Lanzamiento del observatorio espacial Gaia (VS06)

La agencia europea del espacio (ESA) ha lanzado hoy día 19 de diciembre a las 09:12 UTC el observatorio espacial Gaia, uno de los proyectos científicos más ambiciosos de los últimos años. Gaia es un auténtico explorador galáctico que estudiará mil millones de estrellas de la Vía Láctea, un arqueólogo espacial que reconstruirá la historia de nuestra Galaxia. En definitiva, una máquina de descubrimientos que revolucionará la astronomía en las próximas décadas. Gaia ha sido puesto en órbita mediante un cohete Soyuz ST-B (Soyuz ST-B/Fregat-MT) lanzado desde la rampa del Complejo de Lanzamiento del Soyuz (ELS, Ensemble de Lancement Soyouz) situada en Sinnamary, dentro del Centro Espacial de la Guayana Francesa. Esta ha sido la misión VS06 (Vol Soyouz 06) de Arianespace.

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Gaia, la máquina de descubrimientos astronómicos  (ESA).

El objetivo principal de este observatorio espacial es determinar el color, la distancia y la velocidad de los objetos astronómicos de la Vía Láctea mediante paralaje, lo que permitirá crear un mapa tridimensional de la Galaxia con una exactitud sin precedentes. Medirá la posición en el cielo de los astros con una precisión exquisita y gracias al movimiento de la Tierra alrededor del Sol podrá determinar su distancia por paralaje. Gaia observará mil millones de estrellas -el 1% de las estrellas de la galaxia (!)- con una magnitud visual de hasta 20-22. También logrará determinar la distancia precisa de gran cantidad de estrellas variables de tipo cefeida, un elemento fundamental para calibrar la escala de distancias en todo el universo.

Además se espera que Gaia sea capaz de descubrir siete mil planetas extrasolares (!) mediante astrometría, velocidad radial o el método del tránsito. También medirá con precisión la órbita de doscientos mil asteroides y descubrirá cientos de miles de nuevos cuerpos menores del Sistema Solar (cometas, asteroides y objetos del Cinturón de Kuiper). Pero eso no es todo. Se cree que podrá descubrir decenas de miles de enanas marrones y enanas blancas, unas veinte mil supernovas y cientos de miles de cuásares.

Para llevar a cabo todo esto Gaia tendrá una precisión apabullante a la hora de medir la posición de las estrellas. Nada más y nada menos que 24 microsegundos de arco, lo que resulta equivalente a poder determinar el grosor de un cabello humano desde mil kilómetros de distancia. Gracias a Gaia seremos capaces de conocer la distancia de las estrellas más cercanas con una precisión del 0,001%.

Gaia estará situado en una órbita de halo alrededor del punto L2 del sistema Tierra-Sol y escaneará el cielo mediante dos telescopios. Para lograrlo girará continuamente alrededor de su eje cuatro veces por día. Cada telescopio tiene un espejo principal de 1,7 x 0,7 metros y un campo de visión de 0,32º cuadrados, con una distancia focal de 35 metros. La óptica de Gaia tiene diez espejos y lentes. Cada telescopio tiene tres espejos propios, mientras que el resto son comunes. Los telescopios observan regiones del cielo separadas 106,5º entre sí. Ambos telescopios funcionan como uno solo y dirigen la luz a una cámara dotada de 106 sensores CCD con un total de mil millones de píxeles. Con un área de 0,38 metros cuadrados, se trata del mayor sensor CCD jamás lanzado al espacio.

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Sistema óptico de Gaia, con los distintos conjuntos de espejos situados en el toroide de carburo de silicio. La cámara CCD se aprecia abajo (ESA).
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Uno de los dos espejos primarios (ESA).
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Toroide de carburo de silicio de la óptica (EADS Astrium).

A medida que el satélite va rotando, la luz de las distintas estrellas atraviesa todo el plano focal con los 106 CCDs. Los sensores CCD están agrupados en cuatro secciones de distinta extensión, divididos en tres ‘instrumentos’ principales. Catorce CCDs se encargan de realizar un mapa del cielo, mientras que unos 63 se usarán para medidas astrométricas. Otros 14 se emplearán para determinar el color de los astros (7 de ellos realizarán mediciones fotométricas en la parte roja del espectro y los otros en azul, cubriendo en total las longitudes de onda de 330 nm a 1000 nm). Doce CCDs restantes se encargarán de medir la velocidad de los astros mediante espectroscopía observando en las longitudes de onda de 847-874 nm.

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Los 106 sensores CCD de la cámara de Gaia con mil millones de píxeles. Es la cámara digital más grande jamás lanzada al espacio (ESA).
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Plano focal de Gaia con los 106 CCDs divididos en tres instrumentos (ESA).

