domingo, 13 de marzo de 2011

Preocupa la contaminación de alimentos

 

La preocupación que generó en Europa el hallazgo de dioxinas en alimentos para animales seguida por la clausura de granjas así como también el sacrificio de animales contaminados, provoca alarma en el mundo.

Incluso hoy, la Unión Europea, La Comisión Europea, estudia obligar a los fabricantes a separar físicamente las actividades de producción de grasas destinadas a la alimentación del ganado de las grasas destinadas a la industria, ya que la producción de ambos tipos de grasa en las mismas instalaciones es responsable de la reciente contaminación alimentaria de dioxina descubierta estos días en Alemania y de los otros casos detectados en los últimos años en otros países, como Bélgica, Italia e Irlanda.

La contaminación se habría producido luego de que la firma Harles und Jentzsch entregara entre noviembre y diciembre 3000 toneladas de grasa en mal estado a 25 fabricantes de comida para animales, acción calificada de criminal por el gobierno.

Las dioxinas, residuos de la combustión industrial o natural, han sido clasificadas como sustancias cancerígenas por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Su absorción en pequeñas cantidades no constituye un peligro inmediato, pero el cuerpo humano las elimina con dificultad.

Ilustré este comentario con esa foto de Entre Ríos que me envió @annadvm, ya que me parece interesante que nos pongamos a pensar qué sucede cuando olvidamos las cuestiones ambientales. Por si no pueden leer bien la frase, la transcribo: "Cuando el hombre corte el último árbol, mate el último pez y envenene el último río se dará cuenta de que no puede comerse el dinero".
GERARDO A. ROMERO LUNA
C.I:17.207.444
CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA
III PARCIAL

Medición de humedad y masa o densidad con microondas

El método con resonador de microondas es un método que mide la humedad y/o la masa o la densidad de un producto y que trabaja con campos electromagnéticos. Es adecuado para aplicaciones de laboratorio o de procesos. Como sensores se emplean o bien resonadores de cavidad o bien resonadores de campo disperso. La resonancia que se usa para medir en cada caso se caracteriza por dos parámetros: la frecuencia de resonancia y el ancho a media altura (FWHM) de la curva de resonancia. Si se coloca dentro del resonador un objeto a medir o bien se lo pone en contacto con el resonador (para el caso de los resonadores de campo disperso), la frecuencia de resonancia disminuye al tiempo que aumenta el ancho a media altura (FWHM) de la curva de resonancia. En cada medición se mide la variación de ambos parámetros de resonancia cuando se hace trabajar el resonador con el objeto a medir. La variación de ambos parámetros medidos depende de igual forma de la masa del objeto a medir, sin embargo, la dependencia que tiene de la humedad del objeto es distinta para cada caso. El cociente de ambas magnitudes de medición es, por ello, sólo función de la humedad del objeto a medir. Este cociente es, por lo tanto, un valor apropiado para medir humedad independizándose de la densidad y de la masa.
 

Como las variaciones de ambos parámetros de resonancia (frecuencia de resonancia y ancho a media altura) dependen de la masa del objeto a medir que se encuentra en el campo de medición, resulta posible medir la densidad por medio de uno de los dos parámetros para el caso de objetos que en todo el rango del campo de medición se comportan de forma homogénea en cuanto a su densidad. Las humedades fluctuantes de un producto pueden compensarse con el otro parámetro de resonancia. De esta forma, la medición de densidad resulta ser independiente de la humedad.

Luego, puede medirse la masa de objetos siempre que éstos se mantengan durante la medición dentro de un rango de campo eléctrico homogéneo. Tal campo homogéneo de medición sólo puede generarse en un espacio limitado. Es posible medir la masa de productos farmacéuticos tales como cápsulas o comprimidos. Las humedades fluctuantes de un producto pueden compensarse con el otro parámetro de resonancia. De esta forma, la medición de masa resulta ser independiente de la humedad
 
 

Medición por microondas para determinar el contenido de materias secas

La densidad o el contenido de materias secas de un producto, en muchos procesos es el valor de medida clave para una regulación óptima. Sin embargo, a menudo, este valor se deduce indirectamente de otras magnitudes o el operario opera la planta de manera "intuitiva".

Nuestro sensor para determinar el contenido de materias secas permite regular el proceso en tiempo real basándose en un valor de medida exacto.


El sistema de medición puede emplearse para determinar el contenido de materia seca de cualquier sustancia (en suspensión o estado sólido) en una solución acuosa. Las aplicaciones típicas de la industria azucarera son:

  • solución de azúcar (Brix)
  • lechada de cal (Baumé)
  • melaza (%MS)

En otras industrias permite la medición de:

  • lodos residuales
  • alimentos
  • materiales de construcción

El sistema de medición consta de una sonda de medición y de una unidad de evaluación que comprende la técnica de medición por microondas y un microordenador. Existen diferentes sondas de medición disponibles:

  • Sonda para recipientes
  • Sonda para recipientes con lavado
  • Sonda tubular

Para una gestión sencilla de los datos de calibración memorizados en el aparato, opcionalmente es posible utilizar una "herramienta de memoria"; un procesamiento de los datos de calibración por ordenador puede efectuarse por un software gratuito.

 

GERARDO A. ROMERO LUNA
C.I:17.207.444
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Uso de microondas como posible fuente de energia

 
Las microondas son el tipo de onda electromagnética cuyo rango está entre los   1 GHz y los 300 GHz (según el estándar  IEEE 100). Este rango de frecuencias ha sido ampliamente utilizado en el ámbito de las telecomunicaciones, tanto en televisión como en telefonía móvil, en el protocolo bluetooth o en el Wi-Fi. El punto es que, en los casos antes mencionados, la cantidad transferida de potencia es baja, dado que es usada exclusivamente para el ámbito de las señales. En el otro extremo tenemos las microondas usadas en potencia, donde viene a la mente el caso más inmediato y familiar, el horno microondas, que si bien transmite una cantidad importante de potencia lo hace en una distancia pequeña. De acá nace el problema de cómo sumar las dos cualidades anteriores (distancia y cantidad alta de potencia) para permitir la transmisión efectiva.
Ahondando en tema de la transmisión a grandes distancias, tenemos que el MPT es parte de la transferencia de potencia inalámbrica (WPT) y si bien podría pensarse que los estudios sobre la transmisión en microondas son relativamente nuevos, estos vienen desde la época de Heinrich Herz (1857-1894). Él no solo demostró la transmisión de ondas electromagnéticas en el espacio libre (previamente demostradas matemáticamente por Maxwell), sino que además uso reflectores parabólicos para llevar a cabo la transmisión y recepción de estas. Luego Tesla a principios del siglo XX se mostró interesado en la transmisión inalámbrica. Logró en 1899 en Colorado cargar eléctricamente una bola de cobre de modo inalámbrico mediante ondas del rango de los 150000 Hz.
 El siguiente intento de transmisión recién vino 30 años después, en 1930 en el laboratorio de Westinghouse, USA, se logró transmitir y recibir, a 100MHz, "cientos de Watts" a cerca de 8 metros de distancia. La eficiencia fue bajísima, ya que no se intentó enfocar esta energía, sino solo demostrar la posibilidad de continuar transmitiendo. Por lo demás durante los primeros 50 años del siglo XX el interés por esta área fue bajo ya que se pensaba que para que el sistema sea eficiente debería concentrarse la energía en un haz estrecho, junto con una muy alta frecuencia, además de reflectores y lentes prácticos que no existían para la época.
Ya en la segunda guerra mundial se exploró mucho en el ámbito de los microondas, tanto en antenas receptoras como en tecnologías de generación. Sin embargo no se pensó en el momento una aplicación energética, ya que, entre otras razones, no existía electrónica suficientemente desarrollada como para convertir tal energía en DC, y los tubos microondas aun generaban en potencias muy bajas.

 Una vez terminada esta guerra se fueron produciendo desarrollos considerables que demostraron la posibilidad de transmitir energía en base a microondas con eficiencias cercanas al 100%. Gran importancia tuvieron los avances de Goubau, Schwering y otros, al demostrar que guiando estos rayos la densidad no siempre cae siempre al cuadrado de la distancia.
 Para la época una gran falta eran tubos de microondas de suficiente (gran) potencia. Se creó por ende el Amplitron, el cual fue la base para crear tubos microondas de cientos de KW. Este fue desarrollado por el departamento de defensa de los Estados Unidos, para en el 1960 crear uno de salida de 400kW con una eficiencia muy alta, alrededor de un 80%.
También se desarrolló la tecnología, principalmente sobre diodos, para transformar esta energía en DC.

Podría decirse que el primer caso de transmisión considerable de energía eléctrica ocurrió en 1964, donde un mini helicóptero equipado con una "rectena" (que es como el nombre lo dice una antena para capturar las ondas y un rectificador recientemente creado) se mantuvo en vuelo únicamente mediante la energía transmitida de a base vía microondas.
Esta rectena tenía una eficiencia de un 50% cuando trabajaba con salida de 4W DC y 40% en 7 W DC y fue creada con 4 diodos 1N82G.
Posteriormente se realizaron, principalmente en el Marshall Space Flight Center, intentos de mejorar las eficiencias, sobre todo con más altas potencias. La eficiencia DC-DC era del 26,5% a los 39W y trabajando en los 2,45 GHz, lográndose subirla hasta un 54% en los 495W, en los el Raython Laboratory, USA en el año 1975.


Una vez demostrado la factibilidad técnica de esto el estudio y los desarrollos se ha estado principalmente enfocados a 2 ámbitos, el primero la transmisión terrestre de punto a punto sin cables y la segunda transmisión espacio-tierra o bien espacio-nave espacial, donde un hipotético panel transmitirá, desde la energía recibida del sol, energía vía microondas.
 
Se han realizado diversas pruebas de transmisión de energía vía microondas en tierra desde 1975, año en el cual tuvo lugar la primera de ellas en el Golstone Observaroty, California. En esta ocasión se transmitió energía desde una antena parabólica de 26m de diámetro, a un arreglo de rectenas de 3,4 x 7,2 mts., ubicadas a 1,6 Km (1 milla) de distancia.
Ilustración  . Primera transmisión tierra-tierra (1975, USA)
 Las ondas de microondas fueron transmitidas con una potencia de de 450 kW, a una frecuencia de 2,388 GHz, lográndose en el otro extremo, una energía neta de 30kW DC, obteniéndose en la rectena una eficiencia de rectificación de un 82,5%.

 Más recientemente, en 1997 en la Isla Reunión (territorio de Ultramar de Francia, cerca de Madagascar, África) y dada la necesidad de llevar electricidad a un pueblo en las montañas se hicieron pruebas de transmisión vía microondas desde el punto de abastecimiento más cercano, a 700m del lugar. El procedimiento fue el típico, energía recibida desde la Electricity of France fue convertida a microondas a 2,45GHz mediante la transformación del magnetrón. Estos magnetrones, presentes tanto en microondas como en radares, tienen eficiencias de conversión que llegan hasta un 80%.
Para transmitir las ondas se desarrolló una parabólica llamada MPR (parabólica reflectora multifocal) que presentó ganancias de 33dB.
 En la rectificación se usaron diodos 1SS97, que si bien tienen una buena performance de rendimiento, soportan poca potencia, por lo que se hicieron arreglos en serie y paralelo.
Ilustración  [ 4 ]. Esquema simplificado del sistema utilizado en Isla Reunión
Finalmente se llevó a cabo la prueba, sacando 17,5kW desde la red, se logró llevar a cabo 10kW a los habitantes, con una eficiencia de un 57%, lo cual fue considerado todo un logro.
 En los 80 científicos principalmente japoneses siguieron desarrollando la MPT, pero para experimentos en el espacio exterior. En 1983 el cohete MINIX fue enviado a realizar interacciones de ondas de microonda de gran potencia, usando un magnetrón de 800W a 2,45GHz con plasma ionosférico, observándose nuevos fenómenos de interacción onda-onda.
 Actualmente la NASA ha anunciado en interés en desarrollar tecnologías para en futuras misiones una sola nave se encargue de generar, almacenar y transmitir mediante microondas al resto de la flota mediante MPT.
 Fuera de la NASA, se mantiene un ambicioso proyecto que busca transferir energía inalámbrica vía microondas desde el espacio hacia la tierra. Unas 16 empresas de distintas naciones, lideradas principalmente por IHI y Mitsubichi, pronostican que en unos 30 años podrían tener en órbita un panel solar de 4 kilómetros cuadrados que entregue energía a alrededor de 300.000 hogares en Japón.

 El proyecto, ambicioso por donde se le mire, busca capturar 1 GW de energía y transmitirlo a una base terrestre. Se pretende hacer las pruebas en unos 5 años más con un panel solar menor. Si bien el principal freno de este tipo de iniciativas son los elevados costos, se espera que el desarrollo de la tecnología permita bajar los precios y se produzca la factibilidad del proyecto. De hecho se pronostica que para la época será factible transmitir energía a un costo de 9 centavos por kWh, seis veces menor a los costos actuales.
 

Uno de los puntos en contra que tiene la energía transmitida de esta vía a la tierra es la gran susceptibilidad a atenuación por parte de la atmósfera de las ondas, principalmente en climas húmedos, por lo que es necesario una frecuencia donde esto no ocurra. 
 Mucho se ha hablado de los problemas medioambientales que esto podría traer, principalmente por la radiación emitida, sin embargo todos los estudios de transmisión trabajan con entradas de potencia muy bajas en las rectenas. La radiación con la que se trabaja es apenas superior a la de los celulares, y mucho menor que el estándar internacional de exposición a la radiación permanente, que es de 5mW/cm2.
 Otro problema del que se ha tratado es en que frecuencia deberían ser transmitidas estas ondas. Para estudios se ha usado la frecuencia de los 2,45GHz o 5,8GHz, pertenecientes a la banda ISM (Industria, ciencia y medicina, reservado a fines no comerciales y de investigación)  sin embargo no existe una frecuencia "oficial" para esto. El punto a favor con el que se cuenta es que para este fin basta solo con una banda angosta, pero se debe trabajar para que los harmónicos, emisiones fuera de la banda y ruido sean lo menor posibles para no afectar otras comunicaciones.

 
 La energía transmitida vía microondas bien desarrollada puede llegar a ser parte fundamental del abastecimiento del planeta en algunas decenas de años más cuando el petróleo ya sea inasequible. Esta energía renovable va a llegar a sumarse a las actuales ocupando probablemente gran parte de la matriz energética mundial. Sus ventajas están claras, energía limpia, barata (en algunos años más) y sin perjuicio para los humanos ni animales.
 
 

GERARDO A. ROMERO LUNA
C.I:17.207.444
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MPT, microwave power transmission

Microwave power transmission (MPT ) is the wireless transfer of large amounts of power at microwave frequencies from one location to another. MPT is often referred to in the literature as wireless power transmission (WPT ) at microwave frequencies. MPT research has been driven primarily by the desire to remotely power unmanned aerial vehicles (UAV s) and by the concept of space solar power (SSP ) first conceived by Dr. Peter Glaser of the Arthur D. Little Company in 1968. SSP is an MPT system with the addition of solar cells and magnetrons for microwave power generation. The SSP idea calls for a constellation of solar power satellites (SPS s) to capture the energy from the sun using arrays of solar cells. The solar cell panels output large DC voltages to awaiting cavity magnetrons positioned on various subarrays within each SPS phased-array aperture. These magnetrons convert the high-voltage DC outputs of the solar panel arrays to microwave power. The microwave energy is then beamed to Earth to farms of rectifying antenna (rectenna) arrays that convert the incoming microwave energy back to DC power. Since its inception, SSP has gained considerable attention since it has the potential of providing clean, renewable, and continuous power for generations to come. MPT has been shown experimentally as a way for people on Earth to remotely power unmanned high-altitude platforms such as UAV s. Additional uses for MPT include powering space probes from future space stations into deep space and powering robots to enter dangerous environments such as nuclear-contaminated areas.

 

Especificación de electricidad inalámbrica cerca de completarse

El Wireless Power Consortium ha anunciado que está cerca de completar un nuevo estándar de la industria en cuanto a suministro inalámbrico de energía.


