Descripción de la carga útil

El experimento TIMAX fue el primer telescopio para la obtención de imagenes de fuentes de Rayos-X duros enteramente concebido, construido y lanzado por un pais del hemisferio sur. Fue un prototipo de un telescopio mas avanzado llamado MASCO que sería construido y probado por el INPE diez años despues.

La mascara codificada utilizada en TIMAX consistió en una matriz de 2x2 de repetición cíclica de un patrón básico URA de 7x5 elementos, adosada en uno de sus lados a una rueda de fibra de carbono (material completamente transparente a los rayos-x duros). Cada elemento opaco medía 4.45cm de lado y estaba compuesto de una capa de 3mm de espesor de plomo y de 1mm de espesor de cobre. En el lado opuesto de la rueda una barra que tambien formaba parte del patron de la máscara y del mismo material que ésta era soportada de manera tal que le permitia rotar libremente alrededor del centro de la máscara. Si la barra rotaba 90º y la mascara 180º los cientificos obtenian una antimascara de la mascara original. Esta fue una nueva y elegante forma de tener una antimascara en un telescopio de apertura codificada sin necesidad de incrementar el peso del experimento ni agregar complejos sistemas mecánicos que siempre han sido complicaciones extra para este tipo de experiencias.

El plano de detectores sensibles a la posición (PSD) estaba compuesto por 35 detectores cilindricos de NaI(Tl), de un espesor de 2 mm y 4.45 cm de diametro, con una superficie sensitiva util de 3.18 cm en cada uno, dispuestos en una matriz de 7x5 elementos de manera de compatibilizarlos con el patrón URA usado en la máscara. El area geométrica total era de ~400 cm2. cada detector estaba acoplado a un fotomultiplicador y estos eran alimentados por 5 unidades de alto voltaje (900 V). Los detectores operaban en el rango de energias entre 30 y 100 keV, con discriminadores de nivel bajo y nivel alto. El sistema completo de detección estaba blindado pasivamente en sus lados y en su parte trasera por placas compuestas de cobre y plomo.

Cada pulso producido en un fotomultiplicador por un evento de centelleo debido a la interacción de los Rayos-X con uno de los detectores era analizado en 32 canales de energia diferentes. Luego, la electronica de a bordo identificaba el detector en donde se había producido el evento, agregaba el tiempo exacto a partir del reloj interno del sistema y finalmente un microprocesador formateaba toda la información, incluyendo datos de la gondola (temperatura, presión atmosferica, etc.) para su consiguiente transmisión por telemetría. No existía la posibilidad de almacenar datos.

Para permitir el apuntamiento del telescopio en angulos de elevación altos, su sistema de soporte fue diseñado para ubicarse de forma descentrada en la gondola. De esta manera, el sistema de detectores, incluyendo el colimador, los elementos de blindaje, y la mascara codificada montada en la rueda de fibra de carbono junto con el motor que la accionaba, fueron colocados en uno de los lados de la gondola en una especie de estructura similar a una torre metalica estructural, soportada y balanceada por su eje horizontal permitiendo al telescopio apuntar a un punto especifico de elevación. En el otro lado de la gondola fueron colocados los racks conteniendo la electronica de a bordo, los sistemas de telementría y las baterias. Toda la estructura rotaba en azimuth, mientras que el apuntamiento era controlado y estabilizado por un sistema basado en un sensor geomagnético con una precisión de 1º en tanto que el azimuth de la torre del telescopio era controlado por un eje codificado con una precisión de 0.5º. El sistema de apuntamiento podía ser operado en forma manual a traves de comandos específicos enviados desde el control de tierra o en modo semi-automatico siguiendo el paso por el cielo de la fuente de Rayos-X bajo observación, a partir de su posición inicial y conociendo el vector de velocidad del globo.

El peso total del conjunto era de 600 kgs.

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

Sitio de lanzamiento: Aeroporto de Birigui, Sao Paulo, Brasil  
Hora lanzamiento: 21:27
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Globo: Globo de Presión Cero Winzen - 186.000 m3
Peso carga útil: 600 kgs

El globo fue lanzado desde el Aeropuerto de Birigui el 8 de junio de 1993 a las 21:27 UTC, por personal del Centro de Lancamento de Baloes del INPE.

Luego de una fase inicial de ascenso sin problemas, el balon alcanzó una altura de flotación de 42.4 km a las 24:00 UTC, y se mantuvo a esa altitud durante 8 horas.

Las condiciones fueron excelentes tanto desde el punto de vista de las operaciones de lanzamiento y vuelo, como desde el punto de vista científico para la observación astronómica prevista.

La temperatura externa a la altura de vuelo del globo se mantuvo en -30º C, lo que fue totalmente inesperado ya que la media típica para 40 km en esas latitudes está en el orden de los -13º C. Debido a esta temperatura anómala a pesar de haber utilizado aislantes térmicos de poliestireno (que usualmente mantienen la temperatura 10º C por encima de la del ambiente) la temperatura interna experimentó variaciones en altura de entre -8º C y -24ºC causando que las baterias que alimentaban a la electronica de los detectores fallaran ~25 minutos despues de alcanzar el techo de vuelo. (Examenes post-vuelo en camara termica mostraron que la falla se producía a los -12º C.)

De todas maneras y a pesar de la falla, las baterias que alimentaban al resto de los sistemas operaron normalmente (eran de otro tipo), de manera que el equipo de tierra pudo registrar parametros de abordo de la gondola y efectuar observaciones del espectro de fondo de rayos X Duros.

Estas mediciones permitieron a los investigadores calcular la sensibilidad del experimento, mostrando que los objetivos cientificos de TIMAX eran factibles.

Referencias externas y fuentes bibliográficas