Vídeo del funcionamiento de la cámara de Gaia:

[youtube]http://youtu.be/bbfb8VhH7L0[/youtube]

El observatorio será capaz de observar todo el cielo cada seis meses. Durante su misión primaria de cinco años, observará cada fuente astronómica unas 70 veces. Dentro de una semana Gaia alcanzará su órbita de halo en L2 y la calibración de instrumentos durará entre 3 y 4 meses.

El primer catálogo de Gaia será publicado en octubre de 2015, pero el catálogo definitivo no estará listo hasta 2022-2023. Gaia superará con creces los resultados del observatorio Hipparcos de la ESA, lanzado en 1989. Los datos de Hipparcos se usaron en su momento para crear el Catálogo Hipparcos con las posiciones de 120000 estrellas y, posteriormente, el Catálogo Tycho, con 2,5 millones de estrellas. Como vemos, estas cifras palidecen ante la magnitud del futuro catálogo de Gaia.

Gaia fue seleccionada en 2000 como una de las misiones de clase Cornerstone de la ESA (actualmente misiones de tipo L). El diseño preliminar fue definido en junio de 2007 y el definitivo en 2010. Originalmente debía haberse lanzado en 2011-2012 mediante un Ariane 5.

La nave

Gaia es un satélite de 2030 kg (con 400 kg de combustible) construida por EADS Astrium para la ESA. Está formada por dos secciones, el módulo de carga de 710 kg y el de servicio de 920 kg. El módulo de carga contiene los telescopios y los tres instrumentos científicos integrados en la cámara. El sistema óptico está instalado en un toroide de carburo de silicio, un material increíblemente resistente y estable que garantiza la gran precisión que necesita Gaia. El módulo de servicio incluye la aviónica, el sistema de propulsión y los paneles solares. Gaia tiene una altura de 4,4 metros y un diámetro de 3,8 metros. Está dotado de un parasol desplegable que ayudará a mantener una temperatura constante de -110º C para la carga útil. Los paneles solares situados en la parte trasera y en el parasol pueden generar 2300 W. Gaia incluye tres instrumentos principales, que en realidad son distintos grupos de CCDs integrados en la misma cámara: Astro (para astrometría), BP/RP (fotómetros en luz azul y roja) y RVS (espectrómetro de velocidad radial). Para alcanzar la precisión requerida por la misión, Gaia estará estabilizado en tres ejes e incluye ocho micropropulsores con un empuje de un micronewton para el control de posición alimentados por 60 kg de gas.

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Elementos de Gaia (ESA).
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Uno de los diseños casi definitivos de Gaia (ESA).

Gaia se comunicará con la Tierra una media de ocho horas al día usando las estaciones de la ESA de Cebreros (España) y New Norcia (Australia). Con la cantidad de datos generados al final de la misión se podrán llenar doscientos mil DVDs, por lo que no es de extrañar que la gestión, almacenamiento y procesado de datos sea uno de los puntos más importantes de la misión.

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Limites observacionales de Gaia comparada con Hipparcos (ESA).

Vídeo en español sobre la misión Gaia:

[youtube]http://youtu.be/agd35PvQw5g[/youtube]

Soyuz ST-B

El Soyuz ST-B (372RN21B) es una versión ligeramente modificada del Soyuz-2-1B (14A14). Se trata de un cohete de tres etapas (más la etapa superior Fregat-M o Fregat-MT) basado en el Soyuz-U/Soyuz-FG fabricado por la empresa TsSKB Progress de Samara (Rusia) con capacidad para situar 3240 kg en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde la Guayana Francesa (o 1,7 toneladas lanzado desde Baikonur). Emplea queroseno (T1) y oxígeno líquido (LOX) en sus tres primeras etapas y combustibles hipergólicos en la cuarta fase Fregat. Tiene una masa de 312 toneladas al lanzamiento, una longitud de 46,3 metros y 10,3 metros de diámetro máximo.

A diferencia del Soyuz-U o el Soyuz-FG, el Soyuz-2-1B incorpora una nueva aviónica digital y una cofia agrandada para lanzar cargas más voluminosas con la etapa Fregat-M o MT (la cofia estándar mide 4,1 x 11,4 metros). El Soyuz-2-1B se basa a su vez en el Soyuz-2-1A, incorporando una tercera etapa con un motor RD-0124 en vez del RD-0110 de las otras versiones, lo que le permite aumentar su carga útil en más de una tonelada. Entre las pequeñas modificaciones añadidas al Soyuz ST-B con respecto al Soyuz-2-1B de serie se encuentra la introducción de orificios que permiten la entrada de agua en las dos primeras etapas para acelerar su hundimiento una vez caen al océano Atlántico.

