La NASA trabaja en nuevo instrumental laser para estudiar Titán, la luna de Saturno
En Titán, la luna gigante de Saturno, llueven metano líquido y otros hidrocarburos, formando ríos, lagos y mares sobre un paisaje de agua helada. La compleja química de este satélite helado podría ser análoga al período en el que surgió la vida en la Tierra, o podría producir un tipo de vida completamente nuevo.
E incluso más lejos, a años luz de distancia en el
espacio profundo, un agujero negro destroza el núcleo ultradenso de una
estrella muerta, deformando el tejido del propio espacio y enviando ondas de
espacio-tiempo que se propagan a través del universo.
En el Space Laser Assembly Cleanroom (SLAC) en el
Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, la División de
Láser y Electroóptica está construyendo láseres para la misión Dragonfly de la
NASA a Titán y la Laser Interferometer
Space Antenna (LISA) de la Agencia
Espacial Europea (ESA), que medirá ondas en el espacio-tiempo causadas por
colisiones masivas.
La SLAC, en Goddard, es un centro experimentado en
el arte y la ciencia de construir láseres para instrumentos avanzados para
explorar entornos exóticos y extremos como los
investigados por Dragonfly y LISA.
“Los láseres son difíciles, no “quieren” funcionar”,
dice Barry Coyle, físico de NASA Goddard,
“Todo tiene que ser perfecto”, dijo Coyle.
Es por eso que ensamblarlos en un solo lugar es tan
crítico para la eficiencia, tanto en producción como en costos. Esta es la idea
del SLAC, y se concibió poco después del lanzamiento de ICESat-1. El ICESat-1
albergaba el sistema de altímetro láser de geociencia, que se produjo en una
instalación conjunta de la Universidad de Maryland y Goddard. Aunque el láser
funcionó bien, según Coyle, producir sistemas láser para vuelos espaciales
fuera de la NASA podría ser costoso e ineficiente.
Coyle dijo que él y otros se dieron cuenta de que
estos gastos podrían reducirse si los láseres se produjeran en un laboratorio
interno. Además, se podría ahorrar tiempo y energía.
“Pamela Millar, jefa de la Oficina de Tecnología de
Ciencias de la Tierra, era la jefa de la rama de teledetección en ese momento y
lideraba el trabajo para asegurar los fondos para el SLAC”, dijo Coyle. Desde entonces,
el laboratorio ha estado produciendo láseres.
Actualmente, el equipo de Goddard está desarrollando
un láser ultravioleta (UV) en el SLAC, el láser del espectrómetro de masas
Dragonfly (DraMS), para la misión Dragonfly. La misión consta de un módulo de
aterrizaje de helicóptero diseñado para realizar múltiples paradas en la
superficie de Titán. El módulo de aterrizaje, diseñado y construido en el
Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Laurel, Maryland, llevará un
conjunto completo de instrumentos para estudiar muestras de materiales para
obtener un mayor conocimiento de la composición de la superficie y otras
propiedades de la luna.
El ingeniero láser de Goddard, Matt Mullin, está
trabajando actualmente en el láser DraMS, su trabajo diario implica construir o
alinear el hardware, construir el láser o ejecutar pruebas en subcomponentes.
“Básicamente, el rayo láser UV se enfocará hacia una
copa de muestra, que contiene algunos de los materiales de la superficie de
Titán. El rayo desorberá compuestos moleculares de la muestra y excitará iones
(átomos y moléculas con una carga eléctrica neta) para ser captados en el
espectrómetro de masas que los científicos pueden usar para detectar de qué se
compone esa muestra”, dijo.
“El láser es emocionante porque está volando en una
misión de New Frontiers”, dijo Mullin. El programa New Frontiers es una
iniciativa de la NASA que tiene como objetivo financiar misiones que explorarán
partes del sistema solar que se consideran de alta prioridad en la ciencia planetaria.
“Hemos enviado una sonda a Titán en el pasado, pero
este instrumento y esta misión están destinados a resolver muchos de los
misterios relacionados con esta luna, continuando una exploración anterior”,
dijo Mullin. “Y ver si esta luna podría albergar alguna forma de vida sería muy
interesante”.
Sin embargo, las temperaturas extremadamente frías y
el metano en la atmósfera de Titán y en su superficie suponen un obstáculo.
“¿Cómo se consigue un láser allí y cómo se consigue
que funcione allí?” Dijo Coyle. “Esos son los dos desafíos”.
Es fundamental que el instrumento sea lo más pequeño
posible y que se minimice el peso y el consumo de energía. Además de eso, los
láseres necesitan las condiciones perfectas para funcionar correctamente.
“Aprovechar fotones (partículas de luz) para hacer
lo que quieres, es muy difícil”, dijo Coyle.
Sin SLAC, producir el láser implicaría mucho
movimiento entre estructuras con equipos separados trabajando en él.
“Ayuda tener una ubicación central donde podemos
hacer la unión óptica, el montaje de limpieza, toda la infraestructura aquí; es
genial”, dijo Coyle.
Además de su trabajo en Dragonfly, en el laboratorio
se construirán láseres diseñados por la NASA, como contribución a la misión
LISA liderada por la ESA. LISA será el primer observatorio espacial de ondas
espacio-temporales, llamadas ondas gravitacionales. La ESA busca probar la
teoría de la gravedad de Einstein midiendo las ondas gravitacionales en el
espacio, generadas por eventos extremadamente violentos como las colisiones de
agujeros negros.
“El SLAC es un lugar perfecto para que construyamos
los láseres LISA”, dijo Anthony Yu, líder de desarrollo de productos para el
láser LISA. “Los láseres LISA tienen muchos requisitos estrictos y necesitamos
instalar estaciones de prueba in situ, para verificar el rendimiento del láser
durante el proceso de construcción. El SLAC nos permite configurar estaciones
de prueba especializadas para probar el láser en tiempo real y también cuando
se somete a pruebas de ciclos de vacío térmico después de ensamblarlo”.
Paul Stysley, director asociado de la rama de láser
y electroóptica de Goddard, y director de desarrollo de productos para el láser
DraMS, dijo que el corazón y el alma de SLAC está en la forma en que agiliza el
desarrollo tecnológico y la producción de láseres.
“Lo que hace que el SLAC sea único es tener una
ubicación centralizada para desarrollar, construir y probar sistemas láser de
vuelos espaciales”, dijo Stysley. “Se cuenta con un flujo de productos y una
infraestructura para desarrollar, probar ambientalmente y monitorear un diseño
láser desde la cuna hasta la tumba, para una misión de vuelo espacial que
conduzca a una reducción significativa de los riesgos y costos técnicos”.
Mullin dijo que trabajar en Dragonfly y con el
equipo ha sido increíble.
“El verdadero placer y la parte emocionante ha sido
trabajar con algunos de los mejores ingenieros y científicos del mundo en este
proyecto”, dijo Mullin. “Recuerdo haber visto en el Discovery Channel sobre la
exploración futura de lunas exteriores como Europa o Titán, pero nunca imaginé
que estaría en uno de los equipos que ayudarían a explorarlo”.
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