Lanzamiento del observatorio espacial europeo Solar Orbiter

Por Daniel Marín, el 10 febrero, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • ESA • Sol ✎ 97

Europa ya tiene en el espacio un flamante observatorio espacial para estudiar el Sol de cerca. La nave Solar Orbiter fue lanzada a las 04:03 UTC del 1o de febrero de 2020 mediante un Atlas V 411 de la empresa ULA (United Launch Alliance) desde la rampa SLC-40 de la Base Aérea de Cabo Cañaveral (Florida) en la misión AV-087. Esta ha sido la sexta vez que se emplea la versión 411, con un único cohete de combustible sólido y capaz de colocar 12 030 kg en órbita baja. Solar Orbiter se separó después de 59 minutos tras el despegue y dos encendidos de la segunda etapa Centaur. La nave está ahora situada en una órbita solar que pasará cerca de Venus el 26 de diciembre de 2020 para comenzar una serie de maniobras gravitatorias con este planeta que le permitirán observar el Sol en detalle desde tan solo 42 millones de kilómetros.

Solar Orbiter (ESA).

Solar Orbiter (SolO) es una nave de 1800 kg construida por Airbus Defence and Space —contratista principal— para la Agencia Espacial Europa (ESA). Es la primera sonda destinada a observar el Sol en alta resolución a poca distancia —a un mínimo de 42 millones de kilómetros— y que, al mismo tiempo, podrá ver las regiones polares de nuestra estrella gracias a su órbita inclinada (un máximo de 35º con respecto a la eclíptica). Los objetivos principales de la misión son el estudio de la actividad solar y la evolución del ciclo solar, así como analizar los mecanismos de formación del viento solar. Para ello, Solar Orbiter lleva diez instrumentos científicos.

Lanzamiento de Solar Orbiter (ULA).
Elementos de Solar Orbiter (ESA).

Al estar tan cerca del Sol, Solar Orbiter podrá observar su superficie en alta resolución con seis instrumentos a la vez que analiza las partículas del viento solar y el campo magnético de la heliosfera con otros cuatro instrumentos. La distancia mínima de 42 millones de kilómetros es un compromiso entre varios objetivos con requisitos contradictorios de la misión. Acercarse mucho al Sol es un proceso energéticamente muy costoso (es decir, requiere maniobras de mucha Delta-V) y, de hecho, no hay ningún lanzador en servicio que pueda situar a Solar Orbiter en su órbita definitiva. Por eso, la nave empleará una serie de maniobras de asistencia gravitatoria con Venus para reducir la distancia al Sol en el perihelio y, de paso, aumentar la inclinación de la órbita progresivamente con el objetivo de poder contemplar las regiones polares del Sol.

Maniobras de asistencia gravitatoria con Venus y órbitas de Solar Orbiter (NASA).
Detalle de los cambios de distancia e inclinación de la órbita de Solar Orbiter (ESA).
Detalle de las órbitas de Solar Orbiter (ESA).

La sonda Parker Solar Probe (PSP) de la NASA, que en estos momentos está estudiando el Sol, ha empleado la misma técnica para aproximarse a nuestra estrella. De hecho, lejos de competir entre sí, PSP y Solar Orbiter son misiones altamente complementarias. Mientras que PSP se dedica a «saborear» y «oler» los campos magnéticos y las partículas emitidas por el Sol a una distancia de apenas 6,2 millones de kilómetros, Solar Orbiter podrá hacer lo mismo a mayor distancia y, además, será capaz de ver el Sol (PSP no lleva cámaras para contemplar la superficie del Sol). Además, la órbita de PSP está prácticamente en el ecuador del Sol, mientras que la de Solar Orbiter es bastante inclinada. En cualquier caso, Solar Orbiter cuenta con una importante colaboración de la NASA y ambas misiones forman parte del programa conjunto GHO (Great Heliophysics Observatory).

Sinergias entre Solar Orbiter y Parker Solar Probe (ESA).

Los diez instrumentos de Solar Orbiter tienen una masa de 209 kg y se dividen en dos grupos: uno para el estudio de las partículas del viento solar y el campo magnético —instrumentos in situ—, y otro grupo que observará la superficie del Sol y la corona en el longitudes de onda del visible, ultravioleta y rayos X —instrumentos remotos—. El primer grupo está formado por los instrumentos EPD (Energetic Particle Detector), un magnetómetro (Mag), RPW (Radio and Plasma Waves) y SWA (Solar Wind Plasma Analyser). Vale la pena destacar que el investigador principal de EPD es el español Javier Rodríguez Pacheco (Universidad de Alcalá, Madrid). Los instrumentos de observación remota son EUI (Extreme Ultraviolet Imager, una cámara ultravioleta), METIS (un cornógrafo), PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager), SoloHI (Heliospheric Imager), SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) y STIX (un telescopio/espectrómetro de rayos X). Los instrumentos in situ estarán operativos en mayo, justo antes del primer paso por el perihelio, que tendrá lugar en julio de 2020 a una distancia de 77 millones de kilómetros. El conjunto de diez instrumentos estará operativo a partir de noviembre de 2021.

