Descripci├│n de la carga útil

Este telescopio infrarrojo fue desarrollado en el marco del proyecto Astronomía en el Lejano Infrarrojo (ALlR) de allí su sigla y su objetivo fue la búsqueda y observación de fuentes celestes que emitieran en el rango de 45-350 µm el cual no es observable desde telescopios instalados en tierra.

El ALIR I consiste basicamente en un telescopio montado en una plataforma estabilizada, acoplado a un detector bolometrico y fue el primer desarrollo complejo de un instrumento para globos estratosféricos realizado integramente por cientificos y tecnicos del Instituto de Astronomía y Física del Espacio y con la colaboración de otras instituciones cientificas de la República Argentina. A la izquierda puede verse un esquema de la distribuci˛n de sus componentes y un detalle de la configuraci˛n del detector (click para ampliar).

Consta de un telescopio del tipo Cassegrain (Dall-Kirkham), con un espejo primario de 30 cm de diámetro, construido en aluminio, con una capa de niquel que posee un campo de visión de 12 minutos de arco. El espejo secundario, también de aluminio, es oscilante, con una amplitud de entre 12 y 24 minutos de arco, modificable por telecomando. Ambos espejos fueron construidos con la colaboración del Observatodo Astronómico de Universidad Nacional de La Plata.

El detector es un bolómetro de Germanio-Galio enfriado con Helio liquido, montado en un dewar a una temperatura de trabajo de 2ºK. Cuenta además con tres filtros, intercambiables por telecomando, mantenidos a la misma temperatura y que permiten hacer fotometría en tres bandas: 45-80 µm, 80-120 µm, y 120-350 µm.

Todo el conjunto se monta sobre una gondola orientable. La estabilización en azimut se logra gracias a la referencia obtenida por un magnetómetro de la componente horizontal del campo magnético terrestre. La cupla para hacer girar y orientar la plataforma la provee el motor de apuntamiento reaccionando contra un volante de inercia ubicado en la parte superior de la estructura. El magnetometro es accionado por medio de un motor paso a paso, accionado por telecomando. Al hacerlo girar en un angulo dado alrededor del eje vertical de la plataforma, ésta girará automáticamente en el espacio un angulo igual pero en sentido contrario. De esta forma es como se orienta el telescopio en el ángulo azimutal deseado.

Para reducir los errores de apuntamiento durante el vuelo, se realizan intermitentemente observaciones de fuentes infrarrojas conocidas (Jupiter, Marte, etc.) que permiten, en el análisis posterior de los datos, disminuir el error absoluto hasta unos 15 minutos de arco, asi como tambien ayudan a calibrar el valor absoluto de los flujos detectados.

La electrónica de detección está compuesta por una etapa preamplificadora provista con el detector, un filtro pasabanda, una etapa de ganancia variable conmutable por telecomando, un rectificador sincrónico con ganancia y constante de integración conmutable por telecomando, y un adaptador de nivel para salida asimétrica. Consta, además, de un oscilador que mueve, a través de una etapa de control de amplitud, el espejo secundario. Este control puede ser variado por telecomando para cambiar su amplitud de oscilación.

La transmisión de la información hacia la estación receptora se hace mediante un sistema PCM que posee una capacidad de transmisión de 1000 bits/segundo. Las variables transmitidas son la tensión de salida del bolómetro, la posición angular del telescopio tanto en elevación, como en azimut y error de azimut (lo que permite reconstruir a posteriori, las zonas del cielo efectivamente observadas), el estado de algunos sistemas tales como filtros, ganancia del amplificador, amplitud de oscilación del espejo secundario, etc. y algunos parámetros internos como ser la temperatura de distintos puntos del equipo, la tensión de batería, etc.

El sistema de telecomando opera en 138 MHz y tiene una capacidad de 15 ordenes que se activan por teclado desde la estación de tierra, y se obtienen por la combinación de 4 tonos básicos. Como codificadores y decodificadores de tono se usan relés sintonizados de alta selectividad y estabilidad, los cuales poseen una latencia del orden de los 2 segundos.

La energía utilizada por el equipo es provista por tres baterías de 12 V de Pb-ácido, lo que le otroga una autonomía de vuelo de aproximadamente 10 horas. Las baterías están contenidas en cajas de aluminio cerradas provistas de una válvula que asegura que la presión interna se mantenga próxima a la presión normal.

EVOLUCION DEL INSTRUMENTO

Luego de los dos primeros vuelos de abril de 1979, se introdujeron algunas modificaciones en el sistema de apuntamiento, especificamente en la cupla que el motor aplica a la plataforma para mantenerla orientada con un angulo azimutal dado, la cual pasó a ser controlada teniendo en cuenta la señal de error azimutal dada por el magnetómetro, y la velocidad de rotación del equipo. Asimismo se incorporó al sistema de apuntamiento un giróscopo que ayudó a aumentar la estabilidad del sistema aun frente a perturbaciones externas tales como la oscilación del tren de vuelo.

Debido a las bajisimas temperaturas a altura de flotación (aproximadamente -60º C) ademas de aislar termicamente los distintos sistemas electricos, fue necesario proveer fuentes internas de calor en diversas partes del telescopio.

La incorporación del giróscopo y el mayor consumo para calefacción obligaron a agregar una bateria más al equipo ampliando la capacidad de 70 Ah a 105 Ah. Todos estos agregados llevaron a redimensionar la estructura de la gondola que en el diseño primitivo tuvo que hacerse muy reducida por el límite que imponia la carga máxima de los globos usados en los primeros vuelos.

Los cambios realizados no solamente significaron un cambio en las dimensiones sino que se construyó una estructura que permitía la reparación rápida luego de un vuelo al estar constituida por un marco rígido que soporta el telescopio y una estructura exterior modular construida con tubos de aluminio.

En los vuelos de octubre de 1979 está estructura mostró ser muy resistente en la caida y fácil de reparar.

Estos cambios en su conjunto aumentaron el peso de la carga cientifica hasta unos 225 kg.

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

Trayectoria de los lanzamientos efectuados en 1979 desde Mendoza

Sitio de lanzamiento: Aeropuerto Municipal de Mendoza, Argentina  
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: CNIE - División Globos
Globo: Globo de Presión Cero 20.000 m3
Peso carga útil: 225 kg

El globo fue lanzado el 16 de Octubre de 1979 a las 20:29 hora local utilizando el método dinámico con asistencia de vehiculo lanzador, alcanzando una altura de flotación de 30 km en aproximadamente 2 horas.

Poco despues de las 4:20 horas del dia siguiente, luego de un vuelo nivelado cercano a las 6 horas, y cuando ya se había consumido el Helio liquido del detector, se decidio finalizar la misión. La señal de separación fue transmitida desde el avión de seguimiento aterrizando la carga útil 40 km al sudoeste de la localidad de Unión en el sur de la Provincia de San Luis. Al tocar tierra la gondola fué arrastrada por el paracaídas sufriendo algunos daños, si bien ninguno de ellos fue grave.

Este fue el quinto vuelo del instrumento.

El plan de observaciones contemplaba la busqueda de fuentes en la zona de Vela, en la nebulosa de Gum, la observación de nubes moleculares y el planeta Marte como fuente de calibración.

La performance del sistema de detección estuvo sensiblemente por debajo de los valores máximos alcanzables con el tipo de detector utilizado, debido a la presencia de una radiación de fondo relativamente intensa cuyo origen esta en el funcionamiento del espejo secundario.

Por su parte, el sistema de apuntamiento funcionó satisfactoriamente con una clara mejora en la estabilidad azimutal, alcanzando los 3 minutos de arco. El motor del mecanismo de elevación siguió mostrando signos de excesivo enfriamiento a pesar de estar calefaccionado, pero aun asi no afectó grandemente la performance del sistema, no obstante apareció una falla que no permitió elevar el telescopio más allá de los 22º lo que redujo algo el plan de observaciones.

Durante el vuelo surgieron inconvenientes en la telemetría, originados, según pudo comprobarse a posteriori, en la antena emisora que sufrió un tirón en el momento del lanzamiento. Pero a pesar de la pobre relación señal/ruido, fué posible rescatar el 90% de la información.

Referencias externas y fuentes bibliográficas