El Laboratorio INTErnacional de Astrofísica de Rayos Gamma ( INTEGRAL ) es un telescopio espacial para la observación de rayos gamma de energías de hasta 8 MeV. Fue lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) a la órbita terrestre en 2002 y está diseñado para proporcionar imágenes y espectroscopia de fuentes cósmicas. En el rango de energía MeV, es el observatorio de rayos gamma más sensible del espacio. [3] Es sensible a fotones de mayor energía que los instrumentos de rayos X como NuSTAR , el Observatorio Swift Neil Gehrels , XMM-Newton , y menor que otros instrumentos de rayos gamma como Fermi y HESS .
Los fotones en el rango de energía de INTEGRAL son emitidos por partículas relativistas y supratérmicas [ se necesita aclaración ] en fuentes violentas, radiactividad de isótopos inestables producida durante la nucleosíntesis , binarios de rayos X y transitorios astronómicos de todo tipo, incluidos estallidos de rayos gamma . Los instrumentos de la nave espacial tienen campos de visión muy amplios , lo que resulta particularmente útil para detectar emisiones de rayos gamma de fuentes transitorias, ya que pueden monitorear continuamente grandes partes del cielo.
INTEGRAL es una misión de la ESA con contribuciones adicionales de estados miembros europeos, incluidos Italia, Francia, Alemania y España. Los socios de cooperación son la Agencia Espacial Rusa con IKI (militar CP Comand Punkt KW) y la NASA .
A junio de 2023, INTEGRAL continúa operando a pesar de la pérdida de sus propulsores por el uso de sus ruedas de reacción y la presión de la radiación solar . [4] [5]
Las radiaciones más energéticas que la luz óptica, como la ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma , no pueden penetrar la atmósfera terrestre y se deben realizar observaciones directas desde el espacio. INTEGRAL es un observatorio, los científicos pueden proponer el tiempo de observación de las regiones objetivo deseadas, los datos son públicos después de un período de propiedad de hasta un año.
INTEGRAL fue lanzado desde el puerto espacial ruso de Baikonur , en Kazajstán . El lanzamiento de 2002 a bordo de un cohete Proton -DM2 alcanzó una órbita elíptica de tres días con un apogeo de casi 160.000 km y un perigeo de más de 2.000 km, por lo que se encontraba en su mayor parte más allá de los cinturones de radiación que, de otro modo, provocarían altos niveles de fondo instrumental debido a la activación de partículas cargadas. La nave espacial y los instrumentos se controlan desde ESOC en Darmstadt , Alemania, el centro de control de la ESA, a través de estaciones terrestres en Bélgica ( Redu ) y California ( Goldstone ).
2015: el consumo de combustible es mucho menor de lo previsto. INTEGRAL ha superado con creces su vida útil prevista de 2+3 años y está previsto que entre en la atmósfera de la Tierra en 2029 como final definitivo de la misión. Su órbita se ajustó en enero/febrero de 2015 para provocar un reingreso tan seguro (sur) (debido a perturbaciones lunares/solares, previstas para 2029), utilizando la mitad del combustible restante en ese momento. [6] [7]
En julio de 2020 INTEGRAL se puso en modo seguro y parecía que los propulsores habían fallado. Desde entonces se han desarrollado y probado algoritmos alternativos para girar y descargar las ruedas de reacción . [8]
En septiembre de 2021, un solo evento inesperado desencadenó una secuencia de eventos que pusieron a INTEGRAL en un estado de caída incontrolada, considerado una "anomalía de misión crítica". El equipo de operaciones utilizó las ruedas de reacción para recuperar el control de actitud. [4] [5]
En marzo de 2023, las operaciones científicas de INTEGRAL se ampliaron hasta finales de 2024, a lo que seguirá una fase posterior a las operaciones de dos años y un seguimiento adicional de la nave espacial hasta su reingreso estimado en febrero de 2029. [9]
También en marzo de 2023, se probó un nuevo modo seguro basado en software que utilizaría ruedas de reacción (en lugar de propulsores fallidos). [10]
El cuerpo de la nave espacial ("módulo de servicio") es una copia del cuerpo XMM-Newton . Esto ahorró costos de desarrollo y simplificó la integración con la infraestructura y las instalaciones terrestres. (Sin embargo, era necesario un adaptador para acoplarse con el propulsor diferente). Sin embargo, los instrumentos más densos utilizados para rayos gamma y rayos X duros hacen de INTEGRAL la carga útil científica más pesada jamás volada por la ESA.
