Pequeño satélite, grandes preguntas: CuPID CubeSat obtendrá una nueva perspectiva sobre el límite entre el Sol y la Tierra

Cuando ayudas a construir un satélite del tamaño de una caja de zapatos, aprendes prácticamente todo sobre él, dice Emil Atz, candidato a doctorado en Ingeniería Mecánica en la Universidad de Boston. Aprende cómo redactar una propuesta para financiarlo, cómo colocar los tornillos que lo sujetan, cómo probar cada instrumento para asegurarse de que funciona correctamente.

Y luego aprendes a decir adiós.

“Es una sensación aterradora, trabajar en una pieza de hardware a tiempo completo durante cuatro años y luego ponerla en el dispositivo de despliegue de cohetes para no volver a verla nunca más”, dijo Atz. “No quería cerrar la puerta”.

Este septiembre, se lanzará un cohete desde la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg en California, trayendo consigo  Landsat 9 , una misión conjunta de la NASA y el Servicio Geológico de EE. UU. El cohete también llevará cuatro CubeSats: satélites compactos con forma de caja que se utilizan para proyectos de investigación espacial.

En comparación con los satélites estándar, los CubeSats son económicos de lanzar. Al igual que cuando los amigos dividen la tarifa de un taxi, los satélites diminutos pueden viajar en cohetes que transportan otras misiones, lo que reduce el costo de cada uno.

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Emil Atz y Kenneth M Simms, ingeniero del Goddard Space Flight Center de la NASA, cablearon elementos de la nave espacial CuPID, abreviatura de Cusp Plasma Imaging Detector, en enero de 2020 en Goddard. Créditos: Brian Walsh

Uno de los CubeSats que se lanza con Landsat 9 es el detector de imágenes de plasma Cusp, o CuPID. No más grande que una barra de pan ni más pesado que una sandía, CuPID tiene un gran trabajo. Desde una órbita a unas 340 millas (550 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra, el pequeño CuPID formará una imagen del límite donde el campo magnético de la Tierra interactúa con el del Sol.

Atz es parte de un equipo de colaboradores  del Goddard Space Flight Center  de la NASA en Greenbelt, Maryland,  Boston University ,  Drexel University ,  Johns Hopkins University ,  Merrimack College ,  Aerospace Corporation  y  University of Alaska, Fairbanks  que hicieron posible CuPID.

EN UNA MISIÓN

Producida por el campo magnético de la Tierra,  la magnetosfera  es una burbuja protectora que rodea nuestro planeta. “La mayoría de las veces, estamos bastante bien protegidos de la actividad del Sol, ya que la energía y las partículas del Sol giran alrededor de la Tierra”, dijo Brian Walsh, profesor asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Boston e investigador principal de CuPID.

Pero cuando el Sol está lo suficientemente activo, su campo magnético puede fusionarse con el de la Tierra en un proceso llamado reconexión magnética. La magnetosfera de la Tierra cambia de forma y la radiación solar llega goteando hacia nosotros, poniendo potencialmente en peligro a los satélites y astronautas.

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Los científicos de la NASA Michael Collier, David Sibeck y Scott Porter se unieron para desarrollar y demostrar la primera cámara de rayos X de campo amplio para estudiar un fenómeno poco conocido llamado “intercambio de carga”. Créditos: NASA / Chris Gunn

“Con CuPID, queremos saber cómo se ve el límite del campo magnético de la Tierra y entender cómo y por qué a veces entra energía”, dijo Walsh.

Mientras que misiones como la de  Magnetospheric Multiscale o MMS de la NASA  vuelan a través de eventos de reconexión magnética para verlos a microescala, CuPID busca una vista macro. Utilizando una cámara de rayos X suaves de amplio campo de visión, CuPID observa rayos X de menor energía, o “suaves”, emitidos cuando las partículas solares chocan con la magnetosfera de la Tierra.

