El Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja ( SOFIA ) fue un proyecto conjunto 80/20 de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) [1] para construir y mantener un observatorio aéreo . La NASA adjudicó el contrato para el desarrollo de la aeronave, la operación del observatorio y la gestión de la parte estadounidense del proyecto a la Asociación de Investigación Espacial de Universidades (USRA) en 1996. El DSI (Instituto Alemán SOFIA; Alemán : Deutsches SOFIA Institut ) gestionó las partes alemanas del proyecto que estaban relacionadas principalmente con la ciencia y los telescopios. El telescopio de SOFIA vio su primera luz el 26 de mayo de 2010. SOFIA fue el sucesor del Observatorio Aerotransportado Kuiper . Durante vuelos nocturnos de 10 horas, observó campos magnéticos celestiales, regiones de formación de estrellas, cometas, nebulosas y el Centro Galáctico .
Los vuelos científicos ya han concluido, tras el aterrizaje del vuelo 921 y último en la madrugada del 29 de septiembre de 2022. El Boeing 747SP utilizado para transportar el telescopio ha sido conservado y puesto en exhibición en el Museo del Aire y el Espacio Pima , cerca de Tucson, Arizona .
El SOFIA se basó en un Boeing 747SP , una versión acortada de fábrica del avión de fuselaje ancho que había sido modificado para incluir una gran puerta en el fuselaje de popa que podía abrirse en vuelo para permitir el acceso al cielo de un telescopio reflector de 2,5 m (8,2 pies) de diámetro . [2] Este telescopio fue diseñado para observaciones astronómicas infrarrojas en la estratosfera a altitudes de unos 12 kilómetros (41.000 pies). La capacidad de vuelo del SOFIA le permitió elevarse por encima de casi todo el vapor de agua de la atmósfera terrestre, que bloquea algunas longitudes de onda infrarrojas que llegan al suelo. A la altitud de crucero del avión, estaba disponible el 85% del rango infrarrojo completo. El avión también podía volar por encima de casi cualquier punto de la superficie de la Tierra, lo que permitía la observación desde los hemisferios norte y sur.
Se realizaron vuelos de observación tres o cuatro noches por semana. El Observatorio SOFIA tenía su base en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en el Aeropuerto Regional de Palmdale , California, mientras que el Centro Científico SOFIA tenía su base en el Centro de Investigación Ames , en Mountain View, California.
SOFIA utiliza un telescopio reflector de 2,5 m (8,2 pies) , que tiene un espejo primario de gran tamaño, de 2,7 m (8,9 pies) de diámetro, como era común en la mayoría de los telescopios infrarrojos de gran tamaño. [3] El sistema óptico utiliza un diseño de reflector Cassegrain con un espejo primario parabólico y un secundario hiperbólico configurable de forma remota. Para encajar el telescopio en el fuselaje, el primario se moldeó a un número f tan bajo como 1,3, mientras que el diseño óptico resultante tiene un número f de 19,7. Se utilizó un espejo dicroico terciario plano para desviar la parte infrarroja del haz al foco Nasmyth donde se puede analizar. Se utilizó un espejo óptico ubicado detrás del espejo terciario para un sistema de guía de cámara. [4]
El telescopio se asomaba por una gran puerta en el lado de babor del fuselaje , cerca de la cola del avión, y en un principio llevaba nueve instrumentos para astronomía infrarroja en longitudes de onda de 1 a 655 micrómetros (μm) y astronomía óptica de alta velocidad en longitudes de onda de 0,3 a 1,1 μm. Los instrumentos principales eran FLITECAM, una cámara de infrarrojo cercano que cubre de 1 a 5 μm; FORCAST, que cubre el rango de infrarrojo medio de 5 a 40 μm; y HAWC, que abarca el infrarrojo lejano en el rango de 42 a 210 μm. Los otros cuatro instrumentos incluyen un fotómetro óptico y espectrómetros infrarrojos con varios rangos espectrales. [5] Durante su tiempo en servicio, el telescopio de SOFIA fue, con diferencia, el más grande colocado en un avión. Para cada misión, se adjuntó al telescopio un instrumento científico intercambiable. Había dos grupos de instrumentos de uso general disponibles. Además, un investigador también puede diseñar y construir un instrumento de uso especial. El 17 de abril de 2012, la NASA seleccionó dos actualizaciones de HAWC para aumentar el campo de visión con nuevos conjuntos de detectores de bolómetros con sensores de borde de transición y para agregar la capacidad de medir la polarización de la emisión de polvo de fuentes celestiales. [6]
