martes, 31 de enero de 2017

Una historia de los satélites argentinos (III)

Para poder continuar con estos post tuve que entrar en contacto via email con algunos de los participantes de la reunión de Buenos Aires que relato en la pimera entrada de esta serie. Así que primero escribí a Hugh Hudson (Berkeley) que me puso en contacto con Brian Dennis (NASA Goddard Space Flight Center). Brian recordaba mejor la reunión y me confirmó que entre los asistentes argentinos se econtraban, además de los mencionados Marta Rovira, Ana María Hernández y Mario Gulich, Marcos Machado.

Fue un grosero error no haber incluido a Marcos en mi segundo post, y le pedí disculpás después de manera personal por email.  Marcos fue una de las personas clave en el desarrollo del primer satélite de aplicaciones científicas argentino.  Como investigador su campo es el estudio de las fulguraciones solares, y gran parte de su carrera profesional la pasó en los Estados Unidos.  Residiendo allí es que se convirtió en uno de los Investigadores Principales (Co PI en inglés) del instrumento HXIS que fue instalado a bordo del satélite Solar Maximum Mission, que estuvo activo entre 1980 y 1989 y fue gran fuente de novedades.

No creo equivocarme al decir que fue a instancias de Marcos que el SAC-I sería un satélite de observaciones solares volcado al estudio de las fulguraciones.  Y creo que tampoco me equivoco al decir que su pasaje por el SMM fue trascendente. El segundo pié de apoyo al proyecto lo dio Mario Acuña, de quien ya me referí antes. Mario, que trabajaba en NASA desde 1970, se había especializado en el estudio del campo magnético de los planetas, habiendo diseñado muchos de los instrumentos que volaron en sondas y que fueron usados por él mismo para analizar sus datos.  Mario era muy respetado en NASA por su trabajo y ganó varios premios a lo largo de su carrera.

El SAC-I (después bautizado de SAC-B) durante los tests
en la cámara de vacío en Brasil (tomado de
http://www2.astro.psu.edu/xray/cubic/photos/SAC-B.solar_platform.gif.html)
El tercer pié científico de la aventura satelital fue el recordado Horacio Ghielmetti, en esa época director del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE). El interés del Ghielmetti eran los Gamma Rays Bursts (GRB) y otras emisiones de altas energías provenientes del espacio más profundo, era además un entusiasta de la exploración espacial. Recuerdo que para demostrar su fidelidad al espacio, una vez me mostró su anillo de boda, que recordaba la fecha del lanzamiento del Sputnik (!). El IAFE contaba ya con un grupo de física solar destacado (entre los que se contaban Ana María Hernández y Marta Rovira), y además en la década del 70 había construido varios globos científicos. En su edificio tenía un taller para hacer el montaje de las góndolas que cargan los instrumentos. Esta actividad le había llevado a contar con Mario Gulich entre sus miembros, físico especializado en  ingeniería espacial. Así es que no debe haber sido difícil convencer a Ghielmetti de la importancia de los instrumentos propuestos en el SAC-I.

El cuarto apoyo del proyecto fue la Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales (CNIE). Como ya comenté antes, fue finalmente reformada para dar lugar a la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) a inicios de la década de 1990.

Brian Dennis, del Goddard Space Flight Center de NASA, me contó algunas anécdotas de la visita.  Entre otras, que fueron recibidos por el presidente de la república, Raul Alfonsín, lo que demuestra la importancia del proyecto.  Brian recuerda además, haber comido un bife de chorizo por un precio inferior a los 10 dólares.  El equipo liderado por él propuso un espectrómetro en la banda de Rayos-X blandos que fue construido en Goddard e instalado en el SAC-I.

