El próximo 29 de abril despegará desde el Kennedy Space Center (KSC, Cabo Cañaveral, Florida), rumbo a la Estación Espacial Internacional (ISS), la misión espacial STS-134, que llevará a cabo el transbordador Endeavour. Esta misión será, con alta probabilidad, la última de la flota de lanzaderas de NASA. A bordo del Endeavour viajará el instrumento AMS-02 (Espectrómetro Magnético Alpha), un detector diseñado y construido con tecnologías desarrolladas para experimentos de física de partículas, adaptadas al agresivo entorno espacial, que permanecerá en la ISS hasta su desorbitación en el año 2028.
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La ISS es la plataforma espacial más grande jamás construida. Tiene dimensiones 108,5 x 72,8 x 27,40 metros (longitud x anchura x altura) y pesa 470 toneladas. El volumen presurizado es de unos 1000 m3. La inclinación de la órbita es de 51,64 grados y la altitud típica es de 340 km. La velocidad de la ISS es de 27.743 km/hora y el periodo orbital es de 91,34 minutos. La tripulación prevista es de 6-7 astronautas. La construcción de la ISS se aprobó en 1993, su construcción se inició en 1998 completándose en 2010. Para ello se han utilizado 35 misiones de los transbordadores espaciales Challenger, Columbia, Discovery, Atlantis y Endeavour. El coste de esta instalación se sitúa en los 160 mil millones de dólares.
La colaboración internacional que ha construido el instrumento AMS-02 está liderada por Estados Unidos, Italia, España, Alemania, Suiza, Francia, Taiwán y China, y está dirigida por el Profesor Samuel C. C. Ting, Premio Nobel de Física en 1976, del Massachussets Institute of Technology (MIT).
El objetivo científico de AMS-02 es hacer medidas de alta precisión de la radiación cósmica durante un largo periodo de tiempo. En la orbita de la ISS no hay contaminación atmosférica, lo que hace posible la medida de las características de las partículas y núcleos cósmicos (energía, masa, carga eléctrica).
AMS-02 tiene dimensiones 5 x 4 x 3 metros, pesa 7,5 toneladas, consume 2 kW y tiene 300.000 canales electrónicos y 650 microprocesadores. La resolución espacial es de 10 micrones (1 micrón = 10-6 m) y la resolución temporal es de 150 picosegundos (1 picosegundo = 10-12 segundos). El proyecto AMS se aprobó en 1995, bajo una resolución NASA- Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), y en él han participado aproximadamente 600 físicos, ingenieros y técnicos procedentes de 60 institutos y centros de investigación de 16 países. El proyecto AMS tuvo una fase inicial de 10 días en junio de 1998, con un prototipo, AMS-01, que permaneció en orbita a bordo del transbordador Discovery en la misión STS-91 de apoyo logístico a la estación espacial rusa MIR.
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La participación española, coordinada por el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambentales y Tecnológicas, Ministerio de Ciencia e Innovación) y en la que también han participado el IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias, Ministerio de Ciencia e Innovación), empresas punteras del sector aeroespacial (EADS- CRISA, IberEspacio) y recursos del CEDEX (Ministerio de Fomento) e INTA (Ministerio de Defensa), ha sido muy relevante y ha sido financiada por el propio CIEMAT, el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial, Ministerio de Ciencia e Innovación) y por subvenciones a proyectos de investigación con cargo a diversos Programas Nacionales (Espacio, Física de Partículas) del Plan Nacional de Ciencia y Tecnología.
Es obligado reseñar que la experimentación desde plataformas espaciales, como la ISS, representa un desafío tecnológico extraordinario, dadas las restricciones que ese entorno implica para el mantenimiento y operación de la instrumentación; en concreto, limitaciones de peso, consumo eléctrico y ancho de banda, efectos debidos a micro-gravedad, radiación, vacío, ciclos térmicos, aceleraciones, micro-meteoritos. Por otra parte, la imposibilidad de reparar o mejorar las prestaciones del detector hace necesario extremar los requisitos de fiabilidad y redundancia de la instrumentación.
La contribución española se ha concentrado en tres áreas relevantes:
(1) El diseño, construcción y validación de un sub-detector (RICH - Ring Imaging Cherenkov Counter) para la medida precisa de la velocidad y carga eléctrica de las partículas y núcleos atómicos cósmicos, basado en el efecto Cherenkov. El CIEMAT lideró todas las fases del proyecto, en particular las actividades de integración con el resto del instrumento y las pruebas de funcionalidad y verificación de prestaciones con rayos cósmicos, con haces de partículas en el CERN, en la cámara Maxwell de Compatibilidad Electromagnética y en el Simulador Espacial Térmico de ESTEC (European Space Research and Technology Centre) de la Agencia Europea del Espacio (ESA) en Noordwijk (Holanda). Finalmente, el CIEMAT se ha responsabilizado de coordinar las pruebas definitivas del RICH realizadas en el Kennedy Space Center (KSC) y el Johnson Space Center (JSC) desde finales de agosto de 2010.
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| AMS es un instrumento científico extraordinario que permitirá investigar en condiciones experimentales óptimas cuestiones científicas de máxima relevancia |
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(2) El diseño, construcción y validación del sistema electrónico de control del imán superconductor (Avionics Box), que tiene como misión cargar eléctricamente el imán, realizar la telemetría con los ~200 sensores que controlan la temperatura, presión, voltaje de la instrumentación criogénica y proteger y reactivar la operación del imán en el caso de una transición al estado resistivo (quench). La opción del imán superconductor era la originalmente contemplada cuando se firmó en 1995 el acuerdo entre el DOE (US Department of Energy) y la NASA (National Aeronautics and Space Administration) para la realización del proyecto AMS, que fijaba en tres años el tiempo de permanencia del instrumento AMS en la ISS. La experiencia acumulada en criogenia y superconductividad será de gran utilidad para el desarrollo de misiones espaciales tripuladas de larga duración.
(3) La contribución a la gobernanza de la Colaboración AMS, asumiendo la responsabilidad de las relaciones internacionales, en particular con el CERN, y la coordinación del esfuerzo de financiación durante las fases de ensamblaje y operación del instrumento en el CERN, ESTEC, KSC, JSC e ISS, a través de protocolos de colaboración. Como resultado de estos acuerdos se construyó una sala limpia en el CERN de 700 m2 y se está construyendo en dicho laboratorio un nuevo edificio para albergar el Centro de Operaciones y Control de AMS (POCC) e instrumentando el Centro de Operaciones Científicas (SOC) en una zona del Centro de Cálculo Científico del CERN.
AMS es un instrumento científico extraordinario que permitirá investigar en condiciones experimentales óptimas cuestiones científicas de máxima relevancia (trazas de antimateria cósmica primaria, señales de materia oscura) y tal vez poner de manifiesto fenómenos nuevos que sólo esta novedosa y robusta instrumentación y el entorno privilegiado que ofrece la Estación Espacial Internacional hace posible. Con AMS se inicia una nueva era en el estudio de la radiación cósmica cargada que confiamos conduzca a la obtención de resultados científicos tan relevantes como los obtenidos con la componente neutra de la misma.
