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

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 (ESA).
LISA Pathfinder (ESA).

LISA Pathfinder

LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna Pathfinder) es un prototipo de detector de ondas gravitatorias de 1910 kg (483 kg del módulo científico) construido por Airbus Defence and Space para la ESA. 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.

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

Partes de LISA Pathfinder (ESA).
Partes de LISA Pathfinder (ESA).

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 de elec
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).
Interferómetro de LISA Pathfinder (ESA).
Camino óptico de los láseres del interferómetro (ESA).
Camino óptico de los láseres del interferómetro (ESA).
Detalle de los caminos ópticos del interferómetro (ESA).
Detalle de los caminos ópticos del interferómetro (ESA).
Interferómetro de LISA Pathfinder (ESA).
Interferómetro de LISA Pathfinder (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.

Ondas gravitatorias generadas por distintos fenómenos del Universo (NASA).
Ondas gravitatorias generadas por distintos fenómenos del Universo (NASA).
Futuro observatorio de ondas gravitatorias eLISA (ESA).
Futuro observatorio de ondas gravitatorias eLISA (ESA).

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.

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.

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

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).
LISA Pathfinder acoplada al módulo de propulsión (ESA).
Maniobras de LISA Pathfinder para llegar a L1 (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).
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.

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Cohete Vega (Arianespace).
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Etapas del Vega (Arianespace).

La primera etapa P80-FW o P80 tiene 87.732 kg de combustible sólido HTPB 1912 y funciona durante 110 segundos antes de desprenderse a una altura de 55 km. Tiene unas dimensiones de 11,20 x 3,00 metros y una masa de 95,796 toneladas. Desarrolla un empuje al vacío de 3015 kN y de 2261 kN a novel del mar, con un impulso específico (Isp) de 279,5 segundos. Está construida en fibra de carbono monolítica CFRP y su diámetro es similar a los impulsores sólidos del Ariane 5.

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Primera etapa del Vega (Arianespace).

La segunda etapa Z23-FW o Z23 (Zefiro 23) incluye 23.820 kg de combustible sólido HTPB 1912 y funciona durante 77 segundos. Sus dimensiones son de 1,90 x 8,39 metros y su masa es de 25,751 toneladas. Tiene un empuje de 1120 kN y un Isp de 289 segundos. La tobera de la segunda etapa, al igual que la de la primera, puede moverse hasta 6,5º para el control de guiñada y cabeceo.

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Segunda etapa (Arianespace).

La tercera etapa Z9 (Zefiro 9) posee 10.570 kg de combustible y funciona durante 119 segundos. Sus dimensiones son de 1,90 x 4,12 metros y su masa es de 10,948 toneladas. Tiene un empuje de 317 kN y un Isp de 294 segundos. La tobera de la tercera etapa puede moverse 6º. Las tres primeras etapas usan el combustible sólido HTPB 1912 como combustible y se derivan del motor Zefiro 16, probado con éxito a finales de los años 90. El control de la trayectoria se logra mediante el giro de la tobera en dos ejes empleando un sistema de actuadores eléctricos.

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Tercera etapa del Vega (Arianespace).

La etapa superior AVUM (Altitude and Vernier Upper Module) incluye el sistema de control de vuelo y puede funcionar hasta 317 segundos. Emplea 577 kg de combustibles hipergólicos (UDMH y tetróxido de nitrógeno) distribuidos en cuatro tanques y su masa en seco es de 418 kg. Sus dimensiones son de 2,18 x 2,04 metros. Emplea un motor RD-869 diseñado por KB Yuzhnoe (Ucrania), con un empuje de 2,45 kN y un Isp de 315,2 segundos. El control de actitud se logra mediante dos conjuntos de propulsores de hidrazina de 50 N de empuje. La aviónica del cohete Vega se encuentra en la etapa AVUM. El motor RD-869 es capaz de encenderse un máximo de cinco veces. La cofia tiene un tamaño de 2,60 x 7,88 metros y una masa de 490 kg. EADS CASA Espacio (Airbus D&S) de España fabrica el adaptador de la carga útil.

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Etapa superior AVUM (Arianespace).