Detalles del SAC-I/SAC-B, en próximos posts.

jueves, 19 de enero de 2017

Una historia de los satélites científicos argentinos (II)

Bellísima imagen del Sol capturada en el extremo UV
por el Solar Dynamic Observer de NASA. 
Como dije en el post anterior los comentarios sobre el artículo de Ghielmetti van aquí.  Y comienzo con un poco de historia: Ghielmetti habla de la Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales (CNIE) que estaba bajo la órbita de la Fuerza Aérea Argentina.  Hacia fines del mandato del presidente Raul Alfonsín estalló el escándalo del Misil Cóndor, que estaba siendo desarrollado por la CNIE. Cuando Carlos Menem asumió la presidencia, decidido a mostrar buenas intenciones a Estados Unidos ordenó: 1) destruir todos los componentes del misil Cóndor y 2) desmontar la CNIE creando una institución civil con la función de desarrollar la exploración espacial con fines económicos y científicos. Nació así la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) en 1991 y presidida, temporariamente por el astrónomo decano de la argentina en aquella época, el Dr. Jorge Sahade, y poco después por el físico argentino nacido en Italia, Dr. Conrado Varotto, ya conocido por haber montado a comienzos de los años '80 la planta de enriquecimiento de uranio en Pilcaniyeu y de haber creado la empresa del estado Invap para proveer servicios de ingeniería de alta calidad y precisión. Varotto continua al mando de la CONAE lo que demuestra el interés que han tenido todos los gobiernos argentinos desde 1991 (y yo cuento ya 6 presidentes diferentes, con más de un año en el cargo) en mantener la política de desarrollo espacial.  Esto es lo que se llama una política de estado. 

El principal socio de la CONAE ha sido siempre la NASA de Estados Unidos.  Y es aquí donde el artículo de Ghielmetti muestra su importancia cuando lo titutla:  La NASA se interesa en un proyecto argentino. Era la primera vez que esto ocurría.  No era casual tampoco, además de su capacidad científica y tecnológicas, Argentina había dado que hablar en aquellos años, al salir de una grave dictadura en 1983 recuperando sus instituciones republicanas rapidamente. Aunque la reunión que relata el artículo transcurre en 1987, yo supongo que las conversaciones empezaron uno o dos años antes.

Empiezo sin embargo por una crítica al texto de  Ghielmetti, que cita a los investigadores norteamericanos participantes de la reunión, pero no nos nombra ningún argentino... sí menciona uno, el Dr. Mario Acuña, cordobés de nacimiento y tucumano de corazón, Mario fue muy joven a trabajar a la NASA y allí se quedó, participando de las mayores misiones espaciales de los años 60, hasta el 2000. Su prematura muerte, no le permitió ver a la sonda New Horizons llegar a Plutón, ni al MESSENGER estudiar  a Mercurio. Sin ninguna duda Mario fue el eslabón entre Argentina y la NASA.  Yo voy a arriesgar algunos nombres de aquella reunión: Marta Rovira (posteriormente directora del IAFE y más tarde Presidente del Directorio del CONICET), Ana María Hernández (ahora en CONAE) y Mario Gulich. Los tres desempeñaban su trabajo en el IAFE por aquellos años, Marta y Ana María estaban especializadas en física solar, mientras que Mario, que también era físico, era especialista en satélites, control orbital, etc y fue el hombre por detrás del SAC-I, rebautizado como SAC-B, fallecido tempranamente, nunca vio el fruto de su trabajo. Hoy en día el Instituto de Estudios Espaciales lo recuerda con su nombre.

Respecto de los investigadores nombrados, me complace decir que a Brian Dennis,  Gordon Hurford ; Robert "Bob" Lin y Hugh Hudson, conozco personalmente por mi actividad científica, y que con Hugh, ahora la mayor parte del tiempo residiendo en Glasgow, me une un lazo de  amistad. 

