El Desarrollo de la Óptica Espacial en España Una visión breve de la instrumentación óptica en las misiones espaciales españolas Tomás Belenguer LINES, Área de Instrumentación Óptica Espacial, INTA RESUMEN Las misiones espaciales de la ESA Astrofísicas. Planetarias. Las misiones espaciales en las que participa el INTA Los retos en instrumentación óptica La infraestructura de INTA para la investigación espacial II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 2 Las Misiones Espaciales en Función del espectro Las misiones espaciales de la ESA cubren todo el espectro electromagnético La óptica y la instrumentación se ven potenciadas por la necesidad de explorar el Universo. La industria Nacional y las OPIs se han desarrollado eficazmente entorno en las misiones espaciales. La instrumentación óptica es especifica en cada sector: Industrial, Militar, Espacial II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 3 Las Misiones en las que interviene el INTA La participación en las misiones espaciales: necesidad de un equipo multidisciplinar (opticos, mecanicos, termicos, electronicos, software, etc…) II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 4 Las Misiones en las que interviene el INTA MiniSat 01 Nanosat 01 Nanosat 1B Optos Misiones INTA Rosseta SoPHI Imax Ingenio/Seosat Sistema Solar Meiga-Metnet RAMAn Dreams-Exomars 2016 Sentinel-3 Misiones Planetarias Integral Miri/JWST SPICA ASIM Misiones Astrofísicas OWLS Instrum. Miniaturizada Experiencia en Órbita GAIA Hitos Tecnológicos II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 5 Misiones INTA: MINISAT -01 El primer satélite científico español 1997- Actual. Operativo Primer satélite totalmente concebido en España, bajo la dirección del INTA. Primer satélite lanzado al espacio desde territorio de la Unión Europea. Tres instrumentos Científicos : • LEGRI (INTA-UV-RAL) – Detector de rayos Gamma basado en nuevas tecnologías de Ioduro de Mercurio • EURD (INTA-UCB) – Espectrógrafo para medir la radiación difusa en el rango ultravioleta extremo. • CPLM (INTA-ETSIA) – Dispositivo para estudiar el comportamiento de puentes líquidos en microgravedad Una Experiencia Tecnológica: • ETRV – Estudio del Comportamiento en órbita de un nuevo regulador de velocidad para el despliegue de grandes reflectores y mástiles II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 6 Misiones INTA: NANOSAT- 01 El Primer Nanosatélite español en órbita 2004 - Actual. Operativo Demostrador Tecnológico El Nanosat, con menos de 20 kilos de peso, lleva a bordo cuatro experimentos, con los que el INTA pretende demostrar el uso de varias tecnologías nuevas (Micro-Nanotecnología. Comunicaciones Opticas Intrastélite. Sensores Magnéticos). Experimentos: • Sensor AMR • Magnetómetro de Efecto Faraday • Sensor Solar de Silicio poroso • 2 experimentos de Comunicaciones Ópticas Inalámbricas II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 7 Misiones INTA: NANOSAT- 1B Segundo Nanosatélite español en órbita 2009 - Actual. Operativo Demostrador Tecnológico CARGA ÚTIL • LDT, Las Dos Torres (Detector de protones de alta energía) •Sensores: de Magneto-Impedancia y de dósis acumulada de radiación - RadFET II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 8 Misiones INTA: Nanosatélite OPTOS Pequeño Satélite 2013 - Actual. Operativo Demostrador Tecnológico Experimentos en los campos de aplicación: Magnetismo, Óptica y Radiación Carga Útil compuesta por: 1. APIS: cámara sin control térmico activo capaz de tomar imágenes pancromáticas con una resolución de 200 m, en un rango de temperaturas de ±20º C. 2. ODM: medidor de dosis total acumulada, basado en sensores RadFET, que permite conocer la radiación a la que está sometida la electrónica que conforma diferentes partes del satélite. 3. GMR: permite validar en vuelo un diseño de sensor magnético en el rango de 100 μT, basado en el uso de magneto-resistencias gigantes. 4. FIBOS: sensor de temperatura basado en el uso de redes de Bragg grabadas en el núcleo de una fibra óptica. Utilización de Tecnología OWLS (Optical Wireless Links for intra Spacecraft Communications) para las comunicaciones InternasAño Internacional de la Luz, 27 Nov 2015 9 II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 Misiones INTA: Nanosatélite OPTOS La Cámara APIS y los desarrollos tecnológicos Optos (Athermalized Panchromatic Imaging System, APIS) Camara de Observación de la Tierra. Incluye un dtector CMOS no calificado para espacio Se pretende estudiar la degradación de los vidrios en el espacio Incorpora un sistema de atermalización pasivo 12:46:54 Triplet Meniscus Lenses 6 7 4 5 9 1 2 3 8 11 10 1213 14 Focal Plane Detector Window Aperture Stop 4.24 MM APIS Camera,T=20 ;P=760 Scale: 5.90 ORA 20-Feb-08 La Pupila de Entrada es real para evitar la radiación difusa del instrumento. II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 10 Desarrollos