Palm introdujo su propia versión de Touchstone para cargar la Palm Pre a través de carga de energía inductiva e incluso se ha producido una solución de energía inalámbrica para el iPhone, agregando emoción a la premisa generalmente "futurística" de la energía inalámbrica.

Pero este nuevo anuncio del WPC opta por proveer un estándar abierto para una amplia gama de aparatos a utilizar, en lugar de tener compañías que desarrollen sus propios formatos cerrados. El nuevo formato saldrá bajo el nombre "Qi", que se pronuncia "Chi" y significa "energía vital" en chino. No es tan seguro como 'Wi-Fi', pero démosle tiempo.

El estándar Qi está actualmente en la especificación 0.95, acercándose al lanzamiento final 1.0. Una vez que el estándar haya sido refinado para uso público, nuestra vida siempre llena de cables podría acabar, ya que la tecnología inalámbrica puede ser usada para una serie de aparatos portátiles tales como teléfonos, cámaras, reproductores de medios y más.

Transmisión inalámbrica de electricidad


Un equipo del MIT (Departamento de Física, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ordenadores, Instituto de Nanotecnología Militar) ha conseguido transmitir electricidad sin cables a una distancia de más de dos metros con potencia suficiente para encender una bombilla, sin que se requiera una línea de visión directa entre la fuente y el receptor. El equipo de científicos llama al sistema "WiTricity", por considerarlo análogo a la tecnología WiFi, salvo que en este caso no se transmite información sino simplemente energía eléctrica (no tiene que tener ningún "orden", pero la potencia es muchísimo mayor).

A pesar de que ya era posible transmitir energía eléctrica sin cables, los métodos empleados hasta ahora tenían graves inconvenientes: una fuente de radiación electromagnética tipo WiFi emitiría energía en todas direcciones, mientras que sólo una pequeña parte (si es que hay un receptor cerca) recibiría algo. En el caso del WiFi esto no es un problema: transmitir potencia no es el objetivo del aparato, y la potencia emitida es minúscula; pero si quiero hacer funcionar un portátil o un móvil en el cuarto de estar sin batería ni cables, la potencia debe ser bastante más grande.

Otra solución que se ha probado es dirigir la radiación electromagnética (por ejemplo, utilizando láser), pero esto requiere una línea de visión ininterrumpida entre la fuente y el receptor (y un rayo por cada receptor posible). Además, la potencia sería suficientemente grande para que fuera peligroso, y requeriría que la fuente fuera capaz de seguir al receptor con el rayo…vamos, un lío.

También se ha probado la inducción de corriente: el hecho de que un circuito en el que la corriente eléctrica varía crea a su alrededor un campo magnético capaz de inducir una corriente en otro circuito. Pero este sistema requiere, o bien corrientes gigantescas, o bien distancias muy cortas entre la fuente y el receptor, de modo que tampoco sirve de forma práctica. Sin embargo, el sistema del MIT se basa en la inducción de este tipo, añadiendo un elemento más: la resonancia.

El sistema desarrollado utiliza el acoplamiento de objetos resonantes. Como siempre, hablando rápido y mal: muchos sistemas físicos absorben y emiten energía de forma muy eficaz a determinadas frecuencias. Por ejemplo, cuando empujas un columpio, para que llegue muy alto tienes que empujarlo a un ritmo determinado: si lo haces a otro ritmo, estás empujándolo cuando no está en el momento adecuado y no le das toda la energía que deberías (o incluso le quitas energía). Seguro que has oído las historias de puentes que reciben viento a su frecuencia de resonancia y bandean más y más hasta que se rompen.

Los ingenieros se han centrado en un tipo específico de resonancia: han acoplado dos bobinas de cobre de la misma frecuencia de resonancia magnética. Una de las bobinas (la fuente) crea un campo magnético no radiativo a su alrededor de determinada frecuencia (del orden de MHz). En la otra bobina, de la misma frecuencia de resonancia, se induce una corriente eléctrica debida al campo magnético oscilante creado por la primera: si se tratase de inducción "normal", no tendría suficiente potencia para hacer funcionar nada a una distancia de dos metros, pero la resonancia hace que la segunda corriente sea suficientemente grande como para encender una bombilla.

Al utilizar un campo magnético no radiativo, lo único que hay alrededor de la bobina fuente es eso: un campo magnético, que puede ser bloqueado por algo (por ejemplo, puedes pasar por delante) sin que pase nada. Además, puesto que el campo magnético está restringido a un área relativamente pequeña alrededor de la fuente, y lo único que puede absorber esa energía eficazmente es un circuito resonante, se pierde muy poca energía sin necesidad de "seguir" al receptor.

Podrías tener, por ejemplo, una fuente en el salón con un alcance de tres o cuatro metros y que el el portátil, la televisión, etc. tuvieran bobinas resonantes que los hicieran funcionar. Parece que una bobina relativamente pequeña (como la que cabe en un portátil) tendría un alcance de unos pocos metros, lo cual podría ser suficiente para que fuera práctico dentro de la casa.

Desde luego, hay cuestiones por resolver: sería mucho más fácil robar energía eléctrica (salvo que se encuentre alguna manera de "encriptar la señal"), y el campo magnético es de una intensidad relativamente grande (aunque no enorme). A pesar de que la acción de campos magnéticos no radiativos sobre nuestro cuerpo, hasta el momento, no ha demostrado tener efectos nocivos (corregidme si no es así), después de ver lo de los móviles y las abejas, y el WiFi en el Reino Unido, creo que una cosa así puede encontrarse con una enorme oposición de la opinión pública y los medios de comunicación. Veremos en qué acaba la cosa.