La primera etapa está formada por cuatro bloques aceleradores (Bloques B, V, G y D) de 19,60 x 2,68 m y 44,413 toneladas al lanzamiento (3784 kg en seco) equipados con motores RD-107A (14D22) de cuatro cámaras y dos vernier (derivados de los RD-107 del R-7) con 35 kN de empuje. La carga de combustible incluye 27900 kg de oxígeno líquido y de 11260 kg queroseno. Cada RD-107A tiene un empuje de 838,5-1021,3 kN y un impulso específico de 263,3-320,2 s. Esta etapa funciona durante 118 segundos. Cada bloque lateral incluye una aleta aerodinámica estabilizadora que se instala cuando el lanzador está situado en la rampa.

La segunda etapa o etapa central (Bloque A), de 27,10 x 2,95 m y 99,765 toneladas al lanzamiento (6545 kg en seco), emplea un RD-108A (14D21, derivado del RD-108) con cuatro vernier de 35 kN. Este motor tiene un empuje de 792,48-990,18 kN y un Isp de  257,7-320,6 s. Funciona durante 286 segundos y carga 63800 kg de oxígeno líquido y 26300 de queroseno.

La tercera etapa (Bloque I), de 6,70 x 2,66 m y 27,755 toneladas (2355 kg en seco), usa un RD-0124, con un empuje de 297,9 kN y 359 s. Funciona durante 270 segundos. Carga 17800 kg de oxígeno líquido y 7600 kg de queroseno.

La etapa superior Fregat-MT (S5.92) está fabricada por NPO Lávochkin y usa propergoles hipergólicos (UDMH y tetróxido de nitrógeno). Tiene una masa inerte de 950 kg y una masa total de 980-1050 kg (dependiendo de la misión) y unas dimensiones de 1,50 x 3,35 m. Usa seis tanques esféricos que rodean la estructura central, cuatro para los propergoles y dos para la aviónica. Emplea un motor S5.98M de  331 segundos de Isp y dos modos de empuje (19.85 kN y 14 kN) que puede encenderse repetidamente (hasta 20 veces o 900 segundos en total). Para las maniobras de giro emplea 4 propulsores de hidrazina de 50 N de empuje. La etapa Fregat se ha empleado con los Soyuz-FG, Soyuz-U, Soyuz-2 y Zenit-3F (modificada). En el futuro se espera usarla con el Angará-A3.

La cofia (modelo ST) tiene una masa de 1700 kg, un diámetro de 4,11 metros y una longitud de 11,433 metros. Rodea a la etapa Fregat durante el despegue.

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Configuración de lanzamiento (EADS Astrium).
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Fases del lanzamiento (Arianespace).
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Encendidos de la etapa Fregat (Arianespace/Lavochkin).
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Gaia durante su integración. Se aprecia el módulo de la cámara (EADS Astrium).
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Prueba del despliegue del parasol (ESA).
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Parasol de Gaia (ESA).
VS06 Soyuz with GAIA, Launch
Lanzamiento (ESA).
Vídeo del lanzamiento:
[youtube]http://youtu.be/WKh4552E3co[/youtube]


34 Comentarios

  1. Una pregunta, alguien sabe por que la mania de estos tiempos modernos de tapar con la cofia las etapas elevadoras en vez de ir al fresco? Lo mismo pasa con el cohete atlas, lleva la centaur metida en la cofia.

    1. Hasta donde se, es por facilitar la refrigeración (o estabilización de la temperatura) no solo por estar físicamente cubierta si no poder incluir más elementos aislantes o de climatización activa. Esto no lo sé, pero es probable que la carga y la última etapa compartan así algún sistema.

    1. Esa es una duda que tengo, y no entendí. Me pareció que podría extenderse un año y no conozco o comprendo cuál es el factor limitante que impide una mayor vida útil. (¿el combustible de a bordo?)

  2. Bueno, al fin se lanzó, creía que no llegaría nunca el día, tantos años hace desde que se se empezó a definir la misión. Hay que congratularse de que el lanzamiento y la puesta en marcha de la nave hayan ido sin contratiempo.

    No me quiero ni imaginar la cantidad de descubrimientos que hará Gaia gracias a su astrometría de altísima precisión.

    En cuanto a los ccd’s dedicados a la fotometría, en rojo y azul, ¿sabes si trabajan en bandas Sloan (‘g’ y ‘r’ respectivamente) o con otra especificación?

    1. Si mal no recuerdo, incialmente tenía la capacidad astrométrica como para detectar otras tierras, mediante interferometría. Luego se redujo el objetivo, para no hacerla imposible, cambionde de técnica y se mantuvo el nombre, aunque sin continuar con el acrónimo (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics)

    2. Eso te pasa Petrolo porque no sabes idiomas. En euskara GAIA quiere decir sustancia o fundamento. Y esta misión tiene precísamente mucha sustancia(muchísimos datos a analizar) y fundamento(se esperam resultados fundamentales para la astronomia).

