Airbus y la misión Euclid en España: "El diseño mecánico y térmico ha sido muy desafiante"

La misión Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA), que despegará el próximo mes de julio, explorará la composición y la evolución del universo oscuro. El telescopio espacial "creará un gran mapa de la estructura a gran escala del universo a través del espacio y el tiempo observando miles de millones de galaxias hasta 10.000 millones de años-luz, en más de un tercio del cielo".

La misión, que comenzó en 2011, "explorará cómo se ha expandido el universo y cómo se ha formado su estructura a lo largo de la historia cósmica", proporcionando información sobre el papel que juega la gravedad y la naturaleza tanto de la materia oscura como de la energía".

Para conocer más sobre la misión, Infoespacial ha hablado con dos de los científicos españoles clave en el desarrollo de Euclid en Airbus: la responsable de la Unidad Electrónica del Sensor de Guiado "fino" del AOCS (Attitude Orbit Control System) y de la Unidad Electrónica de Control del Instrumento NISP (Near Infrared Spectrometer and Photometer), Marta Posada; y el responsable del programa la estructura y el control térmico de Euclid, Rodrigo Robles.

¿Qué papel han desempeñado en la misión? 

Marta Posada: Euclid es una misión pionera de la ESA que tiene como objetivo estudiar el origen y la expansión del universo. Se van a observar millones de galaxias lejanas que están distribuidas por el Universo y se va a generar un mapa tridimensional, lo que va a permitir a los científicos, además, estudiar materia que supone más o menos el 95% del universo. Se espera que mejore muchísimo el entendimiento en la evolución del universo prácticamente desde su origen hasta ahora, permitiendo obtener las características de la materia oscura y su estudio, lo que a nivel astrofísico es muy importante.

Rodrigo Robles: El instrumento del satélite es un telescopio y, digamos, a través de las observaciones que realice, lo que se quiere hacer es una medición precisa de la expansión acelerada del Universo basándose en la naturaleza de la materia oscura.

¿Cómo ha sido trabajar en el sistema de control de órbita e inclinación de Euclid?

Marta Posada: El sistema de control de órbita e inclinación del satélite tiene como objetivo controlar el apuntamiento y ir reorientando el telescopio según las necesidades de los científicos. Nosotros hemos desarrollado la unidad electrónica de control de un subsistema que se llama Fine Guidance Sensor (FGS, o guiado fino), que incluye un sensor que ha sido desarrollado específicamente para esta misión y va montado sobre la lente del telescopio y asegura un alineamiento absoluto entre los ejes del telescopio y las estrellas de referencia.

¿Cuál ha sido su papel en el sistema?

Marta Posada: La unidad electrónica desarrollada por nosotras proporciona la inteligencia al subsistema, controlamos los sensores del FGS y proporcionamos comunicación con el ordenador de aborto con plataforma. Proporcionamos también la alimentación de estos sensores. Es una unidad muy compacta que tiene un procesador muy potente que permite realizar todas las funciones que se le requieren. Luego, por otro lado, hemos hecho otra unidad en uno de los instrumentos de Euclid, en el NISP, el instrumento principal de la misión: el espectrómetro cercano al infrarrojo. Este instrumento está realizado por un consorcio que está liderado por el Laboratorio de Astrofísica de Marsella, en el que nosotros hemos trabajado desde Airbus en tres cantos con la Universidad Politécnica de Cartagena. Hemos realizado lo que llamamos la IQ, el cerebro del instrumento, que contiene el procesador y permite controlar los distintos mecanismos del instrumento, y se encarga también de las comunicaciones con la plataforma. Nosotros hemos proporcionado el hardware.

¿A qué retos se ha enfrentado?

Marta Posada: En el caso de NISP, uno de los mayores retos ha sido gestionar las precisiones que requiere el propio instrumento. Los termistores son termistores de mucha velocidad, y eso significa que nosotros tenemos que adquirirlo con una precisión mucho mayor. Entonces, desarrollar la electrónica para esa adquisición ha sido un reto. Y también, por ejemplo, una cosa que ha sido muy interesante, pero también complicada, es todo el tema de los LEDs de calibración del instrumento, que van incluidos dentro del telescopio. Y la IQ que hemos desarrollado se encarga de gestionar estos LEDs. Es decir, que tenemos que ir proporcionando corrientes del orden de nanoamperios para ir produciendo la luz necesaria para que se vaya calibrando el espectrómetro. Esta gestión de los distintos elementos del instrumento y de las precisiones que se requiere ha sido un reto, y la verdad es que al final ha salido todo bastante satisfactorio. Está todo funcionando muy bien. 