Instrumentos de Solar Orbiter (ESA).
Partes de la nave (ESA).
Otra vista de los instrumentos (ESA).

Para alcanzar la órbita científica, Solar Orbiter realizará cinco sobrevuelos de Venus durante la misión primaria, que durará hasta diciembre de 2026. En este tiempo llevará a cabo 22 vueltas alrededor del Sol. El primer paso cercano del Sol se producirá en febrero de 2021, a una distancia inferior a los 75 millones de kilómetros. En octubre de 2022 veremos el primer paso por el perihelio a menos de 45 millones de kilómetros. En 2025 la órbita de Solar Orbiter tendrá una inclinación de 17º, pero irá aumentando hasta superar los 33º en 2029 (suponiendo que sobreviva a la misión primaria, claro está). Solar Orbiter captará datos con los instrumentos in situ en cualquier punto de su órbita, pero solo usará los instrumentos remotos en tres ventanas de observación de diez días de duración cada una alrededor del perihelio.

Recreación de Solar Orbiter durante un sobrevuelo de Venus (ESA).
Distribución del tiempo de observación de los instrumentos en cada órbita (ESA).

Uno de los mayores desafíos de la misión es la transmisión de datos, que se llevará a cabo a una velocidad de entre 2 y 27 gigabits por día. A la distancia que se encontrará la sonda, esta tarea dista de ser sencilla. Por eso, la nave incorpora un ordenador que procesará parcialmente los datos —especialmente las imágenes— antes de enviarlos a la Tierra, una técnica novedosa en una misión de este tipo. De no ser por este «truco», Solar Orbiter solo podría mandar una fracción de los datos previstos. En las comunicaciones de espacio profundo se usará la red ESTRACK de la ESA. Las sesiones de envío de datos durarán ocho horas y en ellas se empleará la antena de 35 metros de la ESA de Malargüe (Argentina), mientras que las antenas de New Norcia (Australia) y Cebreros (Madrid) funcionarán como reserva. El centro de operaciones de la misión estará situado en el centro ESOC de Darmstadt (Alemania), mientras que el centro de operaciones científicas (SOC) está en el centro ESAC de Villanueva de la Cañada (Madrid).

Contribuciones de los diversos países de la ESA a la misión (ESA).
Solar Orbiter antes del lanzamiento con el escudo térmico a la izquierda (ESA).

El otro desafío al que debe hacer frente la sonda es el control de la temperatura. Aunque las condiciones de Solar Orbiter no son tan exigentes como las de la Parker Solar Probe, la nave deberá soportar temperaturas de entre -200 ºC y 520 ºC. Por eso incorpora un escudo térmico de 3,1 x 2,4 metros que mantendrá apuntado al Sol. Este escudo, de 40 centímetros de espesor, dispondrá de varias aperturas para los instrumentos científicos y tendrá una parte exterior cubierta por un material desarrollado exclusivamente para la misión denominado SolarBlack. A base de de fosfato de calcio, SolarBlack fue diseñado originalmente para su uso en prótesis óseas y sus propiedades no se degradan con el tiempo. Tras la capa de SolarBlack se sitúan veinte finas capas de titanio, un hueco —el vacío es el mejor aislante que existe—, otras treinta capas de material aislante de «baja» temperatura —capaz de soportar hasta 300 ºC— y una base de aluminio de 5 centímetros de espesor. Los paneles solares —que generan un mínimo de 180 vatios— tienen una envergadura de 18 metros y pueden girar para disminuir el ángulo de incidencia de la luz y reducir así su temperatura. Algunos de los agujeros de los instrumentos situados en el escudo térmico están protegidos por un cristal o por capas de berilio. Curiosamente, Solar Orbiter incorpora pocas soluciones técnicas desarrolladas para la misión BepiColombo que, en estos momentos, se dirige hacia Mercurio.

Integración entre la nave y el escudo térmico (ESA).
Propiedades de SolarBlack (ESA).
El escudo térmico durante las pruebas (ESA).