Sigo destacando frases
NASA se encargaría del cohete portador y del lanzamiento, y la construcción del satélite propiamente dicho (la plataforma) sería de responsabilidad argentina. Obviamente, este último aspecto sería el de mayor rédito tecnológico para el país, ya que permitirá capacitar a un grupo de técnicos para los futuros proyectos espaciales que deberán seguir al SAC I.
Me atrevo a decir que esta era la idea estratégica de Ghielmetti, por medio de un convenio de cooperación científica y tecnológica capacitar técnicos e ingenieros en la ingeniería espacial.  Trabajé con él como secretario, ligado al proyecto SAC, en 1988 y lo escuché decir estas ideas de su boca. Es más, él sostenía que desarrollar un lanzador era demasiado costoso y difícil, porque ningún país brinda información al respecto.  Los lanzadores generalmente son desarrollados por las fuerzas armadas, o, aunque no lo sean, se teme que podrán ser utilizados con fines bélicos. Por eso la información es altamente reservada.  En cambio, los satélites tienen objetivos comerciales o científicos e instituciones como NASA son proclives a compartir experiencias y conocimientos.  Además el mercado de satélites debería incrementarse en el futuro pensaba Ghielmetti, Argentina podría ganar un liderazgo en el área a nivel regional (o mudial), brindando servicios, construyendo satélites a pedido, etc, además de construir aquellos que le hicieran falta. El lanzador puede ser alquilado, en aquella época ya había tres países que ofrecían servicios: la Unión Soviética, Estados Unidos y la Comunidad Europea a través de de la Agencia Espacial Europea.

Respecto a la  propuesta científica, el obejtivo era estudiar fulguraciones solares, también llamadas de explosiones, erupciones  o, en inglés, flares. La propuesta argentina es bastante prudente: 

... un espectrómetro  gamma de resolución espectral intermedia (7.5% 2 en662 keV) construído con centelladores de NaI, un detector de neutrones rápidos, y radiación gamma de espectro continuo, y un detector de rayos X duros, con una resolución temporal de unos 100 ms. 
Confieso que no entiendo que significa 7.5% en662 keV, dejé el texto tal como aparece en el artículo original, supongo que quien transcribió la nota debe haberse equivocado.  Radiación gamma es, por definición o tradición, aquella cuyos fotones tienen energías superiores a 1 MeV (le recuerdo al lector que la energía de un fotón es igual al producto de su frecuencia por la constante de Planck: E = hf)  Los electrones producen un contínuo en radiación gamma durante las fulguraciones (emisión llamada bremsstrahlung), por encima de este continuo hay líneas espectrales producidas por excitaciones nucleares que evidencian la existencia de protones de más altas energías capaces de llegar hasta el núcleo atómico.  El detector de neutrones sirve para detectar partículas aceleradas durante las fulguraciones y que vienen en dirección a la Tierra. Por último se habla de un detector de rayos X duros con resolución temporal de 100 ms.  Rayos X son fotones con energía por encima de 1 keV aproximadamente (y por debajo de 1 MeV como dijimos antes).  Para la época en que este texto fue escrito, Ghielmetti probablemente consideraba una energía de 20 a 25 keV como Rayos X duros. La calificación de duro es muy flexible y los físicos solares no se ponen de acuerdo en cual es el límite inferior. Hoy en día, no menos de 50 keV.  Aparentemente se trataría de un detector de intensidad, sin imágenes y sin espectro (varias energías).  Supongo que el obejtivo era analizar la estuctura sub-segundo de las emisiones en rayos X duros.  

Por su parte los científicos norteamericanos proponen una instrumentación más osada.  Incluyen los modernos detectores de germanio (Ge) enfriados a 90 K, para obtener una resolución espectral muy alta (entre 0,5 y 5 keV) y una banda que abarca desde pocos keV hasta 20 MeV.  Los desafíos tecnológicos de este instrumento en aquella época eran tremendos, más aún para Argentina que daba sus primeros pasos en la ingeniería espacial.  Y esto lo resalta Ghielmetti cuando dice 


Este requirimiento impone condiciones particulares al satélite, ya que el enfriamento se haría utilizando radiadores apuntados permanentemente al espacio vacío (sin ver el Sol ni la Tierra) por lo que el satélite debe estar estabilizado en tres ejes.

