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Instrumentación astronómica

Para tener otra visión del espacio

Investigadores del Inpe construyen un telescopio que será utilizado para captar rayos X y gama en el cosmos

¿Saldrá todo bien? Esta pregunta atormenta al investigador Thyrso Villela Neto desde hace por lo menos dos años, cuando un equipo por él coordinado concluyó la construcción del telescopio Masco. Ese nombre es una referencia a la técnica de máscara codificada, utilizada para obtener imágenes en rayos X y gama. Tras ocho años de intenso trabajo, tiempo en el que se sucedieron una serie de percances y aprendizajes, el Masco se encuentra guardado en el Laboratorio de Integración y Tests (LIT) del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, sigla en portugués), en São José dos Campos, esperando que las condiciones climáticas sean las ideales, y mientras tanto, se están realizando las últimas pruebas para su envío a la estratósfera, a una altura de 40 kilómetros.

Para llegar hasta allí y cumplir su misión -observar el centro de la galaxia-, el artefacto viajará siempre sujeto a un globo de 150 metros de diámetro, 20 metros más que el largo máximo de un campo de fútbol oficial.La satisfacción del grupo del Inpe al ver el instrumento ya listo es enorme. Pero quizás sean todavía mayores la aprensión y las dudas acerca de qué podrá suceder con el telescopio en la próxima etapa del proyecto. Dos momentos que serán cruciales: el lanzamiento y el regreso. Los riesgos implicados en cada uno de estos momentos no son para nada desdeñables. Y las incertidumbres se transforman en angustia. ¿Subirá? ¿Las pruebas de temperatura y presión fueron las suficientes? ¿El telescopio logrará orientarse hacia los objetos celestes y registrar sus imágenes con precisión? Y el retorno, ¿cómo será?

Si todo sale bien en el lanzamiento, el telescopio brasileño, de 7 metros de altura y 2 toneladas de peso, tardará dos horas para llegar a la estratósfera terrestre. Luego volará durante unas 15 horas sujeto al enorme globo comprado en Estados Unidos, que será inflado con hidrógeno. A esa altura, su velocidad podrá alcanzar los 100 km./h. En la vuelta a la Tierra, se utilizaran paracaídas. Para determinar un local seguro de aterrizaje, el equipo acompañará al globo desde un avión, volando a baja altitud.

Para conocer el universo
Cuando el Masco llegue a la altura deseada, estará programado para apuntar su cámara hacia el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, captando los rayos X y gama -radiaciones electromagnéticas de menor longitud de onda si se las compara con la radiación visible emitidas por los diversos objetos celestes. “Queremos contribuir para lograr un mejor entendimiento del universo, porque ése es el objetivo general de la astrofísica”, dice Villela.

La obtención de imágenes del cosmos en rayos X y gama se centra en la máscara codificada, una gran rueda con células abiertas y cerradas, colocada en el extremo del telescopio. La misma, hecha de plomo, pesa 100 kilos y va sostenida por una estructura de poliestireno expandido y fibra de carbono. Los orificios existentes en ésta se efectuaron con base en cálculos matemáticos para evitar la formación de imágenes nebulosas. Los rayos X y gama inciden sobre la máscara, para luego transformarse en imágenes en el detector de ioduro de sodio dopado (enriquecido) con talio NaI(TI). Allí será posible descubrir desde dónde llegó la información y cuál fue el objeto que la emitió.

Emisión de energía
El investigador recuerda que la tecnología del Masco se parece a la instrumentos más antiguos, como el norteamericano GRIP (Gamma Ray Imaging Payload o Experimento de Imágenes de Rayos Gama) que al comienzo de la década del 90 logró varias imágenes del centro galáctico y de la supernova (posible estadio final de una estrella) SN1987A. Por eso, Villela asegura que el potencial científico del instrumento brasileño es bastante bueno. Las imágenes producidas ayudarán a comprender mejor cómo se produce la emisión de energía en el universo y la manera en que funcionan las estrellas, los quásares, los pulsares, los núcleos activos de las galaxias, los restos de supernovas e incluso los posibles agujeros negros.

