que el explorador DAMPE fue puesto en órbita, los científicos han estado calibrando el satélite con el fin de producir datos más precisos.

“Ahora la carga parece perfecta, pero es insuficiente. Si la calibración resulta bien, las señales que buscamos surgirán de los datos”, afirma Chang.

Wukong está enviando cerca de 20 gigavatios de datos al día. El diseñador del subsistema avanzado de procesamiento de datos DAMPE, Zang Jingjing, dice que todos los datos serán analizados por una computadora especial equipada con 128 CPUs con 10 núcleos.

“Una vez que sean calibrados, los detectores recabarán más datos útiles y eliminarán el ruido en las señales. Eso ahorrará bastante tiempo”, dijo Zang.

“La precisión para detectar la dirección de las partículas que se aproximen puede ser de un centésimo del grosor de un cabello”, ilustró Zang. “Eso indicará de dónde provienen las partículas. Si son de la materia oscura sabremos la ubicación de la misma”.

La muestra del prototipo de las cargas de DAMPE ha sido llevada a CERN, la Organización Europea para Investigación Nuclear, en tres ocasiones para la calibración de rayos, la prueba de una buena “espada”.

MARCANDO EL CAMINO

Fan Yizhong de 38 años de edad es el subjefe de diseño del sistema de aplicación científica de DAMPE. Él y su equipo son responsables de analizar las señales detectadas por DAMPE e identificar si son de materia oscura o de otro fenómeno astronómico interesante.

Cuando presentó la solicitud para un empleo en el observatorio en 2010 se le pidió que se incorporara a la investigación de la materia oscura porque el programa DAMPE estaba bajo deliberación.

Desde entonces ha estado obsesionado con la materia oscura. “Realmente es misteriosa. Lo que me atrae más es que no sabemos prácticamente nada de ella”, comenta Fan.

El investigador está convencido de que el satélite puede hacer algunos hallazgos emocionantes ya sea sobre la materia oscura o sobre otro fenómeno astronómico, lo que conducirá finalmente a atrapar al fantasma del universo.

Satélite chino de materia oscura concluye misión de prueba en órbita

2016-03-21 15:00:32  CRI

La Academia de Ciencias de China (ACCh), dijo el viernes pasado que el primer satélite de detección de materia oscura de China completó tres meses de prueba en órbita, y se espera que los hallazgos iniciales se tengan a fines de este año.

El satélite Explorador de Partículas de Materia Oscura (Dampe) “Wukong” detectó 460 millones de partículas de alta energía en un vuelo de 92 días, y envió de regreso a la Tierra cerca de 2,4 terabytes de datos duros, dijo el científico en jefe de Dampe, Chang Jin.

Lanzado el 17 de diciembre de 2015 en un cohete Gran Marcha 2-D, el “Wukong” fue entregado hoy al Observatorio Montaña Púrpura de la ACCh.

Las cuatro partes principales de la carga –un detector de red centelleante plástico, un detector de red de silicio, un calorímetro BGO y un detector de neutrones– funcionaron satisfactoriamente. El satélite completó la serie total de pruebas, y sus indicadores técnicos alcanzaron o superaron las expectativas.

El “Wukong” fue diseñado para una misión de tres años. Explorará el espacio sin parar en todas direcciones en los dos primeros años y después, en el tercero, se enfocará en áreas donde es más probable observar materia oscura.

El Satélite Explorador de Partículas de la Materia Oscura (DAMPE, por sus siglas en inglés), bautizado “Wukong” por el nombre en chino mandarín del personaje del Rey Mono de la obra clásica china “Viaje al Oeste”, fue lanzado el 17 de diciembre de 2015 a bordo de un cohete Gran Marcha 2-D desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Jiuquan.

Al igual que el Rey Mono, que puede ver a través de los objetos con sus ojos penetrantes, el satélite tiene los detectores más sensibles y precisos, especialmente diseñados para la materia oscura, que comenzaron a trabajar una semana después de que entrara en una órbita sincrónica al sol.

El científico jefe del DAMPE y subdirector del Observatorio de la Montaña Púrpura, Chang Jin, señaló que Wukong ha recogido más de 100 millones de partículas de alta energía, incluidos protones, partículas alfa y de rayos cósmicos y nucleidos.

Los científicos buscarán electrones de alta energía y rayos gamma entre dichas partículas, puesto que podrían ser residuos de la aniquilación o desintegración de materia oscura.

“Ahora la carga parece perfecta, pero no es suficiente. Si la calibración va bien, las señales que buscamos surgirán de entre los datos”, dijo Chang.