tecnologías INTA: Caracterización de materiales ópticos Análisis de la pérdida de prestaciones ópticas de vidrios y recubrimientos ópticos sometidos a simulación de ambiente espacial. Parametrización y Modelización del comportamiento de estos materiales en ambiente espacial. Creación de una Base de Datos de materiales ópticos para uso en diferentes misiones espaciales. Simulación Ambiente Espacial Desgasificación Vacío y Ciclado térmico RadiaciónNecesidadUV especifica de la tecnología de Radiación gamma Protones óptica espacial Materiales ópticos Masivos (7): FK51, LF5, SFL57, CaF2 (VIS), Sílice Fundida, BK7, Clear Ceram Recubrimientos (6): TiO2 (evaporado y Sol-Gel), SiO2, Antirreflejante, Filtro interferencial, Espejo Caracterización Óptica Transmisión Índice de refracción complejo Rugosidad superficial WFE II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 11 Misiones INTA: Nanosatélite OPTOS EL instrumento FIBOS Optos (FIBER BRAGG GRATINGS AS OPTICAL SENSORS DEVICES ,FIBOS) Temperature Sensor Based on a Bragg Grating de (UPV, Dpto de Estructuras y Materiales INTA) Retos tecnológicos: Caificación de un Laser para aplicaciones espaciales Generación de matrices de control de corriente para asegurar su comportamiento II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 12 Sistema Solar: Misión ROSSETA 2 de marzo 2004 - fin 2015 2014 -Salida de la hibernación La misión Rosetta tiene como Objeto el estudio de los cuerpos primitivos del sistema Solar. Encuentro hacia el cometa 67P Churyumov-Garasimenko para el estudio “in situ” de su coma y núcleo. Visita de los asteroides 2867 Steins y 21 Lutetia. La sonda consta de orbitador y el lander Philae. La instrumentación científica del orbitador está compuesta por 11 instrumentos entre ellos OSIRIS, los ojos de la misión. El instrumento OSIRIS, compuesto por dos cámaras de alta resolución, es el encargado de tomar las imágenes de los asteroides así como del núcleo del cometa a lo largo de toda la misión, RESPONSABILIDAD INTA • RUEDAS DE FILTROS DE LAS CÁMARAS DE CAMPO ANCHO (WAC) y DE ÁNGULO ESTRECHO (NAC) que componen la carga útil del instrumento • TARJETAS ELECTRÓNICAS DE POTENCIA Y CONTROL – PCM, CRBs II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 13 Sistema Solar: Misión ROSSETA 2 de marzo 2004 - fin 2015 2014 -Salida de la hibernación En julio de 2015, los grupos científicos presentaron en la revista Science los resultados de los estudios: •Presencia de compuestos orgánicos considerados precursores de la vida, que intervienen en la formación de aminoácidos esenciales o de bases nucleicas en la superficie del cometa. •Se encontraron, específicamente, 16 compuestos orgánicos, entre los que destacan acetamida, isocianato de metilo, propanal y acetona. •Es la primera vez que se detectan estos compuestos en un cometa. Instrumentos de Philae http://www.elmundo.es/ciencia/2015/09/15/55f853d9ca4741cf488b45dd.html II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 14 Sistema Solar: SUNRISE - Telescopio Solar 2009- 1º vuelo 2013 – 2º Vuelo • La misión SUNRISE consistió en un globo estratosférico con un telescopio solar de 1 m de apertura a bordo. Se lanzó con éxito el 8 de junio de 2009 desde el Ártico, dentro del Programa de la NASA, Long Duration Balloon Program. Duración del vuelo 5 días y 17 horas Principal objetivo científico: Estudio de los campos magnéticos solares con alta resolución espacial (100km en la superficie solar) RESPONSABILIDAD INTA DISEÑO ÓPTICO, DISEÑO OPTOMECÁNICO Y EL CONTROL TÉRMICO Instrumento IMaX – Es un Magnetógrafo solar diseñado y construido por el INTA, IAA-CSIC y la UV Objetivo: Estudiar el campo magnético solar. Distribución del campo magnético en el sol con imágenes de altísima resolución. II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 15 Sistema Solar: IMaX Demostrador tecnológico para futuras misiones Espaciales IMAX, (Imaging Magnetograph Experiment, an instrument for SUNRISE) Solar observation system, IAC, INTA, IAA, GACE, UPM. Challenges: Phase Diversity Ghost Images Espejos dobladores Ethalon control (High voltage) 12:30:55 Optical quality Thermal control of ROCLIS and Filter ROCLIs M3 M2 F4 M1 Etalon Prefilter Phase Diversity Beamsplitter CCDs Soporte Roclis 67.57 MM XZ Positions: 1-2 IMaX Final Optical Design Scale: 0.37 CPS 24-Nov-06 II Congreso de Ingeniería Espacial 2017 16 Sistema Solar: SOLAR ORBITER SO/PHI y METIS Lanz. Prev.2018 RESPONSABILIDAD INTA Instrumento SO/PHI - Solar Orbiter Polarimetric and Helioseismic Imager OBJETIVO: Medición del campo magnético vectorial y de los flujos de velocidad del sol. Proporcionará el contexto magnético que precisan los otros instrumentos a bordo. SO/PHI es el instrumento que más recursos necesita de la misión. CONTRIBUCIONES “CLAVE” ESPAÑOLAS METIS/SOLAR ORBITER Utilizará también la Tecnología basada en LCVRs OBJETIVOS CIENTÍFICOS Know-how tecnológico: