INSTRUMENTO SAFARI PARA LA MISIÓN SPICA

Transcripción

1 INSTRUMENTO SAFARI PARA LA MISIÓN SPICA Luis Miguel González Área de Óptica Espacial - INTA II Congreso de Ingeniería Espacial Noviembre 2017

2 SPICA (SPace Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics) Objetivos científicos mission design drivers Qué procesos gobiernan la formación de estrellas a lo largo de la escala cósmica? Qué los inicia, controla y detiene? Cuáles son los procesos físicos más importantes en las regiones más oscuras del Universo? Cuál es el origen y composición del primer polvo interestelar y como se relaciona con el presente actualmente? Cómo es el historial químico y térmico de la materia que forma los planetas? Qué papel juega el campo magnético en los grandes filamentos de polvo? Mejora de la sensibilidad > 2 órdenes de magnitud

3 SPICA es una propuesta a M5 de la ESA Misión liderada por ESA Con gran contribución de JAXA (Japón) PLANCK configuration Dimensiones 4.5m dia x 5.3 m altura Masa = 3450 kg Apantallamiento térmico mediante V-grooves Telescopio de 2.5 metros enfriado a 8K Lanzamiento en caliente Espectroscopía de 12 a 230 micras MIR imaging spectroscopy SMI FIR spectroscopy SAFARI/SPEC FIR polarimetry SAFARI/POL Plataforma standard Herschel/Planck Lanzador japonés H3, órbita en L2 5 años de misión operativa Lanzamiento previsto hacia 2030

4 Quién suministra el qué en SPICA? Diseño óptico (Optical Lead SAFARI) - INTA Diseño opto-mecánico - INTA Ensayos criogénicos a 4K - INTA Diseño estructura del instrumento - CAB

5 Sin embargo no todo es como parece El proyecto SPICA necesita superar la evaluación científica de ESA En diciembre lo sabremos La configuración y programación de SPICA necesita validarse en Fase 0 En verano 2018 lo sabremos La programación de SPICA en Europa y Japón debe sincronizarse Principal punto de trabajo actualmente Más información:

6 SAFARI (SpicA FAr-infraRed Instrument) Far-infrared imaging spectrometer grating based Proporciona ALTA sensibilidad, capacidad de observar las señales más débiles del universo jamás observadas en su banda espectral de trabajo Modo nominal R ~ 300, 5-7x10-20 W/m 2 (4.6 m 2 ) Interferómetro Martin-Puplett para conseguir alta resolución espectral (R ~ 5000) Capacidad de observar simultáneamente en 4 bandas espectrales cubriendo el rango desde 35 a 230 micras Mapping: capacidad de realizar un pequeño barrido de imagen en el cielo (3 pixeles)

7 SKY Diseño conceptual Integrating Sphere MPI Martin-Puplet Interferometer E E E +2 E 0 δd Beam splitters Óptica colimación /focalización Redes de difracción (gratings) 34 56um Detectores TES (Transition Edge Superconductor) E 3 E -2 Slit 1 Slit um 143um 294 columns 3 rows Temp = mk Pixel Size = 0.8 mm PoM Plano Focal Telescopio Beam Steering Mirror 2 slits Slit 3 Slit um IOM Input Optics Module 1) Sky 2) Calibration Source 3) Dark Calibration BMDO Band & Mode Distribution Optics 1) Selección entre ALTA/BAJA resolución espectral 2) Separación espectral en 4 bandas 3) Acondicionamiento para entrada en módulo posterior Grating Modules (x4) 1) Colima haz incidente sobre red de difracción 2) Colecta y focaliza haz difractado sobre detector 3) Optimiza acoplamiento óptico con detectores

8 Input Optics Module (IOM) FUNCIÓN : Relé óptico con aumento unidad que traslada la imagen del plano focal del telescopio a la entrada del BMDO, además acondiciona la entrada procedente del modulo de calibración y realiza un pequeño barrido de campo, de 2 arcmin. Formado por 7 espejos M1_a Input BMDO BSM Pick of Mirror M1_b 2 entradas Calibration/ Ref. Source FoV Instrumento 1 salida LR & HR (seleccionada por Mode Selector) Rango BSM = ±2 degrees. Proporciona una imagen de pupila de la aperture de entrada interna y accessible

9 SKY Diseño conceptual Integrating Sphere MPI Martin-Puplet Interferometer E E E +2 E 0 δd Beam splitters Óptica colimación /focalización Redes de difracción (gratings) 34 56um Detectores TES (Transition Edge Superconductor) PoM Plano Focal Telescopio Beam Steering Mirror 2 slits HR LR E 3 E -2 Mode selector Slit 1 Slit 2 Slit 3 Slit um 143um 230um 294 columns 3 rows Temp = mk Pixel Size = 0.8 mm IOM Input Optics Module 1) Sky 2) Calibration Source 3) Dark Calibration BMDO Band & Mode Distribution Optics 1) Selección entre ALTA/BAJA resolución espectral 2) Separación espectral en 4 bandas 3) Acondicionamiento para entrada en módulo posterior Grating Modules (x4) 1) Colima haz incidente sobre red de difracción 2) Colecta y focaliza haz difractado sobre detector 3) Optimiza acoplamiento óptico con detectores

10 Band & Mode Distributing Optics (BMDO) FUNCIÓN : Selecciona entre modo de alta o baja resolución espectral y después separa en cuatro bandas espectrales. Acondiciona la señal óptica para entrar en el siguiente módulo Formado por 45 espejos HR arm MPI BS/Dichroics From IOM Mode selector Output focussing mirrors (x4) To GMs

11 SKY Diseño conceptual Integrating Sphere MPI Martin-Puplet Interferometer E E E +2 E 0 δd Beam splitters Óptica colimación /focalización Redes de difracción (gratings) 34 56um Detectores TES (Transition Edge Superconductor) E 3 E -2 Slit 1 Slit um 143um 294 columns 3 rows Temp = mk Pixel Size = 0.8 mm PoM Plano Focal Telescopio Beam Steering Mirror 2 slits Slit 3 Slit um IOM Input Optics Module 1) Sky 2) Calibration Source 3) Dark Calibration BMDO Band & Mode Distribution Optics 1) Selección entre ALTA/BAJA resolución espectral 2) Separación espectral en 4 bandas 3) Acondicionamiento para entrada en módulo posterior Grating Modules (x4) 1) Colima haz incidente sobre red de difracción 2) Colecta y focaliza haz difractado sobre detector 3) Optimiza acoplamiento óptico con detectores

12 Grating Module Optics (x4) FUNCIÓN : proporciona la dispersión espectral de la radiación a través de una red de difracción lineal y posterior focalización sobre el detector para cada una de las 4 bandas en que divide el espectro. Object Collimator Folding Mirror Focal Plane Grating Focussing Mirror

13 Por cortesía de SRON (The Netherlands)

14 Diseño opto-mecánico (con cryocoolers)

15 Principales desafíos A nivel de misión: Criogenia (Telescopio a 8K) A nivel de instrumento Detectores TES (baja eficiencia de acoplamiento, elevado número de elementos) Martin-Puplett Interferometer (resolución/recorrido) Cryocoolers A nivel de diseño opto-mecánico: Diseño único para banda espectral muy ancha, desde 35 hasta 230 micras Diseño de redes de difracción con muy baja eficiencia Muy pocos materiales disponibles y válidos para temperaturas criogénicas (larga campaña de verificación de materiales) Ensayos a 4K

16 GRACIAS SAFARI es un proyecto financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) dentro del Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad. Código: ESP C4-2-R (MINECO/FEDER)