Y agrega al final de ese párrafo


Esta alternativa que hace más poderosa la propuesta inicial, crea un deafío para los ingenieros argentinos, ya que la plataforma es más compleja.
RHESSI, satélite de osbervación solar de NASA
actualmente en operación. 
La segunda propuesta extranjera parece tratarse de una serie de cámaras (imagenadoras. Puedo usar este término?) en distintas frecuencias y con cadencias bastante altas. A pesar de que Ghielmetti dice que los instrumentos cubren una banda de menor energía (porque descartan los rayos gamma), eso no significa que no se puedan hacer diagnósticos de altísimas energías. En particular me gusta ver que proponían la inclusión de una cámara en el infra rojo lejano (far infra red , FIR).  Adivino que el origen de esta idea no pudo ser otro que Hugh Hudson, quien desde sus años de estudiante, y de forma pionera, se dedicó al estudio del FIR como diagnóstico de las explosiones solares, aunque, por motivos tecnológicos, com poca suerte. Respecto del espectrómetro en rayos X de altísima resolución temporal (10 ms) también se trata de un instrumento muy avanzado en su época.

En el proximo post, voy a hablar sobre el SAC-B y las secuelas de esta reunión en Buenos Aires. 


Una historia de los satélites científicos argentinos

Empiezo aquí una seria de posts sobre el origen de un programa de  satélites científicos argentinos. Y lo abro con la transcripción de un artículo que este año cumple los 30.  El artículo fue escrito por el querido Horacio Ghielmetti, en la época director del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE) y publicado en  Astrofísica, una revista de divulgación científica elaborada por la Comisión de Astrófica que pretendía promover el estudio de la astrofísica en el nivel de graduación entre los estudiantes de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.  Yo era uno de esos estudiantes que activamente colaboraba con la comisión y con la revista.  Alguna vez, la historia de esa comisión deberá ser contada, ya me he de encargar.

El artículo que copié más abajo tiene el valor de lo que historiadores llaman documento primario. Porque fue redactado por el el líder del proyecto de la construcción del primer satélite científico argentino, y porque lo redactó cuando aún estaba en fase de diseño y había muchas posibilidades y decisiones a tomar.  Los comentarios a este artículo irán en otro post, sólo resalto el título que le dió Ghielmetti: NASA se interesa en un proyecto argentino. La fecha de la publicación, agosto de 1987.

Los científicos de la NASA interesados 
en un proyecto argentino

por Horacio Ghielmetti
Director del IAFE


Entre el 30 de junio y el 3 de julio [N. del E.: de 1987] visitó Buenos Aires una importante delegación de la NASA. Fue su objetivo continuar conversaciones con autoridades de nuestra Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales (CNIE) y científicos argentinos sobre posibles formas de cooperación mutua en el proyectado satélite argentino SAC I (Satélite de Aplicaciones Científicas). El estudio y diseño de este satélite es realizado por ingenieros e investigadores del Centro Espacial San Miguel (CNIE) y del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (CONICET).

Portada de la Revista Astrofísica de donde este
artículo fue retirado
La delegación de NASA fue encabezada por el DR. Charles Pellerin, director de la División de Astrofísica, y el Dr. James Morrison, Director Adjunto de la División Relaciones Internacionales. Estuvo además integrada por un grupo de científicos especialistas en tecnología espacial y física solar, pertenecientes a centros de la NASA y universidades americanas: Mario Acuña y Brian Dennis (Goddard Space Flight Center, NASA); Uri Feldman (Naval Reserach Laboratory); Gordon Hurford (Caltech); Robert Lin (University of California at Berkeley), y Hugh Hudson (University of California at San Diego).