La cavidad abierta que alberga el telescopio estuvo expuesta a vientos turbulentos de alta velocidad. Además, las vibraciones y los movimientos de la aeronave introducen dificultades de observación. El telescopio fue diseñado para ser muy liviano, con una forma de panal fresada en la parte posterior del espejo y material compuesto de polímero utilizado para el ensamblaje del telescopio. La montura incluye un sistema de cojinetes en aceite presurizado para aislar el instrumento de la vibración. El seguimiento se logró mediante un sistema de giroscopios, cámaras de alta velocidad y motores de par magnético para compensar el movimiento, incluidas las vibraciones del flujo de aire y los motores de la aeronave. [7] La cabina del telescopio se enfrió antes del despegue de la aeronave para garantizar que el telescopio coincidiera con la temperatura externa que experimentaría en altitud para evitar cambios de forma inducidos térmicamente. Antes del aterrizaje, el compartimento se inundó con gas nitrógeno para evitar la condensación de humedad en la óptica y los instrumentos enfriados. [4]
El DLR fue responsable de todo el ensamblaje y diseño del telescopio, junto con dos de los nueve instrumentos científicos utilizados con el telescopio; la NASA fue responsable de la aeronave. La fabricación del telescopio fue subcontratada a la industria europea. El telescopio fue de fabricación alemana; el espejo primario fue fundido por Schott AG en Mainz, Alemania con mejoras de peso ligero, con pulido y esmerilado realizado por la empresa francesa SAGEM -REOSC. El mecanismo del espejo secundario basado en carburo de silicio fue fabricado por el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM). Se volvió a aplicar un revestimiento de superficie reflectante al espejo primario una o dos veces al año, primero en una instalación contratada en Luisiana, hasta que el consorcio estableció su propia instalación de revestimiento en Moffett Field . [8]
El avión SOFIA era un Boeing 747SP modificado . [9] Boeing desarrolló la versión SP o "Special Performance" del 747 para vuelos de ultra largo alcance, modificando el diseño del 747-100 eliminando secciones del fuselaje y modificando fuertemente otras para reducir el peso, permitiendo así al 747SP volar más alto, más rápido y más lejos sin escalas que cualquier otro modelo 747 de la época. [14]
Boeing asignó el número de serie 21441 al fuselaje que eventualmente se convertiría en SOFIA; fue el 306.º 747 en construirse. El primer vuelo de este avión fue el 25 de abril de 1977, y Boeing entregó el avión a Pan American World Airways el 6 de mayo de 1977. El avión recibió su primera matrícula , N536PA y Pan Am puso el avión en servicio comercial de pasajeros. [11] Pan Am nombró al avión en honor al aviador Charles Lindbergh . Por invitación de Pan Am, la viuda de Lindbergh, Anne , bautizó el avión como Clipper Lindbergh el 20 de mayo de 1977, el 50.º aniversario del inicio del histórico vuelo de su esposo desde Nueva York a París en 1927. [11]
United Airlines compró el avión a Pan Am el 13 de febrero de 1986 y el avión recibió una nueva matrícula, N145UA. El avión también recibió una nueva decoración sin el nombre de Lindbergh. El avión permaneció en servicio hasta diciembre de 1995, cuando United Airlines lo almacenó cerca de Las Vegas. [15]