La transmisión de potencia a través de ondas de radio pueden ser más direccional, lo que permite mayor distancia de poder transmitir, con longitudes de onda de la radiación electromagnética, por lo general en el microondas rango. Un rectena puede ser usado para convertir la energía de microondas en electricidad. Rectena eficiencia de conversión superior al 95% se han realizado. Poder haz de microondas utilizando ha sido propuesto para la transmisión de la energía de satélites en órbita de satelites de energia solar a la Tierra y el radiante de la energia a la nave espacial orbita salir ha sido considerado.

 

GERARDO A. ROMERO LUNA
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Japón estudia transmitir energía electrica desde el espacio vía microondas

 
 
 

Las empresas japonesas Mitsubishi y IHI, a las que se han unido otras 14 más de distintas naciones, están desarrollando un interesante proyecto energético. Lo que tienen en mente es colocar un gigantesco panel solar en el espacio y desde allí, transmitir de forma inalámbrica a la Tierra, la energía eléctrica obtenida.

Parece algo extraído de una película de ciencia ficción, pero es un proyecto totalmente real, e incluso ya han estimado un presupuesto para desarrollarlo: unos 21.000 millones de dólares. La idea es colocar en órbita un panel solar con una superficie de unos 4 kilómetros cuadrados, que según los cálculos, produciría 1 Gigawatt de energía, suficiente para cubrir el consumo energético de casi 300.000 hogares. Esta energía se transmitiría a una estación base en la Tierra, vía microondas.

Un proyecto de esa envergadura tomaría unos treinta años para llevarlo a la realidad, según han dicho los investigadores. Pero se han puesto una meta a más corto plazo. Para el 2015 estiman que pondrán en órbita un satelite con un panel mucho menor, que les servirá para hacer pruebas, y determinar la factibilidad, eficiencia y rendimiento del plan. Una ventaja de esta forma de obtener energía, sería que no hay nubes en el espacio y por lo tanto el panel solar estaría expuesto al Sol todo el tiempo. También habrían menos restricciones, reglas y leyes que tomar en cuenta, y por supuesto el factor contaminación ambiental se reduciría a cero.

Ya transmitir electricidad de forma inalámbrica es posible. Por lo tanto, la principal barrera son los costos. Colocar un panel solar de esas dimensiones en el espacio sería algo prácticamente imposible en estos tiempos. La esperanza que se tiene es que a la larga, la relación peso/costo baje. También hay que tomar en cuenta otros factores como calcular si las pérdidas energéticas al atravesar la atmósfera no son tan grandes, como para que aún sea conveniente pensar en una solución así; buscar solución a posibles impactos de partículas o meteoritos; etc.

Como todo proyecto a largo plazo, solo nos queda esperar. Y quizá sea visto en acción por futuras generaciones.

GERARDO A. ROMERO LUNA
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Evolucion del estudio de las microondas cósmicas de fondo

Planck Surveyor
 
 

Planck Surveyor es la tercera misión de medio tamaño (M3) del programa científico Horizon 2000 de la Agencia Espacial Europea. El lanzamiento se produjo a las 10:15 (hora Guyana Francesa) del 14 de mayo de 2009 desde el Puerto espacial de Kourou (Guayana Francesa) impulsado por un cohete Ariane 5 junto al Observatorio Espacial Herschel en configuración dual. Está diseñado para detectar las anisotropías en el fondo cósmico de microondas en todo el cielo, con una resolución y sensibilidad sin precedentes. Planck será una fuente valiosísima de datos con los que se comprobarán las teorías actuales sobre el universo primitivo y los orígenes de las estructuras cósmicas.

La misión Planck Surveyor era conocida inicialmente como COBRAS/SAMBA. COBRAS por Cosmic Background Anisotropy Satellite y SAMBA por Satellite for Measurement of Background Anisotropies. Posteriormente, los dos grupos de estudio se fundieron en una sola misión, que tras haber sido seleccionada y aprobada, fue renombrada en honor del científico alemán Max Planck (1858-1947), Premio Nobel de Física en 1918.

Tras el lanzamiento, la Planck Surveyor será la primera en separarse del conjunto de lanzamiento y se colocará en órbita heliocéntrica, en el segundo de los puntos de Lagrange (L2) situado a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. En este punto, el telescopio no sufrirá las interferencias de la Tierra o la Luna.

El Planck Surveyor está dotado de un espejo de 1,5 metros de diámetro.El telescopio será usado para captar radiaciones en dos bandas de frecuencia, una alta y otra baja, con los siguientes instrumentos:

  • Low Frequency Instrument (LFI) es un aparato que consiste en 22 receptores que funcionan a -253 °C. Estos receptores deberán trabajar agrupados en cuatro canales de frecuencias, captando frecuencias entre los 30 y 100 Ghz. Las señales serán amplificadas y convertidas en un voltaje, que será enviado a un ordenador.
  • High Frequency Instrument (HFI) es un aparato compuesto de 52 detectores, que trabajan convirtiendo radiación en calor. La cantidad de calor es medida por un pequeño termómetro eléctrico. La temperatura es anotada y convertida en un dato de ordenador. Este instrumento trabaja a -272,9 °C

Más de 40 institutos de investigación de Europa y Estados Unidos se unieron en esta misión para construir los instrumentos de la sonda.

El instrumento de medición de baja frecuencia fue construido con la participación de 22 institutos científicos, liderados por el Instituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (CNR) en Bolonia, Italia.

El instrumento de alta frecuencia fue elaborado por un consorcio de más de 20 instituciones científicas, lideradas por el Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS) en Orsay, Francia.