La carga tiene cuatro partes principales: un detector de escintiladores en matriz de plástico, un detector de silicio en matriz, un calorímetro BGO y un detector de neutrones. En conjunto comprenden aproximadamente 76.000 detectores menores.

El diseñador jefe de aplicación científica de DAMPE, Wu Jian, explicó que la carga fue diseñada con una precisión muy alta, pero colisionar con rayos cósmicos cambiará el rendimiento de los detectores, por lo que necesitan calibración constante.

Wukong envió unos 20 GB de datos al día. El diseñador del subsistema de procesamiento de datos avanzado de DAMPE, Zang Jingjing, dijo que todos los datos serán analizados por un computador especial equipado con 128 CPU con 10 núcleos.

“Después de la calibración, los detectores recogerán los datos más útiles y eliminarán ruidos de las señales. Eso nos ahorrará mucho tiempo”, dijo Zang.

La materia oscura, que no emite ni refleja radiación electromagnética que pueda ser observada directamente, es uno de los grandes misterios de la ciencia moderna. Explorar la materia oscura podría dar a los científicos una mejor comprensión del pasado y el futuro de las galaxias y el universo, y podría revolucionar los campos de la física y de la ciencia espacial.

Wukong está diseñado para llevar a cabo una misión de tres años, pero los científicos esperan que pueda durar cinco años. Rastreará el espacio sin interrupciones en todas las direcciones durante los dos primeros años y luego se centrará en las áreas en las que sea más probable que se observe la materia oscura. Los resultados iniciales serán publicadas en el segundo semestre de este año.

LISA Pathfinder

Model of the LISA Pathfinder spacecraft

Mission type: Technology demonstrator

Operator: ESA^[1]

Website: sci.esa.int/lisa-pathfinder/

Mission duration: Nominal: 1 year^[1] (with sufficient Cold Gas for mission extension)

Manufacturer: Airbus Defence and Space

Launch mass: 1,910 kg (4,210 lb)^[1]

BOL mass: 480 kg (1,060 lb)^[2]

Dry mass: 810 kg (1,790 lb)

Payload mass: 125 kg (276 lb)

Dimensions: 2.9 m × 2.1 m (9.5 ft × 6.9 ft)

Launch date: 04:04:00 UTC, December 3, 2015^[3][4][5]

Rocket: Vega

Launch site: Kourou ELV

Contractor: Arianespace

Reference system: Sun–Earth L₁

Regime: Lissajous orbit

Periapsis: 500,000 km (310,000 mi)

Apoapsis: 800,000 km (500,000 mi)

Inclination: 60 degrees

Epoch: Planned

Transponders

Band: X band

Bandwidth: 7 kbit/s

Instruments: ~36.7 cm Laser interferometer

LISA Pathfinder o SMART-2 (Small Missions for Advanced Research in Technology) es un satélite de la Agencia Espacial Europea destinado a validar las tecnologías que se utilizarán en la futura misión LISA. El objetivo de LISA es observar ondas gravitacionales mediante un grupo de 3 satélites aplicando técnicas de interferometría láser que requieren mediciones de alta precisión. Concretamente, LISA Pathfinder debe permitir validar los acelerómetros capacitivos, los micro-aceleradores, los compensadores de empuje y los bancos ópticos.

Futuro observatorio de ondas gravitatorias eLISA (ESA).

Objetivos

LISA Pathfinder debe validar el sistema de pilotaje mediante compensación de empuje, el rendimiento esperado del cual es de 10^-14 ms^-2Hz^-1/2 y que no puede ser validado en la Tierra debido a la fuerza de la gravedad. Concretamente los objetivos del satélite LISA Pathfinder son:³

• demostrar que una masa de prueba se puede colocar en caída libre
• validar la operación del interferómetro láser con un espejo en caída libre
• comprobar la fiabilidad respecto al tiempo de los micropropulsores, los láseres y la óptica en un ambiente espacial.

El objetivo de LISA Pathfinder es validar las tecnologías que se usarán en el futuro observatorio de ondas gravitatorias eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna), cuyo lanzamiento está previsto para 2034. Este observatorio usará tres naves en formación para crear un interferómetro láser capaz de detectar ondas gravitatorias de gran longitud de onda que, de acuerdo con la relatividad general, son generadas por todo tipo de fenómenos astronómicos (agujeros negros binarios, supernovas, etc.). Estas ondas todavía no se han detectado directamente y su estudio nos abrirá una nueva ventana al Universo que revolucionará la física, astronomía y cosmología modernas.