El 30 de abril de 1997, la Asociación de Investigación Espacial de Universidades (USRA) compró el avión a United para usarlo como observatorio aéreo. El 27 de octubre de 1997, la NASA compró el avión a USRA. [15] La NASA realizó una serie de pruebas de vuelo "de referencia" ese año, antes de cualquier modificación importante del avión por parte de E-Systems (más tarde Raytheon Intelligence and Information Systems y luego L-3 Communications Integrated Systems de Waco, Texas ). Para asegurar una modificación exitosa, Raytheon compró una sección de otro 747SP, número de registro N141UA, que estaba siendo desguazado a principios de 1998 para usarlo como una maqueta de tamaño real . [16]
Raytheon comenzó a trabajar en 1998 y diseñó e instaló una puerta de 5,5 m (18 pies) de alto (longitud de arco) por 4,1 m (13,5 pies) de ancho en el lado izquierdo de popa del fuselaje de la aeronave, que podía abrirse en vuelo para dar acceso al telescopio al cielo. El telescopio estaba montado en el extremo de popa del fuselaje detrás de un mamparo presurizado. El punto focal del telescopio está ubicado en una suite de instrumentos científicos en la sección central presurizada del fuselaje, lo que requiere que parte del telescopio pase a través del mamparo presurizado. En el centro de la aeronave estaba la sección de control de misión y operaciones científicas, mientras que la sección delantera alberga el área de educación y divulgación pública. El fuselaje abierto no tiene una influencia significativa en la aerodinámica y las cualidades de vuelo del avión. [17]
Por invitación de la NASA, el nieto de Lindbergh, Erik Lindbergh, rebautizó el avión como Clipper Lindbergh , el 21 de mayo de 2007, el 80 aniversario de la finalización del vuelo transatlántico de Charles Lindbergh. [18]
Durante diciembre de 2012, el avión recibió una actualización de la cabina de vuelo de cristal junto con nuevos sistemas de aviónica y actualizaciones de software. [19]
El 28 de abril de 2022, el proyecto anunció que retiraría la aeronave a partir del 30 de septiembre de 2022. Su 921.ª y última misión fue sobre el Océano Pacífico Norte frente a la costa de California, despegando desde Palmdale y regresando allí para aterrizar 7 horas y 57 minutos después a las 04:41 PDT (11:41 UTC ). [20] [21] [22]
El último vuelo de la aeronave ocurrió el 13 de diciembre de 2022, cuando la aeronave partió de Palmdale y aterrizó en la Base Aérea Davis-Monthan , para ser donada al Museo del Aire y el Espacio Pima ubicado cerca de Tucson, Arizona , donde ha sido colocada en exhibición. [23] [24] [25]
El primer uso de una aeronave para realizar observaciones infrarrojas fue en 1965, cuando Gerard P. Kuiper utilizó el Observatorio Aerotransportado Galileo de la NASA para estudiar Venus. Tres años más tarde, Frank J. Low utilizó el Observatorio Learjet de Ames para observaciones de Júpiter y nebulosas. [26] En 1969, comenzó la planificación para montar un telescopio de 910 mm (36 pulgadas) en una plataforma aérea. El objetivo era realizar astronomía desde la estratosfera , donde había una profundidad óptica mucho menor debido a la radiación infrarroja absorbida por el vapor de agua . Este proyecto, llamado Observatorio Aerotransportado Kuiper , se inauguró el 21 de mayo de 1975. El telescopio fue fundamental en numerosos estudios científicos, incluido el descubrimiento del sistema de anillos alrededor del planeta Urano. [27]
La propuesta de un telescopio más grande montado en una aeronave se presentó oficialmente en 1984 y exigía un Boeing 747 para transportar un telescopio de tres metros. El concepto preliminar del sistema se publicó en 1987 en un Libro Rojo . Se acordó que Alemania contribuiría con el 20% del costo total y proporcionaría el telescopio. Sin embargo, la reunificación de Alemania y los recortes presupuestarios en la NASA llevaron a un retraso de cinco años en el proyecto. Luego, la NASA contrató el trabajo a la Asociación de Investigación Espacial de Universidades (USRA), y en 1996, la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) firmaron un memorando de entendimiento para construir y operar SOFIA. [28]
