SUNRISE III

El primer telescopio SUNRISE se lanzó en 2008. Al resultar un éxito, SUNRISE II se lanzó en 2013 y SUNRISE III se encuentra actualmente en su fase de diseño preliminar. Este proyecto se está desarrollando en un marco de cooperación internacional dirigida por Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS). El Instituto Universitario de Microgravedad “Ignacio da Riva” (IDR) es el responsable del diseño térmico a nivel de sistema debido a la experiencia adquirida en vuelos previos de SUNRISE y en otras misiones espaciales. Además, como parte del consorcio español coordinado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el IDR también es responsable del diseño térmico de la Unidad de Electrónica de IMaX + (E-Unit).
Los Long Duration Balloons (LDB) desempeñan un papel relevante en el desarrollo de la tecnología espacial. Son una forma menos costosa de acceder al espacio y probar los instrumentos en un entorno muy similar al del espacio. Además, la posibilidad de recuperar la carga útil después del vuelo proporciona información valiosa para los clientes y también permite su reutilización. Aparte de esto, los globos estratosféricos son plataformas de bajo coste para la experimentación científica. En muchos casos, hacer ciencia de esta manera tiene muchas ventajas. Estos globos científicos se pueden lanzar desde muchos lugares del mundo para apoyar las necesidades científicas y, por lo general, tienen un tiempo de desarrollo más corto que el de los proyectos espaciales. Algunos campos de investigación para los que se usan globos son:
  • Estudios de rayos cósmicos.
  • Rayos Gamma y astronomía de Rayos X.
  • Astronomía óptica y ultravioleta.
  • Astronomía infrarroja.
  • Ciencias de la Atmósfera.
  • Magnetosfera.
  • Partículas de micrometeoritos.
  • Estudios de fondo de microondas cósmicas.

Las misiones LDB utilizan globos de helio de presión nula (zero-pressure balloon) que alcanzan volúmenes de hasta 1.13x106 m3 y que llevan una carga útil de hasta 2700 kg a altitudes que van de 36 km a 39 km.

 

Lanzamiento de SUNRISE I en ESRANGE (Suecia).

SUNRISE I launch
 

Este tipo de vuelos pueden llegar hasta los 55 días, pero suelen durar de 7 a 15 días. Alcanzar esas altitudes supone una ventaja en comparación con la observación solar en tierra. Al estar por encima del 99% de la atmósfera de la Tierra, las distorsiones del frente de onda debido a la turbulencia atmosférica prácticamente no existen. Sin embargo, el ambiente que se encuentra en esas altitudes es similar al espacio, por lo que el análisis debe realizarse de la misma manera.

SUNRISE III, se espera lanzar desde ESRANGE en 2021 con un vuelo similar al de SUNRISE I y II, pero en este caso. Al igual que en los dos vuelos anteriores, se requiere un lanzamiento durante el período de verano. Éste permitirá que SUNRISE tenga una observación solar ininterrumpida debido al efecto del solsticio cerca del círculo polar. Como se ha explicado, estos vuelos pueden alcanzar una duración de 15 días, pero los vuelos de SUNRISE se han limitado a 5-6 días debido a la falta de permiso del gobierno ruso para los globos de la NASA.

 
 SUNRISE I trajectoryjpg

Trayectoria seguida por SUNRISE I durante su vuelo desde ESRANGE (Suecia) hasta Somerset Island (Canada).

 
El principal objetivo de SUNRISE III será el estudio de la estructura y la dinámica del campo magnético en la atmósfera del Sol, como lo hicieron las misiones anteriores. Al operar en la estratosfera, se puede evitar la degradación de la imagen debido a la turbulencia atmosférica.
SUNRISE I y II proporcionaron más de 52 horas de observación de alta calidad. Se obtuvieron muchos resultados de estos datos, lo que permitió al grupo científico mejorar su comprensión de los campos magnéticos a pequeña escala y la dinámica del plasma en la fotosfera.
Sin embargo, ambos vuelos estaban restringidos a la fotosfera solar y solo podían proporcionar intervalos de observación de 60 minutos debido a la limitación del sistema de apuntamiento de la góndola. El objetivo principal del tercer vuelo es proporcionar no solo información continua sobre la fotosfera, sino también una mejor comprensión de los fenómenos que ocurren en la cromosfera. Eso se hará muestreando ambas capas atmosféricas en multitud de líneas espectrales en una amplia longitud de onda que oscila entre 300 y 860 nm.
Para lograr su objetivo, SUNRISE III llevará un conjunto de instrumentos cuidadosamente equilibrados como la carga útil de SUNRISE montada en una nueva plataforma (góndola) con un sistema de apuntamiento preciso.
 