La necesidad de enviar un telescopio en un aerostato se debe a que la observación de los rayos X y gama provenientes de fuentes astrofísicas no puede efectuarse desde el suelo. La atmósfera absorbe prácticamente toda la radiación proveniente del espacio bajo esas formas de energía. De allí el desafío de idear un instrumento que, sujeto a un globo aerostático y apuntado automáticamente hacia un determinado sitio del espacio, pudiera ascender a grandes altitudes para captar, de manera más precisa, las informaciones sobre las fuentes cósmicas.

El lanzamiento del Masco, que debería efectuarse en octubre, aún no tiene una nueva fecha definida. Probablemente se haga en febrero. El problema son los cambios climáticos provocados por el fenómeno El Niño, con sus piruetas con el tiempo, que generan incertidumbre en el seno del grupo. Lo cierto es que la operación utilizará como base el campo de aterrizaje de Nova Ponte, una ciudad situada en la región conocida como Triângulo Mineiro, a 186 kilómetros de Belo Horizonte (capital del estado de Minas Gerais), en donde el tráfico aéreo es de baja intensidad.

Para garantizar la precisión de las imágenes captadas por el telescopio, que irá sujeto al globo en constante movimiento, fue necesario desarrollar un sistema para que el Masco permanezca siempre orientado hacia los objetos celestes y los registre con absoluta fidelidad, pese a los balanceos provocados por el viento. Para afrontar este desafío, los investigadores desarrollaron el Sistema de Apuntamiento y Referencia de Altura (SARA) con tecnología totalmente brasileña.

Dicho sistema reúne diversos recursos, entre éstos dos sensores solares. El primero es analógico, y es también conocido como rastreador, está compuesto por una cabeza óptica móvil, que actúa como una especie de girasol, buscando siempre al Sol e indicando su posición. El otro, que es digital, recibe los rayos solares y logra informar a las computadoras a bordo dónde está el astro con exactitud. Una brújula digital mide el desplazamiento del telescopio con relación al campo magnético terrestre.

El Masco posee también un sensor estelar que, con base en una imagen que contiene por lo menos tres estrellas, es capaz de comparar esa información con las coordenadas de referencia que carga en sus computadoras, determinando el apuntamiento del telescopio. Otros sensores importantes son el acelerómetro, el giroscopio y el Global Positioning System (GPS), el sistema de posicionamento global por satélite. El primero de éstos registra las aceleraciones del equipamiento. El giroscopio detecta los cambios de posición del telescopio, y no requiere de referencias externas, y el GPS informa su posición geográfica.

“Los sensores notan los cambios de posición y pasan esa información al software de control -también desarrollado acá-, que calcula aquello que debe ser corregido”, explica Villela. A continuación, la orden de corrección en el apuntamiento es enviada a la rueda de reacción -un dispositivo mecánico que ayuda al equipamiento a permanecer estable- y a los motores eléctricos, que tienen la misión de corregir la elevación con relación al horizonte y al acimut (el ángulo de dirección de los astros con relación al suelo terrestre) del telescopio.

El lado del Sol
Para que no se produzcan sorpresas desagradables, el equipo del Inpe cumple una rutina rigurosa y agotadora. Villela archiva en su computadora una especie de check-list , que enumera tanto los posibles problemas que el telescopio enfrentará como los cuidados necesarios para evitarlos.A la altura de vuelo del telescopio, la presión atmosférica es de aproximadamente 3 milibares, un número muy inferior a los 1.013 milibares registrados al nivel del mar; por lo tanto, el Masco estará envuelto en un ambiente sumamente enrarecido. Durante el período diurno del vuelo, habrá un lado del telescopio mirando hacia el Sol, mientras que el otro estará mucho más frío. Esa diferencia de temperatura podrá ascender a 20° Celsius.