¿Y del sistema de guiado?

Marta Posada: Y luego, con el otro elemento, el sistema de guiado fino, ha sido un desarrollo en el que hemos proporcionado una parte del software, hemos desarrollado el software de arranque y también los drivers del software. Y las características eléctricas que proporciona la alimentación a los sensores también son muy exigentes. En el sentido de que tiene que ser muy estable todo lo que proporcionamos a los sensores, porque al final los requisitos del subsistema de apuntamiento fino son un reto.

¿Como ha sido el trabajo en cuanto a la estructura y el sistema de control térmico?

Rodrigo Robles: Nos hemos encargado principalmente del diseño, fabricación, calificación y ensayos de la estructura del módulo de servicio. El módulo de servicio es la parte inferior del satélite que soporta todas las unidades electrónicas, la propulsión y que está ubicado justo debajo del instrumento. Hemos sido también partícipes de otros subsistemas, como del control térmico asociado. Hemos participado también en otros subsistemas para el instrumento, como han sido unas tiras de grafito pirolítico, que han sido un proyecto muy innovador para la transmisión de calor. Hemos realizado también el cableado criogénico del instrumento y un rayador para este cableado.

¿Cuál es el papel de la plataforma y del sistema térmico?

Rodrigo Robles: La misión principal de la plataforma del módulo de servicio es proporcionar alojamiento y soporte a los equipos y unidades electrónicas que van instaladas en ella, así como a todo el sistema de propulsión del satélite. Tiene que soportar, por supuesto, todas las cargas del instrumento y de la estructura, el escudo solar, panel solar del satélite. El sistema de control térmico, es el encargado de mantener a todas las unidades y sus sistemas instalados en la plataforma del módulo de servicio dentro de unos umbrales térmicos definidos y minimizar variaciones y distorsiones de temperatura que pudieran afectar a la estabilidad del instrumento. Y como ha dicho Marta, el instrumento sí requiere de una estabilidad muy grande, entonces cualquier tipo de distorsión térmica hubiera podido implicar interferencias no deseadas para la carga de pago para dicho instrumento. 

¿Cuál es la particularidad del sistema térmico en Euclid?

Rodrigo Robles: Hemos tenido unas restricciones de diseño muy fuertes, porque para conseguir la disipación de potencia térmica cuando había que reducir temperatura nos encontramos con que los áreas disponibles que teníamos para ubicar readores eran muy reducidas. Y por contra, cuando necesitábamos aumentar temperatura, porque eran casos muy fríos, teníamos un número muy limitado de líneas de potencia para los calentadores, los heaters que usamos, así como el valor máximo de potencia que podíamos utilizar también estaba muy limitado. Todo esto nos llevó a un diseño muy minucioso, e implicaba un compromiso muy estricto para mantener todas las unidades electrónicas dentro de sus márgenes a lo largo de toda la misión. Y había también un reto muy importante, con el tipo de instrumento. Es el telescopio que fue diseñado por nuestros compañeros de Airbus Toulouse y funciona a temperaturas muy frías, criogénicas, en torno a menos 200 grados centígrados, y requiere gran estabilidad. El instrumento con la plataforma dispone de seis puntos de anclaje y dichos puntos tienen que estar a unas temperaturas muy constantes a lo largo de toda la misión para minimizar distorsiones termolásticas.

¿Cómo valoran la aportación de Airbus a la misión?

Marta Posada: Creo que nuestra aportación ha sido clave. Las IQs, el FGS, que es la parte principal que gestiona el apuntamiento fino y que garantiza la estabilidad de la misión, lo que es el hardware y la electrónica la hemos desarrollado nosotros, y creo que es un elemento clave.

Rodrigo Robles: Tanto el diseño mecánico como térmico ha sido muy desafiante, y creo que se ha conseguido solucionar muy bien. Teníamos unos requisitos de masa de la estructura muy, muy estrictos para intentar reducir peso al máximo posible, lo cual nos llevó a un diseño muy innovador que finalmente se consiguió una solución muy buena.