Construir esa cámara no fue fácil. Los rayos X no se doblan tan fácilmente como la luz visible, por lo que son mucho más difíciles de enfocar. Además, tomar imágenes del límite magnético de la Tierra mientras orbita la Tierra es como sentarse en la primera fila de una sala de cine: tan cerca que es difícil ver la imagen completa. Una cámara adecuada debe estar construida especialmente para capturar un amplio campo de visión desde relativamente cerca.

Hace dieciséis años, un equipo de científicos, ingenieros, técnicos y estudiantes de Goddard and Wallops Flight Facility en Wallops Island, Virginia, comenzaron a trabajar en un prototipo. En lugar de desviar la luz, su cámara reflejaba o “rebotaba” los rayos X para enfocarlos, pasándolos a través de una cuadrícula de canales apretados dispuestos para darle una vista de campo amplio.

En 2012, el Dr. Michael R. Collier, quien dirigió la contribución de Goddard a CuPID, y los colegas de Goddard, el Dr. David G. Sibeck y el Dr. F. Scott Porter, probaron la cámara en el espacio por primera vez a bordo  del cohete de sondeo DXL .

 Tuvo tanto éxito que inmediatamente comenzamos a trabajar en formas de miniaturizarlo y ponerlo en un CubeSat”, dijo Collier.

En 2015, un predecesor de CuPID voló en un segundo vuelo de cohete con sonda. Poco después, la NASA seleccionó el proyecto para hacer realidad el satélite completo con aviónica. Los estudiantes y científicos han estado trabajando en CuPID desde entonces.

ALTO RIESGO, ALTA RECOMPENSA

Hasta que la Universidad Politécnica Estatal de California desarrolló el primer CubeSat en 1999, la mayoría de los satélites eran del tamaño de automóviles o autobuses y su desarrollo y lanzamiento costaban cientos de millones de dólares, dijo Walsh. Esos altos costos disuadieron la toma de riesgos. Si fallaba una nueva herramienta experimental, se perderían grandes sumas de dinero.

“El objetivo original de CubeSats era reducir el costo, permitiendo la democratización del espacio”, dijo Collier. Los costos más bajos significan más espacio para la experimentación y la innovación.

“Son de mayor riesgo, pero también de mayor recompensa”, dijo Walsh.

La proliferación de pequeñas misiones de satélites experimentales ha creado más oportunidades para que los estudiantes se involucren en proyectos prácticos de ingeniería.

En su primer año como estudiante de ingeniería mecánica en la Universidad de Boston, Jacqueline Bachrach, quien se describe a sí misma como una “niña espacial”, se inscribió en el curso de Introducción a la cohetería de Walsh. Poco después, se unió a su laboratorio y desde entonces ha asumido un papel importante en la misión CuPID.

“He aprendido muchas habilidades importantes, que eventualmente podré aplicar a otras misiones”, dijo Bachrach, ahora estudiante de tercer año. “Todos en el proyecto tienen tanto conocimiento que están dispuestos a compartir. Ha sido una experiencia increíblemente valiosa, especialmente para los estudiantes universitarios “.

EL VIAJE POR DELANTE

El equipo ya se está preparando para los conocimientos de CuPID sobre los misterios de la reconexión magnética.

Una foto de CuPID en diciembre de 2019, cuando el chasis, o el marco base del dispositivo, se encontró con la aviónica. Créditos: Emil Atz

Atz dice que está ansioso por hacer el primer contacto con el satélite una vez que esté en el espacio y comenzar a transferir datos. Los estudiantes también participarán en eso. Él y Walsh han comenzado a capacitar a varios estudiantes de pregrado, incluido Bachrach, para rastrear la salud del satélite e interpretar sus datos desde la órbita.

“Con una gran misión, no hay muchas oportunidades para que los estudiantes contribuyan con fuerza”, dijo Atz. “Con CuPID, los estudiantes se han involucrado en casi todos los pasos del camino”.

Para los muchos estudiantes y científicos involucrados en los más de 15 años de desarrollo de CuPID, la parte más emocionante aún está por llegar.

Fuente: NASA.

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