        1. A mi no me lo parece pero aunque lo fuera sólo hay que ver como, los americanos mayormente, fuerzan los nombres de los satélites y demás aparatos espaciales para que el acrónimo nos recuerde algo que tiene que ver con la labor del subsodicho.

    3. No veo qué tenga de místico Gaia. En todo caso mitológico, que no es lo mismo, y también científico (hipótesis Gaia, que es lo que más le sonará a la gente). De todas formas, lo más lógico habría sido un nombre relativo a la Vía Láctea, como Hera, por ejemplo.

    4. Yo me pregunto que tendrá que ver la Mistica con un nombre?
      Es mas preciso hablar de creencias populares modernas o del new age, respecto a «gaia». La mistica es otra cosa.

      1. Son solo nombres, está bueno que le pongan un nombre que signifique algo, ya sea en la mitología o en lo que sea, pero a mi entender, el nombre es superfluo, enfoquémonos en la misión la cual promete revolucionar el conocimiento del cosmos.
        Excelente post Daniel, gracias.

    5. No sufras tanto, aparte de la parafernalia mística y el «personaje» de Asimov, Gaia es una palabra en griego antiguo que significa «tierra». Disfrutemos y aprendamos de sus resultados.

  3. Gaia rules!! Acojonante esta misión. Se acaba de convertir en mi favorita de todas las que hay ahí fuera.
    Me veo siendo un viejete y explorando nuestra galaxia desde el sofá, al estilo del mapa estelar que sale en Prometheus, mostrando la composición, el tamaño, la masa, la edad, vamos todas las variables de las estrellas, sus exoplanetas (con su composición, tamaño, masa, edad, bichejos típicos, exolunas (con su composición, tamaño, masa, edad, bichejos típicos…) …

    Qué bonito es soñar y qué lento pasa el tiempo. Ahora entiendo a Sheldon Cooper cuando dice que su objetivo es extraer la mente de su efímero cuerpo humano y tratar de vivir eternamente en una máquina.

  4. Ojojojo! pedazo regalo de fin de año el de gaia esperemos que todo salga perfecto, no creo que pueda imaginar la de descubrimientos que se haran con sus camaras si a comparacion del hubble que hace un gran trabajo, aunque por lo que tengo entendido no tiene mas que 2 megapixeles de resolucion (igual me equivoco) esto va a ser capaz de ver el universo como nunca antes lo hemos visto.
    desde mi ignorancia mucha suerte a la mision esperamos grandes descubrimientos de ella 😀

    1. no, no que pavada que pones.
      Gaia es un observatorio espacial con dos telescopios y un total de 106 CCDs of 4500 × 1966 píxeles. O sea más de 900Megapixels de definición!! La mayor cámara espacial y terrestre que existe (el telescopio Subaru japonés también anda en 900megapixeles).
      Esta es una misión, que no me vengan con un poner un rover simbólico en la Luna por parte de China.
      ESTO ES CIENCIA PURA. Y en 5 años tendremos mapas estelares más detallados que nunca

  5. Y ese mapa 3D con esas mil millones de estrellas, ¿será de nuestro vecindario galáctico o lejos en una zona de la Vía Láctea donde tardaremos eones en llegar? Es decir, que si es un mapa de nuestro brazo galáctico, por ejemplo.

    Saludetes!!

  6. Impresionantes la capacidades de GAIA. Si todo va bien y puede desarrollar el 100% de su capacidad, el espejo del Hubble todavía está en la memoria, puede ser la misión científica más importante de los próximos años.

    Una cosa Danie, no aparece el dato del coste total de la misión en el artículo. Sería muy interesante saberlo para compararlo con otras misiones y llorar cuando seguramente veámos que en España se gasta más en futbol en un año de lo que ha costado esta auténtica maravilla de la humanidad.

    1. Me has recordado algo que leí hace un tiempo y se hacía una comparación parecida. Según un bloguero de cuyo nombre no me acuerdo, el gasto de un año de LFP española superaba el presupuesto anual del programa espacial ruso. Estaría bien poder contrastar el dato. Desde luego, de ser cierto es como para llorar.

  7. Me pregunto, si los dos telescopios enfocan a la misma cámara, cómo se hace para separar la señal de cada uno, dudo que se superpongan ambas imágenes y la única manera que se me ocurre es la de en donde se superponen los trayectos (M4) bloquear alternativamente la de uno u otro, cómo se consigue ‘bloquear’ un espejo? (desplazándolo o ‘apantallando’ con una ‘tapa’ no lo veo ni práctico ni seguro con el tiempo)

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 19 diciembre, 2013
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Astronomía • ESA • Estrellas • General • Sondasespaciales