Descripci√≥n de la carga útil

PoGOLite es un instrumento diseñado para medir la polarización de los fotones en el rango de energía de 25 ~ 80 KEV. Su principal objetivo es investigar la geometría y los procesos inherentes a objetos tales como púlsares, nebulosas de viento pulsar, discos de acreción, jets y estrellas de neutrones altamente magnetizadas. A la izquierda se puede ver un esquema del instrumento montado en la góndola (haga clic para ampliar).

El corazón del instrumento emplea una matriz hexagonal de detectores, que consiste en células detectoras phoswich (PDC) rodeadas por un sistema de anticoincidencia lateral segmentado (SAS). Cada PDC consiste en un centelleador lento, hueco, junto con un cristal de germanato de Bismuto (BGO) para el rechazo de eventos fuera del eje, y un centelleador rápido para la detección de eventos de polarización. El centelleador lento está situado en la entrada del instrumento y actúa como un colimador para detectar partículas y fotones que no llegan desde la dirección de la fuente. Cada centelleador lento es hueco para permitir que los fotones provenientes de la dirección de la fuente pasen a través del centelleador rápido, que está directamente debajo. El cristal BGO justo debajo del centelleador rápido indica cuándo un fotón o partícula entra en el detector desde abajo. El centelleador rápido se utiliza para determinar la polarización de los fotones entrantes. Cada unidad del sistema de anticoincidencia lateral comprende tres cristales BGO pegados entre sí, para el rechazo de eventos de fondo desde los lados, formando un escudo alrededor del conjunto de PDCs y permitiendo el veto de eventos que inciden sobre uno de estos detectores laterales. Un tubo fotomultiplicador se une a cada unidad PDC y SAS para la detección de un solo fotoelectrón.

La configuración actual de la misión POGOlite Pathfinder incluye 61 PDC y 30 unidades SAS. En un vuelo futuro, el instrumento completo contará con 217 PDC y 54 unidades SAS.

En la estratósfera, se producen neutrones como resultado de la dispersión en la atmósfera de los rayos cósmicos y éstos dominan el fondo. Así, es importante que solamente se cuenten los eventos de dispersión de un fotón proveniente de la fuente. Para ello, se emplean tanto sistemas de rechazo pasivos como activos. Un neutrón que llega desde el lado del polarímetro producirá un evento de dispersión muy parecido al producido por un fotón de la fuente, por lo que se colocan capas gruesas de polietileno debajo de las PMT y por fuera del instrumento para absorber los neutrones. El SAS se coloca alrededor de la matriz PDC con el fin de determinar si una partícula entró en el instrumento desde el lado, y los cristales BGO por debajo de los centelleadores rápidos para permitir un posterior rechazo de particulas de fondo. El campo de visión es estrecho, para que los centelleadores lentos puedan colimar los fotones que llegan a los centelleadores rápidos, mientras que el sistema de apuntamiento asegura que el instrumento se mantiene apuntando al objetivo durante cada ronda de adquisición de datos.

La electrónica de adquisición de datos consta de doce placas FADC (Flash Analog to Digital Converters), una tarjeta de entrada / salida digital, una computadora SpaceCube y dos placas de enrutador que conectan los otros componentes a través del estándar SpaceWire de la ESA. Durante una sesión de observación, los datos (formas de onda de polarización) se almacenan en cualquier placa FADC disponible. Una vez que se obtiene suficiente información, el SpaceCube la almacena en una tarjeta CompactFlash. Después de cada sesion de toma de datos se almacenan en una unidad de disco de estado sólido integrada, para que sea accesible desde la estación en tierra.