El espejo primario del telescopio SOFIA tenía 2,5 metros de diámetro y estaba fabricado con Zerodur , un compuesto de vitrocerámica producido por Schott AG que tiene una expansión térmica casi nula . REOSC, el departamento óptico del Grupo SAGEM en Francia, redujo el peso fresando cavidades en forma de panal en la parte posterior. Terminaron de pulir el espejo el 14 de diciembre de 1999, logrando una precisión de 8,5 nanómetros (nm) sobre la superficie óptica. [29] El espejo secundario en forma de hipérbola estaba hecho de carburo de silicio , y el pulido se completó en mayo de 2000. [4] Durante 2002, los componentes principales del telescopio se ensamblaron en Augsburgo , Alemania. Estos consistían en el conjunto del espejo primario, el soporte óptico principal y el conjunto de suspensión. Después de que se realizaron pruebas de integración exitosas para verificar el sistema, los componentes se enviaron a Waco, Texas, a bordo de un avión Airbus Beluga . Llegaron el 4 de septiembre de 2002. [30] SOFIA completó su primera prueba terrestre "en el cielo" el 18 y 19 de agosto de 2004 tomando una imagen de la estrella Polaris . [31]
El proyecto se retrasó aún más en 2001, cuando tres subcontratistas encargados del desarrollo de la puerta del telescopio cerraron sucesivamente. United Airlines también se declaró en quiebra y se retiró del proyecto como operador del avión. El telescopio fue transportado desde Alemania a los Estados Unidos, donde se instaló en el fuselaje en 2004 y se realizaron las primeras observaciones desde tierra. [7]
En febrero de 2006, tras el aumento de los costes de 185 millones de dólares a 330 millones de dólares, [32] la NASA puso el proyecto "en revisión" y suspendió la financiación eliminándolo de su presupuesto. El 15 de junio de 2006, SOFIA pasó la revisión cuando la NASA concluyó que no existían desafíos técnicos o programáticos insuperables para el desarrollo continuo de SOFIA. [33] [34]
El vuelo inaugural del SOFIA tuvo lugar el 26 de abril de 2007 en las instalaciones de L-3 Integrated Systems (L-3 IS) en Waco, Texas. [35] Después de un breve programa de pruebas en Waco para expandir parcialmente la envolvente de vuelo y realizar controles posteriores al mantenimiento, el avión fue trasladado el 31 de mayo de 2007 al Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en la Base Aérea Edwards . La primera fase de cargas y pruebas de vuelo se utilizó para verificar las características de la aeronave con la puerta de la cavidad del telescopio externo cerrada. Esta fase se completó con éxito en enero de 2008 en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA. [36]
El 18 de diciembre de 2009, el avión SOFIA realizó el primer vuelo de prueba en el que se abrió por completo la puerta del telescopio. Esta fase duró dos minutos de los 79 minutos de vuelo. El telescopio de SOFIA vio su primera luz el 26 de mayo de 2010, enviando imágenes que mostraban el núcleo de M82 y el calor de la formación de Júpiter escapando a través de su cubierta de nubes. [37] Los vuelos de observación científica "de rutina" iniciales comenzaron en diciembre de 2010 [13] y se programó que el observatorio alcanzara su capacidad máxima en 2014 con aproximadamente 100 vuelos por año. [7] [36]
Desde 2011, las misiones SOFIA se eligieron entre varias propuestas. Las misiones exitosas se programaron según ciclos anuales, siendo el primer ciclo el correspondiente a 2013. Durante cada ciclo, las aeronaves y los instrumentos se compartieron entre varias misiones diferentes. [38]
La encuesta astrofísica decenal para la década de 2020 recomendó que la NASA pusiera fin a las operaciones de SOFIA para 2023. "El comité de encuesta tiene preocupaciones significativas sobre SOFIA, dado su alto costo y su modesta productividad científica", afirmó el informe. [39]