Luego de estas conversaciones y discuiones científicas, el proyecto SAC I puede convertirse en un programa cooperativo entre ambos organismos espaciales: el complejo instrumental sería provisto por científicos de ambos países, NASA se encargaría del cohete portador y del lanzamiento, y la construcción del satélite propiamente dicho (la plataforma) sería de responsabilidad argentina. Obviamente, este último aspecto sería el de mayor rédito tecnológico para el país, ya que permitirá capacitar a un grupo de técnicos para los futuros proyectos espaciales que deberán seguir al SAC I.

Para lograr estos objetivos la propuesta científica conjunta deberá ser cometida, antes de finalizar el año en curso, a los procedimientos ordinarios de selección y competencia de la NASA. El denominado programa EXPLORER de la agencia americana incluye, para los próximos años, un reducido número de cohetes SCOUT que es el portador adecuado para un satélite de las características del SAC I.

El SAC I es un satélite de bajo peso (150 kg) cuya misión científica se centra en la observación de la emisión esporádica de radiación; electromagnética y partículas de alta energía de las fulguraciones solares. La frecuencia de este fenómeno crece con las variación periódica de la actividad solar, cuyo próximo máximo será en 1991-1992, por lo que el lanzamiento del SAC I está previsto para febrero de 1992.

La órbita elegida es casi-polar, heliosincrotrónica en el plano 6-18 en hora local (órbita crepuscular) y obviamente, los intrumentos deberán estar permanetemente apuntando hacia el Sol. Esta órbita asegura al satélite unos 9 meses sin eclipse.

La propuesta original argentina incluía un espectrómetro gama de resolución espectral intermedia (7.5% 2 en662 keV) construído con centelladores de NaI, un detector de neutrones rápidos, y radiación gama de espectro continuo, y un detector de rayos X duros, con una resolución temporal de unos 100 ms. El satélite estaría estabilizado por rotación (15 rpm) y controlado por bobinas magnéticas.

Las discusiones actuales llevaron a dos configuraciones instrumentales alternativas, ambas para la observación de las fulguraciones solares, aunque centradas en aspectos distintos del fenómeno.  La primera misión, muy similar por su objetivo a la planeada originalmente, incorpora un espectrómetro X-gamma de muy alta resolución espectral (0.5 a 5 keV en el rango de 10 keV a 20 MeV de funcionamiento), un espectrómetro X tabién en alta resolución espectral, con detectores de estado sólido, y el detector de neutrones original.  El detector X-gamma es un sistema novedoso que utiliza 4 cristales segmentados de Ge de alta pureza y debe ser enfriado a unos 90 K. Este requirimiento impone condiciones particulares al satélite, ya que el enfriamento se haría utilizando radiadores apuntados permanentemente al espacio vacío (sin ver el Sol ni la Tierra) por lo que el satélite debe estar estabilizado en tres ejes. Esta orientación se obtendría utilizando el concepto de estabilización por gradiente gravitatorio, con el detector montado en un brazo extendido unos tres metros fuera del cuerpo del satélite. Esta alternativa que hace más poderosa la propuesta inicial, crea un deafío para los ingenieros argentinos, ya que la plataforma es más compleja.

La segunda alternativa se encuentra en el estudio de la dinámica de los plasmas de altas temperaturas, producidos durante el proceso de erupción solar. Sus instrumentos cubren una zona de radiación de menor energía, incorporando la posibilidad de obtener imágenes de la región emisora de rayos X, con resoluciónes espaciales comparables a las mejores obtenidas por los satélites anteriores. Incluye también un espectrómetro de Bragg de cristal plano, un espectrómetro de rayos X duros con alta resolución temporal (10 ms) y un complejo de instrumentos en las bandas XUV, EUV, Lyman-alpha y aún el infrarrojo lejano. La operación del espectrómetro de imágenes y el de Bragg requieren que el satélite rote continuamente, tal como se proyecta en la versión original del SAC I.

El detalle de ambos complejos instrumentales es extenso y se dará en futuros artículos sobre el SAC I.