Características técnicas

LISA Pathfinder tiene una masa total de 1910 kg, incluyendo el módulo de propulsión con 1100 kg de ergoles líquidos para situar a LISA Pathfinder en su órbita de trabajo y el satélite científico propiamente dicho con una masa de 420 kg. El satélite embarca un único instrumento denominado desarrollado para ESA por parte de un consorcio de países europeos denominado LTP (LISA Technology Package) el cual contiene dos masas de prueba con la forma de cubos de 46 mm de lado y que deben servir a la vez de espejo para el interferómetro y de referencia inercial para el sistema de control de posición. El LTP es un modelo reducido del interferómetro de LISA: mientras que la distancia entre los espejos será de 5 000 000 de kilómetros para LISA, para LISA Pathfinder será solamente de 35 cm. El DFACS es el sistema de control de la posición del satélite y se encarga de la compensación de todas las fuerzas que actúan sobre el satélite que no sean la de la gravedad, como por ejemplo la presión de radiación. Utiliza propulsores de gas desarrollados para la misión GAIA (junto con propulsores coloidales desarrollados por NASA) y mantiene el satélite alrededor de un punto de referencia en caída libre.

Ya está en órbita LISA Pathfinder, el prototipo de detector de ondas gravitatorias (Vega VV06)

La contribución nacional, liderada por el Grupo de Astronomía de Ondas Gravitacionales ⁴ del Instituto de Ciencias del Espacio, crucial para la consecución de los objetivos de la misión, consiste en:

• Sensores térmicos y magnéticos de bajo ruido en la banda de interés (1 a 30 mHz).
• Actuadores térmicos y magnéticos de precisión.
• Monitor de Radiación.
• El ordenador encargado del control del LTP así como de su programación.

Desarrollo de la misión

El satélite será inyectado por el cohete europeo Vega en una órbita baja elíptica de 200 × 1620 kilómetros con una inclinación de 5,3 °. Utilizando sus propios motores, que proporcionarían un delta-V de 3,1 km/s, LISA Pathfinder debe aumentar la altura de su apogeo quince veces y después de 3 semanas escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra y situarse cerca del punto de Lagrange L1 del sistema Sol-Tierra, en una posición casi estable a 1 500 000 kilómetros de la Tierra. El módulo de propulsión es eyectado antes de la llegada a L1. LISA Pathfinder comienza entonces sus operaciones científicas con una duración prevista de 6 meses dibujando una Curva de Lissajous alrededor de L1.⁵

Daniel Marín 3 dic 15

La Agencia Espacial Europea ha lanzado hoy día 3 de diciembre de 2015 a las 04:04 UTC el satélite LISA Pathfinder, un prototipo de detector de ondas gravitatorias que es todo un prodigio de la tecnología moderna. Curiosamente, la fecha del lanzamiento casi coincide con el centenario de la publicación de la relatividad general de Einstein, el marco teórico que dio origen a las ondas gravitatorias. El despegue tuvo lugar desde la rampa ELV de la Guayana Francesa y la misión fue la VV06 (Vol Vega 006). La órbita inicial fue de 205 x 1540 kilómetros de altura y una inclinación de 5,96º. Con esta misión concluye la fase de desarrollo del cohete Vega (VERTA), que ya ha puesto en órbita 16 satélites.

LISA Pathfinder en 2011 durante las pruebas de vacío (ESA).

LISA Pathfinder ha sido construido usando la plataforma PLA937 y tiene forma octogonal, con unas dimensiones de 231 centímetros de diámetros y 96 centímetros de altura. El panel solar tiene una superficie de 2,8 metros cuadrados y es capaz de generar un mínimo de 650 W. Con el módulo de propulsión, construido a partir de la plataforma E2000 y con una masa de 1423 kg, su diámetro es de 2,429 metros y 3,137 metros de altura.

La carga útil

LISA Pathfinder llevará dos módulos de ensayo: el paquete LISA Tecnología (LTP), proporcionado por los institutos y la industria europea, y el Sistema de Reducción de Perturbaciones (DRS), proporcionado por la NASA.

El conjunto del núcleo LISA paquete de tecnología y sensores inerciales

 La LTP representa un brazo del (futuro) LISA interferómetro, en el que la distancia entre las dos masas de prueba se reduce de 5 millones de kilómetros a 35 centímetros. Al igual que en LISA, las masas de prueba cumplen una doble función: sirven como espejos para el interferómetro y como referencia inerciales para el sistema de control sin arrastre. La LTP también contiene los mecanismos para retener y liberar las masas de prueba, para descargar toda la carga se acumule en las masas de prueba o carcasa del electrodo y para inyectar y medir los efectos de las perturbaciones térmicas y magnéticas en el sistema.