Los principales objetivos científicos de SOFIA eran estudiar la composición de las atmósferas y superficies planetarias ; investigar la estructura, evolución y composición de los cometas ; determinar la física y química del medio interestelar ; y explorar la formación de estrellas y otros objetos estelares. Si bien las operaciones de las aeronaves SOFIA fueron administradas por el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en Palmdale, California, el Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California, fue el hogar del Centro Científico SOFIA que administró la planificación de la misión para el programa. [7] El 29 de junio de 2015, el planeta enano Plutón pasó entre una estrella distante y la Tierra produciendo una sombra en la Tierra cerca de Nueva Zelanda que permitió a SOFIA estudiar la atmósfera de Plutón . [40]
A principios de 2016, SOFIA detectó oxígeno atómico en la atmósfera de Marte por primera vez en 40 años. [41] A principios de 2017, sus observaciones de 1 Ceres en el infrarrojo medio ayudaron a determinar que el gran asteroide/planeta enano estaba cubierto con una capa de polvo de asteroide de otros cuerpos. [42] En julio de 2017, SOFIA observó una ocultación estelar del distante objeto del cinturón de Kuiper 486958 Arrokoth mientras que los observatorios terrestres fallaron en esta observación, preparando la visita de la sonda New Horizons a este asteroide.
Sofía también se ha utilizado para misiones de astrobiología, centrándose entre otros objetivos en la observación de nuevos sistemas planetarios y la detección de moléculas complejas. [43]
En octubre de 2020, los astrónomos informaron haber detectado agua molecular en la superficie iluminada por el sol de la Luna mediante varias naves espaciales independientes, incluido el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA). [44] [45] [46] [47]
Entre enero y mayo de 2022, utilizando el instrumento FORCAST a bordo de SOFIA, se detectó por primera vez agua en asteroides. El descubrimiento se describió en un artículo publicado en febrero de 2024. [48]
SOFIA fue diseñado desde el principio para apoyar un sólido esfuerzo de educación y divulgación pública que pueda, durante los 20 años de duración de la misión planificada, involucrar directamente a más de mil educadores de todo tipo ( maestros de K-12 , educadores de museos de ciencias y planetarios y especialistas en divulgación pública) como socios del científico, y llegar a cientos de miles de personas en todo el país a través de estos educadores. [49]
Los "Seis de SOFIA" fueron el primer grupo de educadores seleccionados en los Estados Unidos para participar en el programa "Piloto" AAA de SOFIA, y volaron durante el verano de 2011. Alemania tuvo un proceso de solicitud independiente, pero también volaron dos maestros ese verano. [50] Los equipos de educadores más los suplentes fueron seleccionados en un proceso de solicitud altamente competitivo. La NASA y el DLR (Agencia Espacial Alemana) seleccionaron a educadores que provenían de una variedad de orígenes, y sus instituciones incluían una escuela para sordos, un sitio de educación alternativa (con problemas de desarrollo), poblaciones estudiantiles altamente desatendidas, escuelas rurales y una escuela nativa americana. Desde el ciclo "Piloto", el programa AAA ha volado más de 20 equipos y ahora estaba en su fase del Ciclo 5. [49] [51]
La actriz de Star Trek Nichelle Nichols voló a bordo de SOFIA el 17 de septiembre de 2015. [52]
Número de serie del fabricante: 21441 Número de línea: 306
Boeing también construyó el 747-100SP (de rendimiento especial), que tenía un fuselaje acortado y estaba diseñado para volar más alto, más rápido y más lejos sin escalas que cualquier modelo 747 de su época.
13/2/1986 N536PA United compró