Solar Orbiter fue elegida como parte del programa científico de la ESA en octubre de 2000. Por entonces se esperaba que el lanzamiento tendría lugar en 2008. En mayo de 2002 la misión fue confirmada y en 2004 se aprobó como parte del programa Cosmic Vision de la agencia espacial, aunque el lanzamiento ya se había retrasado a 2015. Finalmente, en octubre de 2011 se aprobó como misión de clase media (M-Class) de la ESA y se fijó el lanzamiento para 2017. Solar Orbiter nació con el objetivo de continuar las observaciones del Sol de la sonda SOHO, lanzada en 1995, y que sigue estudiando el Sol desde el punto de Lagrange L1 del sistema Tierra-Sol, y la sonda Ulysses, que despegó en 1990. SOHO fue la primera misión capaz de observar el disco y la corona solares de forma continua en varias longitudes de onda del ultravioleta y rayos X. Estas observaciones, junto con los datos de observatorios terrestres y otras misiones espaciales, nos permitieron disponer por primera vez de una visión única y global de la actividad solar.

Uno de los diseños originales de Solar Orbiter (ESA).
Diseños de Solar Orbiter con una etapa de propulsión eléctrica parecida a la de la sonda BepiColombo (ESA).
Diseño de Solar Orbiter de 2011 (ESA).

Por su parte, la sonda Ulysses estudió el viento solar emitido de las regiones polares de nuestra estrella desde una órbita polar que logró alcanzar tras un paso por Júpiter. El estudio de las regiones polares del Sol, y los correspondientes agujeros coronales, es clave para entender el mecanismo de formación del viento solar, pero solo es posible analizar estas regiones desde órbitas muy inclinadas. Solar Orbiter estudiará el viento solar generado en latitudes solares altas, como Ulysses, pero, a diferencia de esta nave, podrá además tomar imágenes de los polos solares (Ulysses no llevaba cámaras). En este sentido, Solar Orbiter también se puede considerar una continuación de la misión STEREO de la NASA, ya que nos permitirá ver zonas del Sol invisibles desde la Tierra en un momento dado (desde la Tierra solo se puede contemplar, lógicamente, un hemisferio del Sol). Solar Orbiter ha costado unos 1400 millones de euros, un precio barato para desentrañar los misterios del Sol.

Llegada de la etapa central del Atlas V con el motor ruso RD-180 (ULA).
Características del Atlas V 411 (ULA).
Introduciendo Solar Orbiter en la cofia del cohete Atlas V 411 (ESA).
Solar Orbiter dentro de la cofia (ESA).
Integración de la carga útil con el lanzador (ULA).
El cohete en la rampa (ULA).
Lanzamiento (ESA).
Secuencia de lanzamiento (ESA).
Recreación de Solar Orbiter abandonando la Tierra (ESA).
Solar Orbiter (Airbus).
Solar Orbiter (ESA).



97 Comentarios

  1. Debo complemenetar la información que aparece en este fantástico artículo relacionada con la protección térmica a la que se proporcionó a las superficies más críticas de la sonda. Efectivamente una buena parte de la superficie de la sonda se recubrió con un recubrimiento basado en un fosfato de calcio. No obstante, dicho recubrimiento no fue el idóneo para unas superficies muy críticas como son las que canalizan la radiación del sol hacia los instrumentos.

    En nuestra empresa desarrollamos el recubrimiento denominado Asto Black a medida para dichas superficies, que son las compuertas, los mecanismos y tubos de canalización, además de muchas de las superficies de la antena principal. Dicho recubrimiento se desarrolló por medio de la tecnología PVD (Physical Vapor Deposition) y un diseño basado en la nanoestructuración.

  2. El diseño del Astro Black se realizó en la empresa Metal Estalki, en colaboración con SENER. Es un recubrimiento que parte de la tecnología de los recubrimientos PVD duros (nitruros) empleados en las herramientas de corte de alto rendimiento tales como fresas, brocas, etc. La resistencia térmica y la elevada adhesión de dichos recubrimientos cerámicos fue clave para ser elegido, obviamente aparte de las propiedades termo ópticas que se adecuaron para los requisitos de esta aplicación.

  3. OFF TOPIC “MAVERIC”

    Buenas de nuevo. vengo a hablaros del “MAVERIC”.