El programa Vega (Vettore Europeo di Generazione Avanzata) nació a finales de los años 80 como un proyecto de la Agencia Espacial Italiana (ASI) destinado a suceder al cohete Scout norteamericano. En 1998 pasó a ser un programa de la ESA y fue aprobado en noviembre de 2000, dando comienzo de manera oficial el 15 de diciembre de 2001. Al igual que ocurre con los lanzamientos del Ariane 5 o el Soyuz-ST, la empresa Arianespace es la encargada de gestionar los lanzamientos comerciales de este cohete. El Vega usa la rampa de lanzamiento SLV (Site de Lancement Vega) del centro espacial de Kourou, construida originalmente para los Ariane 1 y 3, y denominada anteriormente como ELA1.

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Rampa del Vega (Arianespace).

La SLV está situada a 1 km de distancia de la rampa ELA-3 del Ariane 5 e incluye una torre de servicio móvil de 50 metros de altura que se desplaza mediante unos railes que poseen una longitud de 80 metros. El cohete se integra en vertical en la misma rampa y la carga útil se une una semana antes del lanzamiento aproximadamente. La torre se retira varias horas antes del despegue. El Centro de Control de Lanzamiento (CDL) se encuentra en el mismo edificio que el control del Ariane 5, a 1,3 km de la rampa. Italia ha participado con un 65% en el desarrollo del Vega, mientras que Francia aporta un 15%, España un 6% y Bélgica un 5,63%. El resto de países contribuyentes son: Holanda (2,75-3,5%), Suecia (0,80%) y Suiza (1,34%). La primera etapa P80 ha sido construida por Francia (66%), Bélgica (19%), Italia (9,3%) y Holanda (4,5%).

Fases del lanzamiento (Arianespace).
Fases del lanzamiento (Arianespace).
Fases del lanzamiento (Arianespace).
Fases del lanzamiento (Arianespace).
Configuración de lanzamiento (Arianespace).
Configuración de lanzamiento (Arianespace).

LISA Pathfinder antes del lanzamiento:

LISA_Pathfinder_in_acoustic_test_facility_during_set-up

Carga de combustible:

VV06 Pose Lisa Pathfinder sur Dolly S5C Sud, le 10/10/2015

 

Pose CU1 sur bati avant remplissage

Remplissage CU1 VV06 au S5B le 04-11-2015

Remplissage CU1 VV06 au S5B le 04-11-2015

Inserción en la cofia:

Pose logos VV06 au S5C le 12-11-2015

Pose logos VV06 au S5C le 12-11-2015

LISA PATHFINDER ASSEMBLAGE FAIRING

LISA PATHFINDER ASSEMBLAGE FAIRING

LISA PATHFINDER ASSEMBLAGE FAIRING

Traslado de la primera etapa a la rampa:

VV06 Transfert P80 en ZLV, le 25/09/2015

VV06 Transfert P80 en ZLV, le 25/09/2015

VV06 Transfert P80 en ZLV, le 25/09/2015

Integración del lanzador:

VV06 Transfert et hissage Avum en ZLV

VV06 Erection Zefiro 9 en ZLV, le 19/10/2015

VV06 Erection Zefiro 9 en ZLV, le 19/10/2015

VV06 Erection Zefiro 9 en ZLV, le 19/10/2015

Pose AVUM sur lanceur VV06 en ZLV le 23-10-2015

Pose AVUM sur lanceur VV06 en ZLV le 23-10-2015

Pose AVUM sur lanceur VV06 en ZLV le 23-10-2015

Integración de la carga útil:

VV06 Erection coiffe en ZLV le 18/11/2015

VV06 Erection coiffe en ZLV le 18/11/2015

VV06 Erection coiffe en ZLV le 18/11/2015

VV06 Erection coiffe en ZLV le 18/11/2015

Pose PAC sur lanceur VV06 en ZLV le 19-11-2015

LISA PATHFINDER POSE DU PAC SUR LANCEUR

El cohete en la rampa y lanzamiento:

Vega_VV06_carrying_LISA_Pathfinder_ready_for_launch8ESAStephaneCorvaja2015 Vega_VV06_carrying_LISA_Pathfinder_ready_for_launch6ESAStephaneCorvaja2015 Liftoff_of_Vega_VV06_carrying_LISA_Pathfinder3ESAStephaneCorvaja2015

Vídeos sobre la misión:

Animación del lanzamiento:

Vídeo del lanzamiento:



32 Comentarios

  1. Este proyecto es un ejemplo mas de lo que el ser humano es capaz. Mucha gente piensa que invertir dinero en este tipo de actuaciones es un despilfarro viendo como esta el mundo. Pero creo que aquellos que pueden, tienen que asumir la responsabilidad de este tipo, por el futuro de nuestra especie.
    Es como un instinto colonizador intrínseco a la vida del que no podemos pasar.
    Muy buen artículo. Gr acias

  2. Hola Daniel, comentas que mediante el giro de los motores de las 3 primeras etapas se controla el cabeceo y la guiñanda, ¿como controlan la rotación en esas etapas?

  3. Una misión que pasará desapercibida para el gran público pero que, al mirar la tecnología que hay detrás, me deja alucinado. Hasta la luz del sol es una molestia. ¡Buena suerte!

    1. No, los modos b son señales microondas polarizadas, pruebas INDIRECTAS de ondas gravitacionales primordiales.

      Lo que busca LISA son pruebas DIRECTAS de ondas gravitacionales NO primordiales (generadas por otros eventos cosmicos), nada que ver con modos b, microondas o algo así

  4. estaré atento a este satélite, algún día re-entrara en la atmósfera y ahí estaré yo, para recoger esos 4 kg de oro. :P. Parece ciencia ficción la tecnología de este satélite.

      1. Gerardo, no hay ningun punto en el Universo, y menos en un Sistema planetario como el nuestroen el que no haya gravedad y mucho menos microgravedad y además las aceleraciones tambien son equivalentes a gravedad. Dicho esto, personalmente esta misión me parece una entelequia y cualquier medida estará siempre oscurecida por la duda de su veracidad(es decir que corresponda con ondas gravitacionales).
        Hace un año la medida de ondas gravitacionales primordiales fué publicada y desmentida en unos meses después; la maravillosa precisión de los GPS y medida de posicion de los detectores fué otro fiasco en la detección de neutrinos superlumínicos.
        Ya veremos…

  5. Hola, Dani.

    Una duda de una analfabeta funcional en la materia: en el párrafo en que hablas de la etapa superior AVUM, comentas que «El control de actitud se logra mediante dos conjuntos de propulsores de hidrazina de 50 N de empuje», ¿no será el control de altitud?

    Saludos cordiales de alguien que, invariablemente, termina con la boca abierta al leer todas y cada una de tus entradas desde que recientemente descubrió tu blog.

    Marian.

  6. Cada vez que anuncian el lanzamiento de un aparato, sea tripulado o no, siento el estómago apretado pensando en los pocos fracasos, deseando que el lanzamiento sea exitoso.

    Mi pregunta es por la causa de esa aleación oro-platino. ¿Es por conductividad, por durabilidad, o por qué?

  7. Buenas,
    efectivamente, de las misiones que cada semana vais desgranando esta me parece de las más flipantes y complicadas de entender para los profanos. Por el volumen documental de la misma, también veo cierta querencia por vuestra parte. Un saludo

  8. Impresionante articulo, como siempre.
    Te leo desde hace tiempo pero no soy de comentar. En este caso resulta que trabaje para la mision bastante tiempo y me impresiona aun mas que seas capaz de entender y explicar la mision a ese nivel sin estar implicado en ella directamente, yo no lo habria conseguido.
    Un par de datos a preguntas anteriores:
    – (Gabriela) la aleacion de oro y platino de las masas se eligio por su alta densidad (se mide el ruido de aceleracion, que ante una fuerza externa dada sera menor cuanta mas masa tengan) y por sus propiedades magneticas neutras, para minimizar la reaccion a campos magneticos externos (planetarios y del satelite).
    – (Carlos T) no se van a detectar ondas gravitacionales: faltan 9 ordenes de magnitud de sensibilidad y otro detector independiente (como el segundo brazo de LISA).

  9. Esto ha pasado muy de puntillas y sin apenas hacer ruido.A mi me parece impresionante y si se piensa friamente parece que roza la cienca ficcion.Felicidades a la ESA y es que no tengo palabras ante semejante proyecto.Que burrada.Esto viene a demostrarnos por enesima vez en los ultimos 10-15 años que los cientificos, ingenieros y demas de todas las agencias van adelantados varias decadas anuestros simios de politicos.Ver interferometro laser y agujero negro en la misma frase pone los pelos de punta ante semejante reto tecnologico.No parece de esta epoca.Espectacular.No hay palabras.2034 no me parece tan tardio.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 3 diciembre, 2015
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Cosmología • ESA • Lanzamientos