Una misión de radar de alta resolución al 'gemelo malvado' de la Tierra Venus, una nave espacial para detectar las explosiones más poderosas del Universo y un observatorio para el frío, cosmos polvoriento para investigar el origen de las estrellas:la Instalación de Diseño Concurrente de la ESA ha realizado estudios de viabilidad de candidatos contendientes para la quinta misión de clase media en el programa de ciencia Cosmic Vision de la Agencia. planeado para su lanzamiento en 2032.

La instalación de diseño concurrente, o CDF, parece una sala de control de vuelo, por encima del conjunto principal de laboratorios espaciales en el corazón técnico de la ESA en los Países Bajos. Las consolas interconectadas se colocan frente a una pared multimedia de 6 m de largo, para albergar a representantes de todas las disciplinas de las misiones espaciales. Sin embargo, este no es un lugar para dirigir satélites, sino para crearlos.

Aquí se reúnen equipos de expertos para realizar estudios iniciales de las misiones futuras propuestas, estableciendo rápidamente su viabilidad antes del desarrollo industrial de seguimiento. La CDF ha realizado más de 250 estudios hasta la fecha en más de 20 años de operaciones, incluyendo numerosas misiones que se han desarrollado para el espacio como Solar Orbiter, Athena y OpsSat.

"La ingeniería concurrente implica reunir a todos los expertos necesarios en una sola sala para trabajar juntos en tiempo real, "explica Massimo Bandechhi, fundador de la CDF.

Al igual que un equipo de control de la misión, representantes expertos de todos los sistemas de naves espaciales se unen, incluyendo estructuras y configuración, mecanismos, dinámica de vuelo, poder, control térmico y propulsión, así como especialistas en riesgo técnico, organización e ingeniería de costes. Este trabajo en equipo combinado en un diseño para cumplir los objetivos de la misión dentro de la masa establecida, límites de costo y tiempo.

"La colaboración se basa en un modelo de software compartido de la misión. La configuración de este modelo se actualiza a medida que se realiza cualquier alteración del subsistema, mostrando los impactos a nivel de sistema de cada actualización para todos a la vez. Con todas las disciplinas contribuyendo al mismo tiempo y lugar, abordamos los problemas desde todos los puntos de vista, convertir un proceso naturalmente secuencial en algo más 'concurrente' ".

La FCD realizó recientemente estudios de los tres candidatos a la misión M5 de la Dirección de Ciencias de la ESA, definir los conceptos de la misión en detalle y ver cómo operarían en la práctica, Identificar las tecnologías críticas necesarias para hacer posible cada misión y analizar su posible costo de desarrollo. riesgo y cronograma.

Visualizar

EnVision es una misión para volar un sistema de radar de alta resolución a nuestro vecino planeta invernadero Venus para detectar el movimiento del suelo a escala centimétrica como evidencia de la actividad volcánica actual. además de llevar una sonda de radar subterránea y un conjunto de espectrómetros para examinar los gases traza en su espesor, Atmósfera tóxica.

El estudio de la CDF descubrió que las condiciones de Venus tienen consecuencias para el diseño del instrumento principal:se eligió la frecuencia del radar para minimizar la interferencia de las gotas de ácido sulfúrico de cambio de fase en la atmósfera.

El estudio consideró opciones de propulsión química y eléctrica para la nave espacial, y analizó cómo EnVision podría aprovechar la atmósfera de Venus para poner en órbita un aerofreno. La nave espacial debería tener en cuenta la temperatura más alta de la órbita de Venus, el doble de lo normal en la Tierra, con pintura negra, Envoltura de aislamiento multicapa de 10 capas, tubos de calor y reflectores ópticos de superficie.

También se plantearon problemas térmicos para el segmento terrestre de la misión, con crioenfriamiento propuesto para maximizar la sensibilidad de la antena para una mejor recuperación de los resultados de la misión. EnVision se está estudiando como una misión de la ESA con importantes contribuciones de la NASA.

Teseo

Teseo un acrónimo de Transient High Energy Sky y Early Universe Surveyor detectaría fuentes de rayos X y rayos gamma en todo el cielo. En particular, Theseus está diseñado para lograr un gran avance en el descubrimiento de Gamma Ray Burst (GRB) a escalas de corrimiento al rojo cosmológico.

Se cree que estas explosiones masivas de galaxias distantes son causadas por el colapso de estrellas supermasivas de los primeros mil millones de años del Universo. ofreciendo información sobre la primera generación de estrellas, y por la fusión de estrellas de neutrones, este último tipo de evento también produce ondas gravitacionales.

Theseus llevaría un telescopio infrarrojo (IR), un generador de imágenes de rayos X suave y un espectrómetro de rayos X y gamma (o 'rayos y'). Al ubicar rápidamente cada nueva fuente transitoria de alta energía dentro del campo de visión del telescopio infrarrojo, a una línea de base de menos de 10 segundos, Theseus podrá caracterizar las propiedades de la galaxia anfitriona donde ocurrió el GRB, y lo más importante, su distancia.

El estudio de la CDF lo colocó en una órbita terrestre baja casi ecuatorial para maximizar su contacto con las estaciones terrestres, lo que le permitió generar la alerta rápidamente para las observaciones terrestres de seguimiento. Orbitaría con una inclinación suficientemente baja para minimizar la exposición a la radiación de la Anomalía del Atlántico Sur, una torcedura en el campo magnético protector de la Tierra.

Spica

Spica es un proyecto conjunto europeo-japonés que ofrece una mejora significativa en las capacidades espectroscópicas y de estudio del infrarrojo lejano, capaz de mirar a través de las nubes de polvo que normalmente oscurecen los lugares de nacimiento de las estrellas.

Operaría desde el segundo punto Lagrange Tierra-Sol, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en la dirección opuesta al Sol, con un telescopio de 2,5 m de diámetro enfriado activamente.

El estudio de la CDF incluyó un análisis de cómo Spica se beneficiaría de la herencia tecnológica de las misiones Herschel y Planck de la ESA, así como de los sistemas de control de actitud necesarios para desplazarse entre sus objetivos astronómicos.

También se dieron opciones para el almacenamiento de datos a bordo de la misión, sistema de comunicaciones y segmento terrestre, para devolver sus hallazgos al suelo.

Próximos pasos

Los tres estudios tenían como objetivo minimizar el uso de nueva tecnología y maximizar las piezas comerciales disponibles, para la mejor combinación de costo y riesgo. Con la viabilidad de los tres conceptos de misión establecidos, ahora proceden a contratos industriales paralelos, para producir diseños detallados para futuras selecciones.