    SÍ, está bien escrito y, NO, no se trata de “Maverick”, la serie de TV de los 60 resucitada en una película de los 90 protagonizada por Mel Gibson, sino del proyecto MAVERIC de AIRBUS cuyo demostrador tecnológico ha sido presentado hace unas horas en el “Singapore Airshow 2020”:

    lavanguardia.com/vida/20200211/473441241174/airbus-maveric-avion-comercial-singapore-airshow.html

    elpais.com/economia/2020/02/11/actualidad/1581420034_764748.html

    actualidadaeroespacial.com/airbus-presenta-en-singapur-el-diseno-de-su-futurista-avion-maveric/

    Esta propuesta de ala volante comercial ha sido diseñada para reducir las emisiones de C02 en un 20%. Aquí tenéis un vídeo con pruebas del modelo a escala:

    youtube.com/watch?v=pgDRkNseNxU

    MAVERIC es el acrónimo de rigor de “Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls”

    Qué bonito y qué futurista 🙂

    1. Yo creo que el secreto está en la masa. Mmmmm … perdón, quiero decir que hay que reciclar. ¿Cuál es el problema? ¿Que genera CO, CO2 y agua? Pues … cogemos agua del mar, CO2 de la atmósfera y de paso creamos combustible barato : Metano. Ponemos fábricas con paneles solares y/o generadores eólicos al lado del mar, enchufados a depósitos de CH4. Y tienes energía barata para cohetes y de paso ‘salvas al medio ambiente’. Aunque luego puedas volver a desprender ese CO2 que has quitado de la atmósfera. Se crea un circuito tirando a cerrado y equilibrado.

        1. Sí, pero en los contenedores presurizados y posiblemente en estado líquido, no afecta al medio ambiente. La idea es coger ese metano y metérselo donde le quepa al Starship y sucedáneos.

    2. Hermoso. Quizá por fin le ha llegado la hora a este tipo de aeronaves, pero no me hago ilusiones, el concepto adaptado a transporte de pasajeros sigue teniendo serios problemas:

      en.wikipedia.org/wiki/Blended_wing_body#Potential_disadvantages

      leehamnews.com/2018/04/03/dont-look-for-commercial-bwb-airplane-any-time-soon-says-boeings-future-airplanes-head/

      Yo es que vengo viendo diseños similares desde hace décadas, y nunca llegan a nada. Recuerdo uno en particular, muy viejo, que en su momento me llamó la atención por ser una mezcla de ala volante y dirigible, o sea, era un avión “blended wing body” con flotadores de helio repartidos por el fuselaje. No he podido encontrarlo, pero aquí van algunos otros ejemplos que arrojó una búsqueda rápida:

      google.com/search?q=Tupolev+Tu-404

      popsci.com/military-aviation-space/article/2007-02/all-wing-no-noise/

      nasa.gov/topics/aeronautics/features/greener_aircraft.html

      nasa.gov/content/flying-wing-a-regular-sight

      en.wikipedia.org/wiki/Boeing_X-48

      dezeen.com/2015/07/29/klm-tu-delft-ahead-future-aircraft-blended-wing-body/

      dezeen.com/2019/06/18/flying-v-concept-aircraft-klm-tu-delft/

      coroflot.com/zeger/aircraft-interior

      dzynetech.com/the-ascent

      researchgate.net/publication/322312782

      designweek.co.uk/issues/14-20-march-2016/is-it-time-to-completely-redesign-commercial-aircraft/

      scroll.in/article/687827/what-commercial-aircraft-will-look-like-in-2050

      theglobeandmail.com/globe-drive/culture/technology/a-hypersonic-plane-that-goes-into-space-for-insanely-fast-travel/article33266702/

  4. Buenas,

    Parece que en los diagramas que marcan las asistencias gravitatorias hay alguna diferencia. En los dos primeros (serían las imágenes 4 y 5 del artículo) aparece como que sólo hay una asistencia gravitatoria con la Tierra, que sería en noviembre de 2021. Sin embargo en el tercero (el 6º gráfico del artículo) aparecen dos asistencias gravitatorias con la Tierra.

    ¿Puede ser que los gráficos correspondan a distintos momentos del estudio de la misión?

  5. En un estudio un equipo internacional de investigadores, liderados por Jun Wang, de la Academia China de Ciencias en Pekín, ha llegado a la conclusión de que durante las próximas décadas el número de días y noches veraniegas de calor extremo podrían aumentar hasta 32 en el hemisferio norte, de las actuales 8, cuatro veces más de los que hay en la actualidad. Según el estudio, recién publicado en « Nature Communications», para el año 2100 la situación podría ser insoportable, generando olas de calor muy extendidas, lo que sería a la vez el detonante de una alta mortalidad como consecuencia de las mismas.

    https://www.abc.es/ciencia/

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Por Daniel Marín, publicado el 10 febrero, 2020
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