 El Sistema de Reducción de Perturbaciones (DRS) es un sistema suministrado por la NASA, lo que contribuye a los objetivos de la misión LISA Pathfinder y utiliza la LTP Europea. La DRS se compone de dos grupos de propulsores coloidales que utilizan gotas ionizados de una solución coloidal acelerado en un campo eléctrico para proporcionar micro-propulsión, y software de control libre de arrastre que reside en un equipo dedicado. El DRS utilizará la información de los sensores de la LTP (masas de prueba posición y actitud) para controlar la actitud de la nave espacial con un software independiente, libre y arrastre y utilizará los propulsores coloidales como actuadores.

LISA Pathfinder tiene como objetivo probar los sensores inerciales, la técnica de interferometría láser y los micropropulsores que empleará eLISA u otros observatorios de ondas gravitatorias similares en el futuro. El núcleo de LISA Pathfinder es el instrumento LTP (LISA Technology Package) con dos pequeños cubos (TM1 y TM2) de 46 milímetros de arista y 1,96 kg cada uno hechos de una aleación de 73% oro y 27% platino. Estas dos masas de prueba flotan separadas entre sí 38 centímetros y en medio se encuentra un banco óptico con un interferómetro capaz de medir la distancia exacta entre ambas con una asombrosa precisión, inferior a 0,01 nanómetros. La fuerza equivalente al peso de una bacteria sobre una de las masas podría desequilibrar todo el experimento.

Una de las masas de LISA Pathfinder (derecha) con el contenedor dotado de electrodos alrededor (izquierda) (ESA).

La luz láser del interferómetro rebota en la superficie de las caras de los dos cubos, uno de los cuales, el denominado máster, se considera la referencia del sistema. La nave debe emplear un avanzado sistema de control y guiado para mantenerse estable en todo momento con respecto a esta masa. De esta forma, si alguna onda gravitatoria pasase a través del sistema causaría la distorsión del espacio-tiempo local y alteraría la distancia entre las masas de forma minúscula, pero detectable por el interferómetro láser. El interferómetro está instalado en un bloque de 20 x 20 centímetros de cerámica Zerodur y cuenta con 22 superficies ópticas para comparar la longitud de dos haces láser, uno que se refleja entre las dos caras de los cubos y otro que recorre el interior del banco óptico.

Interferómetro de LISA Pathfinder (ESA).

Detalle de los caminos ópticos del interferómetro (ESA).

LISA Pathfinder no será capaz de detectar ninguna onda gravitatoria porque la distancia entre los dos cubos es demasiado pequeña, pero el observatorio eLISA usará tres vehículos separados entre sí un millón de kilómetros aproximadamente (es decir, el instrumento LTP de LISA Pathfinder es una versión reducida de uno de los brazos de eLISA). El interferómetro de eLISA tendrá una precisión superior al de LISA Pathfinder y podrá detectar ondas gravitatorias generadas por los sucesos más violentos del Universo.

Camino óptico de los láseres del interferómetro (ESA).

Ondas gravitatorias generadas por distintos fenómenos del Universo (NASA).

Lograr que las dos masas permanezcan fuera de la influencia de aceleraciones externas no es nada sencillo, incluso en el espacio. LISA Pathfinder debe proteger las masas de la presión de radiación solar, el viento solar e incluso de micrometeoros. Además, las masas flotarán dentro de la nave sin contactos mecánicos, interferencias electromagnéticas o térmicas, e incluso se ha tenido en cuenta la débil fuerza gravitatoria entre las masas y el propio satélite. Para compensar estas fuerzas externas, LISA Pathfinder usará tres grupos propulsores a base de nitrógeno con un empuje del orden de micronewtons desarrollados originalmente para el observatorio Gaia. En principio debían haberse usado unos propulsores más avanzados (FEEP), pero el retraso en su desarrollo obligó a su sustitución.

Detalle de uno de los conjuntos de micropropulsores coloidales suministrados por la NASA (ESA).