Los espejos de los telescopios primario y secundario fueron fabricados en fibra de carbono por un consorcio danés liderado por el Danish Space Research Institute, en Copenhague, Dinamarca.

La Planck Surveyor complementará los datos obtenidos por la WMAP, ya que ésta también se centró en medir fluctuaciones de la radiación de fondo de microondas, pero a una escala mucho mayor.

El 5 de julio de 2010, la misión Planck emitió su primera imagen de todo el cielo.

Herschel (Observatorio Espacial)
 

El Observatorio Espacial Herschel es una misión de la Agencia Espacial Europea. El lanzamiento se realizó el 14 de mayo de 2009 a bordo de un Ariane 5 junto con el observatorio Planck Surveyor, en previsión de que entren en órbita a 1,5 millones de km de la Tierra, en el segundo de los puntos de Lagrange del sistema Tierra-Sol.

La misión era denominada anteriormente Far Infrared and Submilimetre Telescope (FIRST), y será el primer observatorio espacial en cubrir completamente el infrarrojo lejano y longitudes de onda submilimétricas, y su telescopio tendrá el mayor espejo desplegado nunca en el espacio (3,5 m). Este observatorio estará especializado en la observación de objetos distantes, poco conocidos. Para el correcto funcionamiento de los instrumentos se deben mantener refrigerados por debajo de los 2 K (-271 °C)

El observatorio tiene aproximadamente 7 metros de longitud y pesará unas 3,25 t. La mayor parte del peso de la sonda será debido a los depósitos de helio usados para generar las temperaturas necesarias para los detectores de infrarrojos.

La misión fue nombrada en honor de William Herschel, descubridor del espectro infrarrojo.

Los objetivos de la misión son:

 

Dispone de los siguientes instrumentos:

  • Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS)
  • Spectral and Photometric Imaging REceiver (SPIRE)
  • Instrumental heterodino para el infrarrojo lejano (HIFI)

PACS y SPIRE permitirán observar a Herschel en seis "colores" diferentes dentro del infrarrojo lejano. Ambos instrumentos pueden funcionar como espectrómetros de baja resolución. HIFI es un detector heterodino de un solo pixel que funciona como espectrómetro de muy alta resolución.

Todos los instrumentos se encuentran refrigerados por Helio líquido superfluido. Algunas partes de los instrumentos PACS y SPIRE se refrigeran con ³He para conseguir temperaturas (0,3 K) cercanas al cero absoluto. Cada instrumento se enfría por separado según sea usado para ahorrar refrigerante.

Los instrumentos PACS y SPIRE pueden observar como cámaras en modo paralelo para conseguir un mayor número de "colores" simultáneamente. Este modo de observación es apropiado para escaneos de grandes áreas con un pequeño gasto adicional de refrigerante.

PACS

PACS se compone en realidad de dos instrumentos independientes: una cámara y un espectrómetro de campo integral. Ambos funcionan en la banda de 55 a 210 μm. Solo se puede usar uno de los dos instrumentos a un mismo tiempo.

La cámara se compone de dos sensores fotométricos multipixel. Puede observar en dos frecuencias simultáneamente, centrada la primera en 75 ó 110 μm y la segunda en 150 μm. El primer sensor tiene 64 × 32 pixeles y el segundo dispone de 32 × 16 pixeles. El campo de visión es de 1,75 × 3,5 minutos de arco y la resolución de la cámara es, para ambos sensores, superior a la determinada por el límite de difracción del telescopio con lo que se consigue la máxima resolución posible a estas frecuencias.

El espectrómetro de campo integral tiene un campo de visión de 47 × 47 segundos de arco muestreado por 5 × 5 pixeles en la dimensión espacial. La resolución espectral ve desde unos 75 a unos 300 km/s con una cobertura de unos 1500 km/s. También dispone de dos sensores, bolómetros en este caso, que permiten observar en dos bandas simultáneamente.

SPIRE

SPIRE dispone de una cámara fotométrica que puede observar en tres frecuencias simultaneas, centradas en 250, 350 y 500 μm, y de un espectrómetro de transformada de Fourier. Todos los sensores son bolómetros refrigerados a 0,3 K con ³He.

La cámara puede observar en las tres bandas simultáneamente. Los detectores individuales de los sensores se alinean en una matriz hexagonal distribuida de tal forma que 10 de los detectores de cada uno de los 3 sensores se encuentran alineados. El sensor centrado en 500 μm dispone de 43 detectores, el centrado en 350 μm de 88 y el centrado en 250 μm de 139. El campo de visión es de 4 × 8 minutos de arco.

El espectrómetro puede observar en dos bandas, 194-324 μm y 316-672 μm, con 37 y 19 detectores respectivamente. La resolución espectral se puede ajustar a valores entre 300 y 24000 km/s con una cobertura que puede ir de unos 2500 a 200000 km/s dependiendo del sensor, la frecuencia y la configuración.

HIFI

HIFI es un espectrómetro de muy alta resolución que sólo puede observar un punto. El instrumento dispone de 7 mezcladores del sistema heterodino que se corresponden con distintos rangos de frecuencia. Los 2 de frecuencias más altas, de 1410 GHz a 1910 GHz (157 a 213 μm) son mezcladores HEB (Hot Electron Bolometer; bolómetros de electrones calientes en español) y los 5 de frecuencias más bajas de 480 GHz a 1250 GHz (240 a 625 μm) son mezcladores SIS (Superconductor Isolator Superconductor; superconductor aislante superconductor en español). El ancho de banda de la observación espectral es de 2,4 ó 4 GHz dependiendo del tipo de mezclador. De esta manera se obtienen resoluciones espectrales máximas desde 0,02 hasta 0,6 km/s en coberturas desde 625 hasta 2500 km/s, dependiendo de la frecuencia.