Geometrical Mathematical Model (GMM) de SUNRISE III. SUNRISE III geometry
 
IMaX+
En palabras del equipo del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), que está a cargo del desarrollo de IMaX+: “Tendrá la oportunidad de estudiar el campo magnético solar con una resolución espacial superior a 100 km y con una alta resolución temporal no solo en la fotosfera como en las ediciones anteriores de la misión, sino también en la baja cromosfera, la capa inmediatamente encima de ella. Allí, el campo magnético domina el flujo de gas. IMaX + podrá seguir la dinámica de estas estructuras magnéticas, no solo en el dominio horizontal, sino también con la altura en la atmósfera solar. El monitoreo de cómo las diferentes estructuras magnéticas, como los bucles y ondas magnéticas, evolucionan con la altura es clave para entender los procesos de transferencia de energía." En combinación con la ciencia que se espera que SCIP y SUSI realicen, SUNRISE III será único como telescopio capaz de recuperar información espectopolarimétrica simultánea del IR al visible y UV, superando incluso a aquellos telescopios con las mayores aberturas en el suelo.
IMaX se desarrolló teniendo en cuenta el requisito de preservar al máximo las capacidades de imagen del telescopio SUNRISE. Consistió en un magnetógrafo vectorial de imágenes para la observación de los cambios Doppler y la polarización en la línea espectral fotosférica de hierro neutro sensible a Zeeman a 525.02 nm. La Figura 2.5 muestra parte óptica de IMaX durante la integración y verificación en el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA).
 
SUNRISE III IMAX Parte óptica de IMaX durante la integración y verificación en el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA).
 
IMaX + será una versión de actualización del instrumento IMaX volado en SUNRISE I y II. También desarrollará observaciones de la línea MgIb a 517.3 nm formados alrededor de la temperatura mínima. En otras palabras, creará imágenes del campo magnético de la superficie solar después de medir el estado de polarización de la luz dentro de dos líneas espectrales. Por esa razón, IMaX + funcionará simultáneamente como un polarímetro de alta sensibilidad, un espectrómetro de potencia de alta resolución y un generador de imágenes de difracción limitada.
 
E-Unit
La electrónica en IMaX fue concebida para dividirse en electrónica principal (ME), electrónica de banco óptico (PE) y harness. Todo se fabricó con componentes de calidad comercial (COTS) o específicamente diseñados. Por esa razón, tanto el ME como el PE se ubicaron en recipientes presurizados debido a las condiciones de casi vacío en la altitud de crucero.
Los componentes electrónicos principales estaban ubicados en un bastidor junto con las otras cajas electrónicas de instrumentos y la electrónica de control de la plataforma. Cinco subsistemas integran ME: la placa de la Unidad de procesamiento central (CPU), la placa de procesamiento de imágenes en tiempo real (IPB), la placa de interfaz (I/F), el control térmico de etalon y la fuente de alimentación (placa de DC/DC). Los componentes electrónicos del banco óptico se ubicaron en un recinto presurizado cerca de las unidades ópticas para evitar caídas de voltaje, generación de ruido, peso excesivo del cable, etc. Esto se debió principalmente a la presencia de la HVPS.
 

 SUNRISE III Imax electronics

IMaX main electronics

SUNRISE III Imax opticalBench

IMaX optical bench electronics

 
El concepto de electrónica ha cambiado ligeramente para IMaX +, ya que se espera que todos los componentes electrónicos se coloquen en una E-Unit. Las capacidades de la nueva tecnología permiten ubicar HVPS fuera del banco óptico sin peligro potencial para las funcionalidades de IMaX +. También estará presurizado debido al uso de COTS no resistentes a las condiciones de casi vacío. Estará compuesto por la Data Processing Unit (DPU), Power Converter Module (PCM), Analog Mechanisms and Heaters Drivers (AMHD) and High Voltage Power Board (HVPS).
 SUNRISE III Imax ESATAN SUNRISE III Imax ESATAN 02

 Representación de las temperaturas del primer concepto de la E-Unit de IMaX+ en el Caso Caliente Operacional.

 

 

 

 

 

 

 

 

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