Lanzamiento del satélite NuSTAR (Pegasus-XL)

Por Daniel Marín, el 13 junio, 2012. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Lanzamientos • NASA • sondasesp ✎ 3

La empresa Orbital Sciences Corporation ha lanzado hoy miércoles 13 de junio de 2012 a las 16:00 UTC un cohete Pegasus-XL (vehículo M48 «Dalton») desde el avión Lockheed L-1011 «Stargazer» mientras sobrevolaba el océano Pacífico. La carga era el observatorio espacial de rayos X NuSTAR de la NASA. El avión L-1011 despegó desde la base militar Ronald Reagan para pruebas de defensa de misiles balísticos, situada en el atolón de Kwajalein. Éste ha sido el 41º lanzamiento de un cohete Pegasus y el 31º de un Pegasus-XL. La órbita inicial fue de 632,8 x 626,9 kilómetros con 6,024º de inclinación.

Emblema de NuSTAR (NASA).

NuSTAR

NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) o SMEX 11 es un pequeño telescopio de rayos X de la NASA que forma parte del programa SMEX (Small Explorer) de misiones de bajo coste. Tiene una masa de 350 kg y estará situado en una órbita de 575 x 600 kilómetros de altura y 6º de inclinación. Su vida útil, limitada por la altura orbital, se estima en siete años, aunque la misión primaria durará solamente dos años. Sus dimensiones son de 1,2 x 2,2 metros al lanzamiento y 1,2 x 10,9 metros una vez en el espacio. Los paneles solares pueden generar 729 W de potencia. NuSTAR usa la plataforma LEOStar-2 de Orbital, con unas dimensiones de 1,0 x 1,1 x 0,5 metros. La misión ha salido por unos 170 millones de dólares.

NuSTAR (NASA).
Partes de NuSTAR (configuración de lanzamiento) (NASA).

A diferencia de otros observatorios espaciales de rayos X más caros y complejos -como XMM Newton o Chandra-, NuSTAR será capaz de detectar rayos X muy energéticos, en el rango de energías 6-79 keV. Hasta ahora, la mayor parte de telescopios de rayos X solamente alcanzaban los 15 keV. Por lo tanto, los objetivos de NuSTAR serán los sucesos más energéticos del Universo, provocados por agujeros negros, restos de supernovas, cuásares, estrellas de neutrones, etc.

NuSTAR está equipado con dos telescopios de rayos X de incidencia rasante con un diseño estándar Wolter-I (similar al usado en el XMM Newton de la ESA). Los telescopios tienen una longitud de 0,45 metros, un radio de 0,191 metros y una distancia focal de 10 metros. Debido a su alto poder de penetración, los rayos X no pueden ser reflejados mediante espejos convencionales, así que para poder enfocarlos hacia los instrumentos se emplean dos conjuntos de 133 paraboloides e hiperboloides concéntricos de 0,2 milímetros de espesor cada uno. Los rayos X inciden primero de forma casi paralela sobre las superficies parabólicas y luego son reflejados hacia las superficies hiperbólicas situadas detrás, las cuales consiguen enfocar los rayos X en los instrumentos. El alto número de superficies concéntricas -133- frente a las solo cuatro empleadas por el telescopio Chandra se debe a la necesidad de aumentar la superficie útil del telescopio para los rayos X más energéticos y, con ella, su sensibilidad.

Esquema del telescopio de rayos X de incidencia rasante XMM Newton (NASA).

La óptica de uno de los dos telescopios de NuSTAR (NASA).


Comparación entre la sensibilidad energética de NuSTAR y otros telescopios de rayos X (NASA).


Simulación de cómo verá el centro galáctico NuSTAR (abajo) comparado con el telescopio de rayos gamma Integral (NASA).

Tan importante es la forma de los «espejos» como el material con el que están recubiertos. Otros telescopios de rayos X como XMM Newton o Chandra han empleado platino, oro o iridio para mejorar la reflectividad de las superficies. Sin embargo, estos materiales absorben los rayos X más energéticos, así que no podían ser usados en esta misión. NuSTAR emplea sin embargo un sistema multicapa con 200 pares de capas, cada una de ellas con un material denso (tungsteno o platino) y otro poco denso (silicio o carbono) que crean la reflectividad necesaria en todo el rango energético.