El rango de frecuencias de HIFI es muy similar al de SPIRE. SPIRE, al ser un bolómetro multipixel es muy sensible a la radiación continua y esta adaptado para hacer imágenes, sin embargo no es apropiado, en general, para la observación de líneas espectrales. Aunque HIFI solo tiene un pixel con su sensibilidad y resolución espectral es muy apropiado para este tipo de observaciones.

'Herschel' y 'Planck' inician su viaje por el espacio

El lanzamiento al espacio de los dos nuevos telescopios europeos Herschel y Planck ha sido perfecto. A las 15.12, hora peninsular de este jueves (las 10.15 en la Guyana francesa), se han encendido los motores del cohete Ariane-5 y ha comenzado su ascenso con el estruendo normal de los cohetes y sus llamaradas de color blanco, amarillo y naranja. Unos minutos después casi se ha perdido de la vista en un cielo salpicado de nubes, pero aún quedaba una humareda densa en la plataforma de lanzamiento de la base espacial de Kourou. Decenas de personas que han seguido en directo la partida de estas dos misiones científicas de la Agencia Europea del Espacio (ESA) han respirado con satisfacción, aunque han mantenido la calma tensa, sabiendo que la operación seguía pendiente de un hilo hasta que los dos satélites se separasen del cohete, ya en el espacio, para iniciar su viaje en solitario. Ese momento se ha producido a los 26 minutos del despegue para Herschel y 28 minutos después para Planck. Entonces sí que han roto los aplausos y ha reinado la satisfacción en las instalaciones de la base de Kourou.

Varias decenas de científicos e ingenieros que han presenciado en directo el lanzamiento desde el punto de observación Toucan (a cinco kilómetros escasos de la plataforma del cohete) han celebrado la ocasión, pero también la tensión se ha notado en sus caras. Jean Tauber, responsable científico de Planck en la ESA, mostraba una mezcla de emoción y agotamiento en los instantes posteriores al lanzamiento exitoso. "Es maravilloso, ¡y tan indoloro!", ha comentado. ¿Y ahora?. "Ahora empieza una fase difícil, pero bonita: el análisis de datos cuando empiecen a llegar. Lo más difícil realmente ha sido diseñar y construir los instrumentos que lleva el telescopio". Los responsables de Herschel han estado igualmente emocionados.

En la sala de control del lanzamiento, que ha seguido un curso perfecto según el plan de vuelo, o nominal, como se dice en el mundillo espacial, los abrazos y felicitaciones también se han producido media hora después de la partida del cohete, cuando se han recibido las primeras señales de los dos telescopios volando en solitario. Esa fase crítica de la operación se ha producido a unos 1.600 kilómetros de altura, y la última etapa del cohete iba a una velocidad de unos 10 kilómetros por segundo.

"Esto es el resultado de un trabajo fantástico de cientos de científicos e ingenieros, la mayoría europeos, pero también de EE UU y Canadá, participantes en estas misiones", ha declarado Jean Jaques Dordain, director general de la ESA. Herschel y Planck se han desarrollado en el marco del programa científico de la agencia europea y, por tanto, la participación de todos los países miembros (18) es obligatoria. Las aportaciones de España son importantes, tanto desde el punto de vista del sector industrial como de los investigadores. Decenas de españoles de universidades e instituciones, incluido el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han tomado parte activa y directa en el desarrollo de los instrumentos de Herschel y Planck, y en la preparación de la explotación de los datos científicos que empezarán a tomarse dentro de varias semanas, una vez que todos los equipos de los dos telescopios hayan pasado la compleja fase de comprobación en órbita.

Los dos telescopios han sido construidos por consorcios industriales liderados por Thales Alenia Space, en Cannes (Francia), como contratista principal de la ESA para esta misión doble.

Herschel y Planck se dirigen ahora, por separado, a su zona de trabajo en el cielo, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra (una centésima parte de la distancia de la Tierra al Sol) en sentido contrario a la estrella. Llegarán en mes y medio aproximadamente y se pondrán en órbita alrededor de un punto virtual de equilibrio gravitatorio denominado L2, muy apropiado para observar el cielo por estar alejado de las perturbaciones de la Tierra y sus anillos de radiación.

Estos dos telescopios, ha destacado Dordain, son dos joyas de la tecnología avanzada, entre otras cosas por sus sistemas de enfriamiento activo. Ambos van a observar los objetos y zonas más frías del universo y para ello los detectores deben estar enfriados hasta casi el cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero). Esto se logra en Herschel y Planck con varias tecnologías en fases sucesivas y el mayor enfriamiento exige helio líquido, que va embarcado en estos satélites.

La vida útil de Planck, un satélite de dos toneladas, es de 15 meses a contar desde que todos los instrumentos estén calibrados y listos para comenzar las observaciones astronómicas. Su objetivo es captar con un detalle nunca alcanzado hasta ahora las variaciones de temperatura en la primera luz observable del universo, 380.000 años después del Big Bang, luz que ahora permea todo el cosmos en el rango muy frío de microondas. La formación de las primeras estructuras del cosmos, la materia oscura y la energía oscura pueden empezar a desvelarse con los datos de esta misión científica. Incluso los cosmólogos esperan obtener datos que les den pistas sobre casi el origen mismo del universo y los procesos de los primeros instantes, y confirmar así o descartar sus teorías actuales al respecto. El nuevo telescopio lleva a bordo dos cámaras.

La misión científica de Herschel, de tres toneladas y media, debe durar al menos tres años. Su objetivo es ver como nunca se han podido ver hasta ahora las condiciones de nacimiento y evolución de galaxias lejanas para poder determinar exactamente su origen e historia inicial. También será único por su extraordinaria capacidad para ver las zonas de polvo y gas en que se forman estrellas. Es un telescopio de infrarrojo con un espejo de 3,5 metros (el mayor lanzado al espacio hasta ahora) y lleva tres instrumentos científicos diferentes.

Planck: medir la temperatura del universo para desvelar su origen

Descubrir cómo empezó el universo es un objetivo ambicioso que demanda una tecnología ambiciosa. Por eso Planck, el telescopio que la Agencia Europea del Espacio (ESA) ha lanzado el 14 de mayo para investigar el origen y evolución del cosmos, no podía ser una misión sencilla. Para cumplir su objetivo, Planck deberá medir la temperatura de todo el cielo varias veces y detectar variaciones de apenas millonésimas de grado. ¿Cómo se hace eso? Con algunos de los detectores más sofisticados jamás lanzados. En el aprovechamiento óptimo de estos detectores, y en general en el desarrollo de toda la misión, tiene un papel importante la Oficina de Ciencia de Planck, en el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC), en Madrid.

ESAC alberga los centros científicos de las misiones científicas de la Agencia Europea del Espacio. En el caso de la Oficina de Ciencia de Planck, está integrada por unos diez científicos e ingenieros. Durante estas últimas semanas hemos aprovechado los pequeños retrasos en el lanzamiento para seguir ensayando una y otra vez los procedimientos, para garantizar que todo saldría bien con Planck ya en órbita. Los ensayos extra siempre vienen bien, en especial con una misión de estructura tan complicada.

Los datos que tome Planck serán enviados, vía la antena de espacio profundo de la ESA en New Norcia (Australia) al Centro de Operaciones de la Misión en Darmstadt (Alemania), y desde ahí de nuevo partirán hacia los dos Centros de Procesado de Datos -uno para cada uno de los instrumentos de Planck-, en París y Trieste (Italia), más la propia Oficina de Ciencia de Planck en ESAC. La coordinación en cada uno de estos pasos depende de la Oficina de Ciencia de Planck, y no es un trabajo sencillo.

El lugar más frío del universo

Pero, dificultades de operación aparte, ¿cómo es Planck? El satélite Planck mide 4,2 metros de altura y tiene un diámetro máximo de 4,2 metros. El satélite tiene dos elementos principales: un módulo de servicio templado y un módulo de carga útil frío. Este último alberga los dos instrumentos científicos, llamados Instrumento de Baja Frecuencia (LFI, en inglés) e Instrumento de Alta Frecuencia (HFI), más el telescopio.

Un aspecto crítico para la misión es que los instrumentos deben mantenerse a una temperatura inimaginablemente fría: todos los detectores de Planck deberán estar a menos de 253º centígrados bajo cero, y algunos alcanzarán incluso la que posiblemente sea la temperatura más fría de un objeto en el espacio: apenas una décima de grado por encima del cero absoluto de temperatura, los 273º bajo cero. El resultado es que la diferencia de temperatura entre los módulos templado y frío del Planck llega a ser de 300 grados.

¿Por qué es tan importante que los detectores estén fríos? Para evitar que su propia emisión de calor tape la del cielo. La labor de Planck es detectar las irregularidades en la radiación cósmica del fondo de microondas, la primera luz que viajó libremente por el espacio después del Big Bang; esas irregularidades pueden proporcionar gran cantidad de información sobre el pasado del universo, sobre el tipo de materia que lo compone o incluso sobre su destino -entre otras cosas-. En la práctica, esas irregularidades se traducen en diminutas variaciones de temperatura, de apenas millonésimas de grado, en la radiación de fondo. Detectar algo así es comparable a medir desde la Tierra el calor producido por un conejo en la Luna. Así pues, dada la extrema sensibilidad exigida, bastaría que un detector se calentase una millonésima de grado para estropear la misión.

La más sofisticada

Ha habido otras misiones para estudiar la radiación de fondo de microondas, pero ninguna tan sofisticada como Planck, que podrá extraer 15 veces más información de la radiación cósmica de fondo que WMAP.

Unos 60 días después del lanzamiento, y tras unas pocas maniobras, Planck alcanzará su órbita operacional en torno a un punto en el espacio (el segundo punto de Lagrange, o L2), situado a 1,5 millones de kilómetros de distancia de la Tierra en dirección opuesta al Sol. Una vez en su destino, Planck tendrá una vida operacional mínima de 15 meses, durante los cuales completará dos barridos completos del cielo.

A lo largo de este tiempo, el papel de la Oficina de Ciencia de Planck, en ESAC, será crucial. Nuestro trabajo, además de coordinar los equipos de los instrumentos de Planck, consiste en preparar la "agenda de observación" del telescopio, colaborar en el procesado de los datos y dirigir el calibrado de los instrumentos. También se archivarán en ESAC los datos científicos obtenidos por Planck, de forma que toda la comunidad científica pueda acceder a ellos.

Ahora sólo falta tener los datos ya en la mano, para avanzar más en nuestra comprensión de cómo empezó todo.

 

GERARDO A. ROMERO LUNA
C.I:17.207.444
CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA
III PARCIAL