Airbus Defence and Space

La astrometría espacial alza su escudo

El observatorio europeo Gaia

En mayo de 2013, un lanzador Soyuz propulsará el observatorio europeo Gaia al punto de Lagrange L2, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en dirección opuesta al Sol. Concebido para una vida útil de cinco años, el ingenio deberá mantener una estabilidad térmica extrema en sus dos telescopios y la estructura que los sostiene para cumplir la ambiciosa misión para la que ha sido diseñado: cartografiar más de mil millones de estrellas de nuestra galaxia. Para asegurar dicha estabilidad, Gaia estará equipado con un escudo solar, cuyo despliegue en tierra se llevó a cabo por primera vez en Toulouse en Francia.

La operación se desarrolló en una sala blanca del centro de Toulouse de Airbus Defence and Space (contratista principal de la misión por encargo de la Agencia Espacial Europea).

“El escudo solar de Gaia se desplegará en las primeras fases de adquisición, una vez que se lleve a cabo el lanzamiento, tras la separación de la etapa superior y la primera estabilización de actitud”, explica Christian Lebranchu, responsable de mecánica, propulsión e interfaz con el lanzador para la misión. “El objetivo es llegar lo antes posible a una configuración estable y asegurada, con la alimentación de energía proporcionada a través de los paneles solares integrados en el escudo. La colocación en su posición definitiva en L2 será posible gracias a los propulsores de 10 Newton de empuje, los cuales no inducirán factores de carga que puedan dañar el escudo”.

La gran dificultad estriba en la geometría del sistema, concebido para encajar bajo la ‘cofia’ de cuatro metros de diámetro del lanzador Soyuz. Con el fin de mantener el observatorio bajo sombra, una vez que se estabiliza por rotación lenta (cuatro vueltas al día), con un ángulo estabilizado en 45º con respecto a la dirección del Sol, el escudo alcanza los diez metros de diámetro y se compone de dos coberturas de protecciones térmicas multicapa (MLI, multi-layer insulation), similares a las que, por regla general, se colocan directamente sobre la estructura de los satélites. “Nunca antes se había hecho a esta escala”, señala Christian Lebranchu. “Debido a la base de dodecágono de Gaia, tenemos que desenrollar y desplegar 48 triángulos de tres metros de longitud, utilizando un dispositivo con 12 grados de libertad, que debe encontrarse perfectamente sincronizado con el fin de no dañar las MLI”.

El proceso no tiene nada de sencillo. A finales de 2009 un primer modelo de cualificación a escala reducida fue sometido a pruebas en el centro técnico ESTEC de la ESA en Noordwijk, Países Bajos, y si bien la cualificación térmica se obtuvo sin tropiezos, no ocurrió lo mismo con la cualificación mecánica. “Tuvimos que reforzar la motorización, sustituyendo paso a paso los reguladores térmicos por motores con el fin de amortiguar el despliegue por resortes y revisar el plegado de los MLI”, detalla Christian Lebranchu. La nueva configuración fue validada durante unas pruebas en Intespace, en Toulouse.

Un problema ‘matemático’

A pesar del tamaño y de la ligereza del escudo de Gaia, su apertura en la atmósfera no planteó problema alguno de frenado o amortiguación aerodinámica. Se trata de un despliegue motorizado que se extiende a lo largo de unos diez minutos. “Simplemente, interrumpimos la climatización del edificio”, señala Christian Lebranchu.

En contraste, compensar la gravedad no fue tarea fácil. Por lo general, para despliegues sencillos, como los de los paneles solares rígidos, el eje de rotación se coloca verticalmente y se utilizan unas plumas dotadas de contrapesos o incluso globos de helio para anular la fuerza que ejerce la gravedad en cada elemento. Pero la geometría del escudo hacía imposible este enfoque, y fue necesario desarrollar un sistema de plumas, equipadas con poleas, para adaptar el grado de compensación según el ángulo formado por cada elemento con la vertical. En suma, un ejercicio magnífico de trigonometría aplicada...

“Por suerte, la empresa SENER, nuestra contratista en España para el escudo, ya había puesto a punto previamente dicho método”, dice Christian Lebranchu.

La prueba servirá de referencia para otro ensayo idéntico que se llevará a cabo tras la campaña de ensayos mecánicos, a la que el satélite debe someterse en Intespace, a lo largo de las próximas semanas. Debido a las dimensiones del conjunto, no es posible llevar a cabo el despliegue a tamaño natural en condiciones de vacío térmico.

Simultáneamente, continúa el montaje de la carga útil científica y, en especial, de la instrumentación óptica. La cualificación óptica, mecánica y térmica está prevista para el segundo semestre de 2012, lo que abre la puerta a seis meses de montaje, integración y pruebas antes de su lanzamiento desde la Guayana francesa.

La otra contribución tecnológica de Airbus Defence and Space a Gaia

Para llevar a buen puerto su misión, Gaia efectuará mediciones de la posición relativa de las estrellas. Cada estrella será medida más de setenta veces y el cálculo de su posición absoluta se deducirá mediante repeticiones sucesivas. Para que dichas medidas tengan sentido, la instrumentación de Gaia, compuesta principalmente por dos telescopios apuntando a 106,5º el uno del otro, exige niveles muy rigurosos de estabilidad geométrica. Para poder alcanzar esta firmeza sin hacer demasiado pesado todo el conjunto, Airbus Defence and Space recurrió a su tecnología en carburo de silicio para la instrumentación óptica, no solamente en el caso de los espejos, sino también en su estructura portadora. Esta misma tecnología es la que ya hizo posible fabricar el telescopio del observatorio Herschel, con su espejo primario de tres metros de diámetro, que ofrece una superficie dos veces mayor que la del primario de Hubble, y de hecho lo convierte en el mayor telescopio puesto en órbita hasta la fecha.

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