Como POGOlite ha sido concebido para observar fuentes puntuales, es de suma importancia contar con un sistema fiable de señalización / estabilización. Para ello el equipo científico desarrolló el llamado sistema de control de actitud (ACS). Se compone de un sistema GPS diferencial, dos giroscopios (fibra óptica y micromecánico), acelerómetros, magnetómetros y un rastreador rápido de estrellas conectado en tiempo reala un pequeño ordenador. Todo esto se complementa con un rastreador de estrellas más lento que calcula el ángulo de visión exacta ajustando las ubicaciones de las estrellas en el campo de visión a las coordenadas de los objetos en una base de datos. El instrumento está conectado al tren de vuelo de globo a través de un sistema de desacople de giro que junto con una rueda de compensación permite contrarrestar las perturbaciones lentas inducidas por la dinámica del globo. Un motor de elevación permite ajustar el ángulo de orientación hacia la mayoría de las áreas del cielo. Para evitar efectos no deseados, todo el polarímetro gira alrededor de su eje de visión durante la adquisición de datos por medio de un sistema de cojinetes y un motor. Para cada evento de polarización, se registra el ángulo de rotación del instrumento.

Los detectores, fotomultiplicadores y electrónica se ubican dentro de una serie de contenedores presurizados y conectados entre si para mantenerlos a 1 atmósfera de presión y a una adecuada temperatura de trabajo. El rastreador de estrellas lento y otros dispositivos se ubican en contenedores presurizados separados. El instrumento es controlado por medio de un ordenador de a bordo en tiempo real que se comunica con el sistema de control de actitud y el rastreador de estrellas lento para controlar y monitorizar el apuntamiento, el sistema de refrigeración y los contenedores. La computadora también inicia las operaciones de adquisición de datos y ordena el almacenamiento de los datos de status del instrumento en la unidad de estado sólido integrada.

El polarímetro, junto con el sistema de control de actitud, se montan en una góndola de dos piezas de 5 metros de altura que fue especialmente diseñada por los ingenieros de la agencia espacial sueca. La parte superior está conectada al bastidor ACS y también proporciona un punto de montaje para los radiadores y la bomba del sistema de refrigeración. La parte inferior contiene baterías, electrónica de control de potencia y equipo de comunicaciones. El bastidor de góndola está cubierto con paneles tipo panal de abeja que mejoran la rigidez estructural y ayudan a proteger el polarímetro de daños durante el aterrizaje. En la parte superior de la góndola se encuentran dos barras de fibra de vidrio que se extienden a cinco metros de cada lado. Tienen una antena GPS montada en cada extremo para permitir el funcionamiento del sistema GPS diferencial. Otras antenas (para el sistema Iridium, para comunicaciones por sobre el horizonte, sistemas de vuelo Esrange y magnetómetros para el sistema ACS) también se encuentran allí. Debajo de la góndola inferior, se monta una estructura cuadrada que rodea la gondola donde se ubican cinco paneles solares por lado. Asimismo alli se enganchan los amortiguadores de impacto, los contenedores de lastre y las antenas de comunicación del sistema E-Link.

Video de las operaciones de lanzamiento

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

 

Sitio de lanzamiento: European Space Range, Kiruna, Suecia  
Hora lanzamiento: 1:57 local time
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: SSC
Globo: Globo de Presión Cero 1.200.000 m3

El globo fue lanzado utilizando el método dinámico asistido por el vehículo de lanzamiento (Hércules) a las 23:57 utc del 6 de julio -correspondiente a la 1:57 hora local del 7 de julio-. Después de una fase de ascenso inicial aparentemente sin problemas, el globo niveló a 35 km -algo menos de la altura esperada- permaneciendo en vuelo durante algunos minutos a ese nivel para lentamente comenzar a perder altura. El globo había sufrido algun tipo de rotura y el helio escapaba.

Se tomó la decisión de terminar el vuelo una vez que el globo alcanzó una zona de aterrizaje segura. El comando de terminación fue transmitido a las 5:21 utc mientras el globo volaba al oeste de Kiruna. La carga se separó del balón sin problemas y comenzó a descender en paracaídas. Mientras que el globo impactó cerca de la estación de la montaña de Kebnekaise, el instrumento tomó tierra no lejos de la ciudad de Nikkaluokta.

Al día siguiente, el equipo de recuperación localizó la góndola acostada (como puede verse en la última imagen a la derecha) pero casi intacta. Fue devuelta a Esrange donde el equipo Pogolite hizo algunas pruebas preliminares del telescopio y del sistema de control de actitud. No obstante cierto daño recibido por los detectores hizo que el instrumento fuera enviado de vuelta a su laboratorio madre en Estocolmo, y la campaña fuera cancelada.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión