Descripci√≥n de la carga útil

ProtoEXIST es un telescopio de rayos-x duros de amplio rango transportado por un globo estratosférico, que emplea la técnica de imagen de apertura codificada y utiliza detectores de Cadmio-Zinc-Telurio (CZT). Se trata de un proyecto de exploración tecnológica para el Telescopio de Alta Energia (High Energy Telescope or HET) del Energetic X-Ray Imaging Survey Telescope (EXIST) que es un programa propuesto para la implementación del Black Hole Finder Probe en el marco del programa de la NASA Beyond Einstein. Algunos de los objetivos de EXIST son la detección e identificación de agujeros negros, estallidos de rayos gamma y otras fuentes interesantes de radiación X en el cielo.

Como banco de pruebas para HET, los objetivos primarios del experimento ProtoEXIST son los de demostrar la viabilidad tecnológica de los modulos de imagen formados por agrupamientos de detectores de CZT, determinar sus propiedades de fondo en un ambiente quasi espacial, identificar la configuración óptima de blindaje y demostrar la alta performance de los telescopios de apertura codificada.

La figura de la izquierda muestra el esquema basica de la gondola que aloja a ProtoEXIST con los cuatro telescopios de mascara codificada, la camara estelar de apuntamiento y electronica de soporte. Los telescopios estan montados en un pivot de elevación descentrado que permite efectuar observaciones apuntando al cenit sin interferencias del mecanismo de rotación del globo o el tren de vuelo.

Los cuatro telescopios apuntan a la misma sección del cielo y poseen idénticos planos de detectores CZT (16x16 cm2 cada uno, 0.5 cm de grosor) para simplificar la comparación de la performance de las diferentes configuraciones de blindaje. Cada detector está rodeado por distintos paneles de blindaje que en el esquema de la izquierda se identifican con diferentes colores. Los cuatro telescopios poseen idénticos paneles activos traseros de CsI (color azul). Respecto de sus lados, el blindaje se presenta en dos configuraciones: dos telescopios (A y C) con una combinación de paneles de CsI activo (azul) y Pb-Sn-Cu pasivos (marron), y los otros dos (B y D) con paneles pasivos de Pb-Sn-Cu solamente. Asimismo hay dos tipos de campo de visión: estrecho (A y B) y amplio (C y D). Esta configuración de dos por dos permite una mejor identificación de cada componente de fondo ya sea interno o difuso.

Como es sabido, la obtención de imágenes por apertura codificada y la espectroscopía de rayos-x duros requieren detectores posicionales sensitivos con una adecuada resolución energética. A lo largo de la última década, la combinacion denominada CZT se ha transformado en el material más prometedor para la construcción de detectores de Rayos-X duros. Esto se debe a varias razones. El alto numero atómico de los elementos que lo forman detienen -en detectores de grosor razonable- los Rayos-X. Proveen una resolución energética substancialmente mayor que la de los centelleadores convencionales aproximandose a los valores generalmente obtenidos con el uso de spectrómetros de Germanio. Finalmente, pueden ser operados a temperatura ambiente lo que los hace muy atractivos a la hora de evitar complejos sistemas de enfriamiento.

Para la construcción de las máscaras codificadas se utiliza una técnica de grabado laser sobre cinco capas de placas de Tungsteno de 1 mm de espesor cada una, laminadas. El uso del mismo tamaño de pixel para todas las máscaras otorga una resolución posicional similar para los cuatro telescopios permitiendo una más fácil comparación de la performance de obtención de imagenes entre las diferentes configuraciones.

El compartimiento presurizado tiene forma cilíndrica con un diametro de 1.2 mts. y una altura de 0,50 mts. Para poder utilizar un contenedor de tamaño tan reducido fue necesario montar las máscaras y la parte superior de los blindajes pasivos laterales encima de el, sobre 4 ventanas transparentes a la entrada de Rayos-X. El cilindro contiene también cuatro compartimientos donde se ubican la electronica de control, la computadora de vuelo, el modulo de electronica de los blindajes, la electronica de la fuente de calibración y las baterías.

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

 

Sitio de lanzamiento: Scientific Flight Balloon Facility, Nuevo Mexico, EEUU  
Hora lanzamiento: 14:40 utc
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF)
Globo: Globo de Presión Cero  
Nº de vuelo: 602N

Luego de cuatro intentos infructuosos de lanzamiento debido a las condiciones climáticas y un lanzamiento abortado debido a una falla en un tubo de inflado del globo, la misión se inicio con el lanzamiento del globo por metodo dinámico con asistencia del vehiculo lanzador (Big Bill) el 9 de Octubre a las 14:45 utc. Luego de una fase nominal de ascenso, el balón alcanzó la altura de flotación de 130.000 pies a las 17:00 utc, iniciando un periplo hacia el Noreste, cruzando Texas, Oklahoma y llegando a Kansas. A la derecha se puede apreciar un mapa que muestra el trayecto seguido por el ingenio (click para ampliar).

El vuelo fue terminado desde el aeroplano de seguimiento a las 23:35 utc utilizando procedimientos visuales para la separación del paracaidas. La carga util aterrizó en un campo de Maiz localizado a 36.5 millas náuticas al NE de Hays, Kansas desde donde fue recuperada al dia siguiente.

El tiempo total de vuelo fue de 9 horas y 40 minutos.

La performance total del telescopio incluyendo los detectores CZT fue excelente. El equipo cientifico logró cumplir los tres objetivos principales de la misión: 1) medir los valores de fondo capatdos por el detector y la performance total en condiciones casi espaciales; 2) verificar la parte termica y depoder del instrumento asi como tambien las funciones globales de los detectores y 3) obtener una imagen de primera luz de una fuente brillante de radiación X. Los valores de fondo se mantuvieron estables durante todo el vuelo mientras que la incidencia de rayos cosmicos pesados y la subsecuente saturación de carga no afectaron el trabajo ni a los detectores ni a los sistemas computacionales.

Durante el corto vuelo, la unica fuente celeste al alcance mas brillante de ~100 mCrab (detectable por el detector de campo amplio de 256 cm2 en una hora) fue Cyg X-1 durante la parte final del vuelo. Aproximadamente se la observo durante una hora pero con apuntamiento estable unicamente durante los ultimos diez minutos lo que produjo su detección a unos 6.5º fuera del centro del campo de visión. Dicho desfasaje se debió a una falla en el Sistema Diferencial de Posicionamiento Global (DGPS).

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión

Vista de los preparativos previos al lanzamiento desde la webcam de Fort Sumner (Imagen: StratoCat) Vista de los preparativos previos al lanzamiento desde la webcam de Fort Sumner (Imagen: StratoCat) Vista del inicio del proceso de inflado a traves de la webcam de Fort Sumner (Imagen: StratoCat) Vista del proceso de inflado a traves de la webcam de Fort Sumner (Imagen: StratoCat) El globo en pleno vuelo tomado por un fotografo profesional desde Ruidoso, Nuevo Mexico. El balón se encontraba a 185 millas (Imagen: David Tremblay)