Solar Probe: sobrevolando el Sol

Hace poco hablábamos de Intergeliozond, una sonda rusa para observar el Sol desde 14 millones de kilómetros. Pero si esto nos parece poco, existe un proyecto mucho más ambicioso de la NASA para mandar una sonda a…poco más de seis millones de km de la superficie del Sol!. El proyecto se llama Solar Probe Plus (Solar Probe+) y se puede decir que es la primera misión que estudiará directamente la atmósfera (corona) de una estrella. El objetivo principal de la misión es entender de una vez por todas los mecanismos de transferencia energética entré la superficie visible del Sol (fotosfera) y la corona, mecanismos causantes de que la temperatura de esta última sea mucho más elevada (2000000 K frente a 6000 K).

En un principio, Solar Probe debía alcanzar una distancia mínima de sólo dos millones de km (!), pero posteriormente la misión fue rediseñada y se decidió imponer un objetivo menos ambicioso. Según la primera versión de la misión, se debería emplear un escudo térmico (TPS, Thermal Protection System) consistente en un gran escudo de carbono-carbono de 2,7 metros de diámetro. La forma del escudo debía ser en un principio elíptica, aunque pronto se decidió cambiarla por una estructura cónica. En la base de este cono iría instalado un escudo térmico secundario y a la sombra de ambos estará la sonda propiamente dicha. Según el estudio preliminar no se podrían usar paneles solares -quedarían literalmente fritos a esa distancia del Sol-, por lo que se sugirió emplear tres generadores de radioisótopos MMRTGs (Multi-Mission Radioisotope Generators). Además, los RTGs permitirían generar electricidad a la distancia de Júpiter, ya que la sonda debía haber realizado un sobrevuelo con el planeta gigante para reducir su perihelio.


Primera versión de la misión de finales de los años 90 (NASA).



Versión posterior con un enorme TPS para sobrevuelos de la corona a sólo dos millones de km (NASA).


Configuración de la sonda a la sombra del TPS (NASA).


En la primera versión de la misión, la nave debía realizar un sobrevuelo de Júpiter para reducir su perihelio drásticamente (NASA).

Más adelante, en 2008, el diseño se volvió a cambiar en vista de la complejidad tecnológica que presentaban unos requisitos tan exigentes. Según la nueva versión -denominada ahora Solar Probe Plus (Solar Probe +), aunque los objetivos fueran más modestos-, la nave tendrá una masa de 481 kg y de acuerdo con el plan inicial, debía ser lanzada en mayo-junio de 2015 mediante un cohete Atlas V 551 y una tercera etapa Star-48BV. Realizaría el primer perihelio a una distancia de 35 radios solares tres meses después del lanzamiento, aunque el primer perihelio cercano se efectuaría a 9,5 radios solares (6,6 millones de km) en octubre de 2021. Esta versión de la misión podrá emplear paneles solares, por lo cual iría equipada con dos juegos de los mismos. Los paneles principales -basados en los usados con la sonda MESSENGER- se replegarían durante los perihelios y la responsabilidad de producción energética pasará a un pequeño par de paneles situados en el escudo térmico. El TPS sería también de carbono-carbono y 2,7 m de diámetro rodeado por una capa de cerámica, aunque más simple que el diseño original. El coste de la misión se estima en 739,5 millones de dólares y estará a cargo del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL).



Verisón definitiva de Solar Probe+ (NASA).


Datos de la nave (NASA).


Configuración dentro de la cofia del Atlas V 551 con la tercera etapa STAR-48 (NASA).



Segundo par de paneles solares para los perihelios junto con los radiadores (6) (NASA).


Durante los perihelios, las antenas y paneles solares principales se retraen en la sombra del escudo térmico (NASA).

Durante la misión se deberán llevar a cabo al menos 24 perihelios en 6,9 años, 19 de ellos a menos de 20 radios solares, y, al igual que Intergeliozond, Solar Probe usará la gravedad de Venus para realizar varias maniobras de asistencia gravitatoria -hasta siete- y disminuir su perihelio. Para controlar la orientación de la nave, Solar Probe llevará dos impulsores de 4,4 N y doce de 0,9 N a base de hidracina, así como tres sensores estelares.