Comprobar el correcto funcionamiento de estos delicados propulsores es otro de los objetivos primarios de la misión. El satélite deberá llevar a cabo hasta diez de estas micromaniobras cada segundo para mantenerse estable con respecto a la masa máster. Además de este sistema de propulsión de alta precisión, el segundo ‘instrumento’ de LISA Pathfinder es el DRS (Disturbance Reduction System) de la NASA (misión NASA ST7), que también incluye dos conjuntos de micropropulsores del orden de micronewtons. En vez de gas, el DRS de la NASA usará un sistema coloidal consistente en impulsar pequeñas gotas de líquido mediante un campo eléctrico.

LISA Pathfinder incluye un módulo de propulsión que será el encargado de situar el módulo científico -la nave propiamente dicha- en una órbita de halo de 500 000 x 800 000 kilómetros alrededor del punto de Lagrange L1 del sistema Tierra-Sol. La misión de LISA Pathfinder tendrá una duración de 270 días, que incluirá 90 días de viaje hasta L1 y 180 días de operaciones técnicas. Se espera que las masas de prueba, sujetas durante el lanzamiento y viaje a L1, sean liberadas a partir del próximo mes de febrero.

LISA Pathfinder acoplada al módulo de propulsión (ESA).

Maniobras de LISA Pathfinder para llegar a L1 (ESA).

La nave se comunicará con la Tierra entre seis y ocho horas al día usando la antena de 35 metros de Cebreros, España. Los centros de control de la misión serán el ESOC (European Space Operations Centre) de Darmstadt y el ESAC (European Space Astronomy Centre) de Madrid. En esta misión ha participado el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), la Universitat Politècnica de Catalunya y la Universitat Autònoma de Barcelona.

LISA Pathfinder nació en 1998 como ELITE (European LIsa Technology Experiment), un satélite experimental en órbita geoestacionaria. En 2000 esta propuesta evolucionó hasta LISA Pathfinder, que sería aprobada dentro del marco de la segunda misión SMART (Small Missions for Advanced Research in Technology) de la ESA. En principio el lanzamiento estaba previsto para 2010. Por su parte, el observatorio LISA original fue cancelado en 2011 después de que la NASA se retirase del proyecto, de ahí que ahora se le denomine eLISA. eLISA contará con un interferómetro con dos brazos -en vez de los tres de LISA-, de tal modo que las tres naves estén separadas un millón de kilómetros entre sí (un avance considerable con respecto a los 38 cm de LISA Pathfinder). La ESA no descarta que la colaboración internacional permita añadir un tercer brazo interferométrico a eLISA.

Póster de la misión (Arianespace).

 Cohete Vega

El Vega es un pequeño cohete europeo de tres etapas de combustible sólido y una etapa superior de combustible líquido (fabricada en Ucrania). Tiene una longitud de 30 metros y un diámetro máximo de 3 metros, mientras que su masa al lanzamiento es de 139 toneladas. Es capaz de poner hasta 1500 kg en una órbita polar heliosíncrona (SSO) de 700 km de altura, 2500 kg en una órbita baja ecuatorial (LEO) de 200 km o mandar 2000 kg a la ISS.

Cohete Vega (Arianespace).

Configuración de lanzamiento (Arianespace).

LISA Pathfinder antes del lanzamiento:

Inserción en la cofia:

 LISA Pathfinder’s journey from launch to the L1 Sun-Earth Lagrangian point

 3 diciembre 2015

La misión LISA Pathfinder de la ESA despegó esta mañana a bordo de un lanzador Vega desde el Puerto Espacial Europeo en Kourou, Guayana Francesa, comenzando su misión para probar las tecnologías que permitirán detectar ondas gravitatorias en el espacio.

Las ondas gravitatorias son ondulaciones en el tejido espacio-temporal, predichas por Albert Einstein hace un siglo en su teoría general de la relatividad, publicada el 2 de diciembre de 1915.

La teoría de Einstein plantea que estas fluctuaciones de carácter universal estarían generadas por la aceleración de cuerpos masivos. No obstante, sus efectos son tan pequeños que todavía no se han podido detectar de forma directa. Por ejemplo, las ondas emitidas por una pareja de agujeros negros provocarían una elongación menor al tamaño de un átomo en un objeto de un millón de kilómetros de longitud.

LISA Pathfinder probará la tecnología necesaria para detectar las ondas gravitatorias en el espacio. En su interior transporta dos cubos idénticos de una aleación de oro y platino, de 46 milímetros de lado y separados entre sí 38 centímetros, que se mantendrán aislados de todas las fuerzas internas y externas con una única excepción: la gravedad.

El objetivo de la misión es mantener a estos dos cubos en la caída libre más perfecta jamás lograda en el espacio, monitorizando su posición con un nivel de precisión extraordinario. Este experimento sentará las bases de los futuros observatorios espaciales de ondas gravitatorias.

Estas futuras misiones trabajarán de forma conjunta con los observatorios en tierra, que ya están buscando estas elusivas fluctuaciones cósmicas. Los sensores en tierra y en órbita son capaces de detectar distintos tipos de ondas gravitatorias, por lo que la combinación de sus datos permitiría estudiar de una forma completamente diferente algunos de los fenómenos más energéticos del Universo.

LISA Pathfinder en órbita baja

El lanzador Vega despegó a las 04:04 GMT (05:04 CET). Unos siete minutos más tarde la etapa superior se encendió por primera vez para situar a LISA Pathfinder en una órbita baja, que se estabilizó con un segundo encendido una hora y cuarenta minutos después del despegue.

El satélite se separó de la etapa superior del lanzador a las 05:49 GMT (06:49 CET). El equipo del centro de operaciones de la ESA en Darmstadt, Alemania, tomó el control de LISA Pathfinder instantes después.

A lo largo de las próximas dos semanas, el satélite utilizará sus propios medios de propulsión para elevar el punto más alto de su órbita con una serie de seis encendidos.

El último encendido impulsará al satélite hacia su órbita operacional en torno a un punto virtual del espacio conocido como L1, situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en dirección al Sol.

LISA Pathfinder in space

7 junio 2016

La misión LISA Pathfinder de la ESA ya ha demostrado la tecnología necesaria para construir un observatorio de ondas gravitatorias en el espacio. Ésa ha sido la conclusión extraída de la presentación de resultados de la misión celebrada en el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC). La demostración de la tecnología necesaria para una futura misión de detección de ondas gravitatorias desde el espacio ha sido un éxito y, en palabras de Favio Favata, jefe de la Oficina de Coordinación del Directorado de Ciencia de la ESA, Europa entra en un campo nuevo, innovador y muy avanzado.

Tras solo dos meses de operaciones científicas, los resultados muestran que los dos cubos alojados en la nave se encuentran en caída libre, bajo la influencia exclusiva de la gravedad y sin someterse a otras fuerzas externas, con una precisión más de cinco veces mayor de lo exigido inicialmente.

En un artículo publicado hoy en Physical Review Letters, el equipo de LISA Pathfinder demuestra que las masas de prueba son prácticamente inmóviles una respecto de la otra, con una aceleración inferior a una diez millonésima de mil millonésima de la gravedad terrestre.

La demostración de las tecnologías clave de la misión abre la puerta al desarrollo de un gran observatorio espacial, capaz de detectar ondas gravitatorias procedentes de una gran variedad de objetos exóticos en el Universo.

LISA Pathfinder performance

Predichas por Albert Einstein hace un siglo, las ondas gravitatorias son ondulaciones en el tejido espacio-temporal que se mueven a la velocidad de la luz y que está causadas por la aceleración de objetos masivos.

Pueden ser generadas, por ejemplo, por supernovas, fuentes binarias de estrellas de neutrones girando unas alrededor de las otras, y parejas de agujeros negros emergentes.

No obstante, incluso partiendo de estos potentísimos objetos, en el momento de llegar a la tierra estas fluctuaciones espacio-temporales prácticamente han desaparecido, reduciéndose a menos de una cienmillonésima de billonésima parte.

Es necesario disponer de tecnologías muy avanzadas para registrar estos minúsculos cambios, por lo que las ondas gravitatorias no fueron detectadas de forma directa por primera vez hasta septiembre de 2015, cuando fueron captadas por el Observatorio de interferometría láser de ondas gravitatorias (LIGO).

Durante este experimento se vio la señal característica de dos agujeros negros, cada uno con una masa unas 30 veces mayor a la del Sol, girando mientras se acercaban durante los 0,3 segundos finales antes de unirse para formar un único objeto más masivo.

Las señales detectadas por LIGO tienen una frecuencia de unos 100 Hz, pero las ondas gravitatorias se extienden por un espectro mucho mayor. En particular, las oscilaciones de frecuencia más baja están asociadas a eventos aún más exóticos, como la fusión de agujeros negros supermasivos.

Con masas hasta miles de millones de veces mayores a la del Sol, estos agujeros negros gigantes se encuentran en el centro de galaxias masivas. Cuando dos galaxias colisionan, estos agujeros negros acaban por confluir, expulsando grandes cantidades de energía en forma de ondas gravitatorias a lo largo del proceso, alcanzando máximos en los úl