Para lograr un diseño compacto al lanzamiento que sea compatible con la elevada focal de un telescopio de rayos X, NuSTAR usa un mástil desplegable construido por ATK-Goleta basado en el empleado por las antenas de radar de la misión de cartografía radar (SRTM) llevada a cabo durante la STS-99 Endeavour en el año 2000. Para asegurar la correcta alineación entre el mástil y los instrumentos, NuSTAR usará dos láseres que miden la desviación de los telescopios. El despliegue tendrá lugar una semana después del lanzamiento y durará 25 minutos.

Mástil en posición plegada (NASA).

El instrumento principal de NuSTAR está formado por dos detectores de rayos X situados en el foco de cada telescopio. Cada uno consta de 32 x 32 píxeles de cadmio-zinc-teluro (CdZnTe o CZT). Las señales de los dos detectores se combinarán en Tierra para formar una única imagen. Con el fin de evitar que los rayos cósmicos o los rayos X que no procedan de los telescopios puedan llegar a los detectores, éstos están rodeados por un escudo de ioduro de cesio. Los detectores tienen un campo de visión de 13×13 minutos de arco, una resolución angular de 50 segundos de arco y una resolución espectral de 600 eV a 6 keV y 1,2 keV a 60 keV.

Detectores de NuSTAR (NASA).
Escudo de los detectores (NASA).

En un principio, NuSTAR debía haber tenido tres telescopios en vez de dos, pero se decidió reducir el número de unidades para evitar una posible cancelación. De hecho, entre febrero de 2006 y septiembre de 2007 la misión estuvo congelada esperando una cancelación definitiva. La fecha original del lanzamiento era 2011. El telescopio GEMS, otra misión parecida del programa SMEX, no ha tenido tanta suerte y fue cancelada el mes pasado.

Pegasus-XL

El Pegasus-XL es un cohete de tres etapas de combustible sólido lanzado desde un avión Lockheed L-1011 TriStar. Puede situar hasta 475 kg en LEO o 175 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El cohete tiene una masa de 23,269 toneladas al lanzamiento y unas dimensiones de 16,9 x 1,3 metros, con una envergadura alar de 6,7 metros.

La primera etapa, Orion-50SXL, tiene 10,3 metros de largo y 1,3 metros de diámetro, con un empuje de 726 kN. La segunda etapa, Orion-50XL, tiene unas dimensiones de 4,2 x 1,3 metros y un empuje de 196 kN. La tercera etapa, Orion-38, mide 1,3 x 0,97 metros y genera un empuje de 36 kN. El combustible de todas las etapas es HTPB y todas ellas han sido fabricadas por ATK.

El Pegasus-XL puede ser lanzado desde casi cualquier lugar del mundo usando el avión Lockheed L-1011 TriStar. En concreto, el TriStar usado para lanzar el Pegasus-XL en la mayoría de misiones ha sido el N140SC «Stargazer». El 21 de abril de 1997 un Pegasus-XL puso en órbita el satélite español Minisat-01 después de despegar del aeropuerto de Gando, en Gran Canaria. Éste ha sido el cuarto lanzamiento de un Pegasus-XL desde el atolón de Kwajalein ( 8º 43′ N, 167º 44′ E), el atolón de coral más grande del mundo y donde actualmente se encuentra el Ronald Reagan Ballistic Missile Defense Test Site. No obstante, sobre el papel Kwajalein pertenece a la República de las Islas Marshall. Para esta misión, la integración del cohete y la preparación de la carga útil tuvieron lugar en la Base Aérea de Vandenberg, California.

Cohete Pegasus-XL (NASA).
Lanzamiento de un Pegasus-XL desde el Stargazer (NASA).
Atolón de Kwajalein (NASA).

Fases del lanzamiento

– T-1 hora: despegue del «Stargazer» una hora antes del lanzamiento.
– T- 5 segundos: suelta del Pegasus-XL desde la panza del avión a 11,9 kilómetros de altura y 0,92 Mach de velocidad.
– T-0 s: encendido de la primera etapa.
– T+ 76 s: apagado de la primera etapa y separación de la primera etapa a 53 km de altura.
– T+ 128,3 s: separación de la cofia a 113 km.
– T+ 164,8 s: separación de la segunda etapa a 177 km de altura.
– T+ 546 s: ignición de la tercera etapa a 637 km.
– T+ 614 s: apagado de la tercera etapa y separación de la carga útil a 646 km.

Fases del lanzamiento (NASA).
Integración del cohete en Vandenberg (NASA).
Integración del satélite (NASA).


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