Trayectoria de la sonda (NASA).


Variación de la distancia al Sol en cada órbita (en Unidades Astronómicas)(NASA).

Los instrumentos -con una masa total de 47 kg- principales serán:

  • FIA (Fast Ion Analyzer): detector de protones y partículas alfa (50 eV – 20 keV), un campo de visión de 10º y una resolución temporal de 0,1 s en 2D y 3 s en 3D.
  • FAST (Fast Electron Analyzer): detector de electrones (1 eV – 5 keV) con la misma resolución temporal que el FIA.
  • ICA (Ion Composition Analyzer): detector de iones (100 eV/Q – 60 keV/Q) de helio, carbono, oxígeno, magnesio, silicio y hierro. 10 s de resolución temporal para He/O y 60 s para iones pesados.
  • EPI (Energy Particle Instrument): detector de flujos de partículas energéticas: iones (0,02-100 MeV/nucleón) y electrones (0,03-3 MeV).
  • MAG (Magnetometer): magnetómetro (10 nT – 8 G) con 20 muestreos/segundo.
  • PWI (Plasma Wave Instrument): detector de ondas de plasma en dos canales (10 Hz – 10 MHz y 10 Hz – 80 kHz) con una resolución temporal de 5-30 s.
  • NGS (Neutron/Gamma-ray Spectrometer): espectrómetro de neutrones, rayos X duros y rayos gamma (0-20 MeV). 10 s de resolución temporal.
  • CD (Coronal Dust Detector): detector de flujo y espectro de masas del polvo interplanetario (partículas de 1 femtogramo-1 microgramo). 10-30 s de resolución temporal.
  • HI (Hemispheric Imager): cámara para obtener imágenes del disco solar (160º FOV) en el visible con una resolución temporal de 1-10 s.

En julio de este año la misión Solar Probe+ ha sido aprobada para pasar a la Fase A de su diseño, es decir, ya se puede decir que es una sonda real y no un simple proyecto. La fecha de lanzamiento se ha pospuesto hasta 2018, aunque no se descarta lanzarla en 2015 si el presupuesto es el adecuado. Su diseño también ha evolucionado ligeramente, pues se ha eliminado el segundo par de paneles solares auxiliares y el escudo ya no es circular. Si la misión es finalmente aprobada, la Humanidad podrá finalmente estudiar la atmósfera de una estrella de forma directa.




Solar Probe+ según el último diseño (NASA).


Sobrevuelos del Sol a distintas distancias (NASA).



8 Comentarios

  1. Hay forma de evitar que una llamarada solar devore al solar probe? o a una distancia mayor a los 6 radios solares solo van en línea recta?

    Otra duda, esos escudos de oro de la película Sunshine podrían funcionar o solo son inventos? de funcionar, por su temperatura de ebullición tal vez tendrían que ser aleaciones.

    Saludos.

  2. A la distancia de la Solar Probe+, el peligro de las fulguraciones es que las partículas energéticas puedan dejar fritos los sistemas electrónicos.

    En cuanto al escudo de Sunshine, es más bien fantasía. Lo mejor para un escudo térmico son materiales cerámicos, de carbono o de ablación.

    Saludos.

  3. Tengo dos dudas.

    Recientemente lei sobre unos paneles nuevos experimentales que conseguian 40.60% de rendimiento, pero el problema es que necesitaban estar bajo(creo recordar) 300 soles. ¿tambien serian las condiciones demasiado duras incluso para estos?

    La segunda, es porque no se puede hacer pasar un fluido por el escudo termico, que se caliente, despues extraer esa energia en una turbina, y finalmente refrigerar el fluido en una parte de la sonda permanentemente a la sombra, para devolverlo al escudo¿demasiado complejo?

  4. Con respecto al primer punto, la verdad es que no te sé decir. Habría que hacer los cálculos para ver si servirían en una misión así.

    Y con respecto al segundo, pues sí, me temo que es un tema demasiado complejo. Mejor usar sistemas pasivos sin partes móviles.

    Saludos.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 23 julio, 2010
Categoría(s): ✓ Astronáutica • NASA • Sol • sondasesp