El aire casi inexistente hace que los ventiladores de las computadoras no funcionen. Si esos equipamientos se calientan excesivamente, pueden averiarse. Los motores que integran el telescopio no pueden tener grasa. Al no haber oxígeno, la grasa se endurece, y el instrumento dejaría de funcionar. Los discos duros de las computadoras deben estar protegidos y blindados, para que funcionen con baja presión atmosférica y para que resistan al impacto de la caída, en el retorno del Masco a la Tierra. Y éstos son tan solo algunos de los apartados que forman parte de la lista de Villela.

“Luego del lanzamiento, si algún sistema falla, no hay retorno. Es como una sentencia de muerte”, compara. “Lo más cruel es que nos tenemos que anticipar a los posibles errores para poder corregirlos”. El problema, insiste Villela, consiste en que perderemos casi por completo el control de la situación, pues el telescopio ha sido proyectado para tener vida propia. Es una dinámica muy diferente de la de un experimento realizado en laboratorio. En ese caso, si algo no va bien, es posible interferir y corregir el rumbo.

Pero hasta ahora, la cosas están yendo acordes con lo previsto. En los últimos tres años, todos los sistemas del Masco, desde los sensores solares hasta el giroscopio, fueron probados tanto individual como conjuntamente. Pero no todo fue calmo. Durante todo este período hubo momentos de desesperación. En 1997, poco después de que el proyecto saliera de la fase de diseño, el equipo descubrió que la empresa brasileña que suministraba el tipo de aluminio especificado había parado de fabricarlo. Entonces se decidió importarlo de Estados Unidos. Mientras ellos esperaban que llegara un camión con las barras de aluminio de 6 metros cada una, fueron sorprendidos con la llegada de un Fiat Uno. Las piezas cabían una caja de zapatos. Sucedió que la empresa responsable del envío del pedido de importación se equivocó al anotar las medidas. La solución entonces fue usar aluminio casero, de otro tipo y de menor resistencia, y aplicarle refuerzos a la estructura.

Un detector mayor
Durante la construcción del Masco también se registraron hechos importantes. Una sociedad con el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen, sigla en portugués) permitió aprovechar y mejorar la tecnología de los detectores plásticos luminosos (eles emiten luz cuando reciben radiación) capaces de localizar y cuantificar la radioactividad en el cuerpo humano. Éstos fueron usados para la construcción del blindaje del telescopio. Esa capa de protección, de 1 metro de altura, hace que la cámara del instrumento lea solamente los rayos X y gama emitidos por el objeto que ésta analiza, evitando la interferencia de los fotones (la luz proveniente de las estrellas, por ejemplo) originados en otras regiones del espacio. A propósito, retornando a su aplicación primera, es posible actualmente construir detectores mayores que los anteriores, capaces de cubrir todo el cuerpo humano.

Ahora el grupo hace fuerza por el éxito del lanzamiento y por la vuelta, cuando se analizarán los datos y las imágenes producidas, una tarea que puede demorar hasta seis meses. Contando los días y las horas que faltan, Villela imagina cómo será la víspera del lanzamiento. Con el semblante serio, dice: “Dediqué una parte considerable de mi vida a este proyecto. Si fracasara… Pero el hacer ciencia implica riesgos. Si no fuese así… Yo hice una opción. Tengo que saber arreglármelas con eso”, dice, intentando convencerse de la idea, para enseguida añadir: “Pero si yo pudiera subir a bordo y controlar el telescopio…”

El Proyecto
Construcción de un Telescopio para la Obtención de Imágenes de Rayos X y Gama
Conclusión de la Construcción del Telescopio Masco
MODALIDAD
Línea regular de auxilio a proyecto de investigación
COORDINADOR
Thyrso Villela Neto – Inpe
INVERSIÓN
R$ 141.264,41 y US$ 21.667,00

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