La carrocería está construida en gran parte con materiales compuestos. La propulsión se realiza mediante un sistema monopropulsor de hidracina , que contiene 544 kg de combustible en cuatro tanques expuestos. Los tanques de titanio se cargaron con gas a 24 bar (2,4 MPa ) a 30 °C y tienen diafragmas de tanque. El control de actitud se realiza a través de un rastreador de estrellas, múltiples sensores solares (ESM) y múltiples ruedas de impulso. Los paneles solares duales, que abarcan 16 metros cuando están desplegados y producen 2,4 kW BoL, están respaldados por conjuntos de baterías duales de níquel-cadmio.
La estructura del instrumento ("módulo de carga útil") también es compuesta. Una base rígida sostiene los conjuntos de detectores y una estructura en forma de H sostiene las máscaras codificadas aproximadamente a 4 metros por encima de sus detectores. El módulo de carga útil se puede construir y probar independientemente del módulo de servicio, lo que reduce los costos.
Alenia Spazio (ahora Thales Alenia Space Italia) fue el contratista principal de la nave espacial.
En esta plataforma se alinean cuatro instrumentos con grandes campos de visión para estudiar objetivos en un rango de energía tan amplio de casi dos órdenes de magnitud en energía (otros instrumentos astronómicos en rayos X u ópticos cubren rangos de factores mucho más pequeños). de unos pocos como máximo). La obtención de imágenes se logra mediante máscaras codificadas que proyectan un diagrama de sombras en cámaras pixeladas; Las máscaras de tungsteno fueron proporcionadas por la Universidad de Valencia, España.
El generador de imágenes INTEGRAL, IBIS (Imager a bordo del satélite INTEGRAL) observa desde 15 keV (rayos X duros) hasta 10 MeV (rayos gamma). La resolución angular es de 12 minutos de arco, lo que permite localizar una fuente brillante a mejor que 1 minuto de arco. Una máscara de 95 x 95 de tejas rectangulares de tungsteno se encuentra a 3,2 metros por encima de los detectores. El sistema detector contiene un plano frontal de mosaicos de telururo de cadmio de 128 x 128 (ISGRI, generador de imágenes integral de rayos gamma suaves), respaldado por un plano de 64 x 64 de mosaicos de yoduro de cesio (PICsIT, telescopio pixelado de yoduro de cesio). ISGRI es sensible hasta 1 MeV, mientras que PICsIT se extiende hasta 10 MeV. Ambos están rodeados por escudos pasivos de tungsteno y plomo. IBIS fue proporcionado por institutos PI en Roma/Italia y París/Francia.
El espectrómetro a bordo de INTEGRAL es SPI , el espectrómetro de INTEGRAL. Fue concebido y montado por la Agencia Espacial Francesa CNES , con institutos PI en Toulouse/Francia y Garching/Alemania. Observa radiación entre 20 keV y 8 MeV . SPI tiene una máscara codificada de baldosas hexagonales de tungsteno , encima de un plano detector de 19 cristales de germanio (también empaquetados hexagonalmente). La resolución de alta energía de 2 keV a 1 MeV es capaz de resolver todas las líneas candidatas de rayos gamma. Los cristales de Ge se enfrían activamente con un sistema mecánico de refrigeradores Stirling a aproximadamente 80 K.
IBIS y SPI utilizan detectores activos para detectar y vetar partículas cargadas que generan radiación de fondo. El SPI ACS (Escudo AntiCoincidencia) consiste en bloques centelleadores BGO que rodean la cámara y la apertura, detectando todas las partículas cargadas y fotones que exceden una energía de aproximadamente 75 keV, que golpearían el instrumento desde direcciones diferentes a la apertura. Una fina capa de centelleador de plástico detrás de las placas de tungsteno sirve como detector adicional de partículas cargadas dentro de la abertura.
La gran área efectiva de la ACS resultó ser útil como instrumento por derecho propio. Su cobertura de todo el cielo y su sensibilidad lo convierten en un detector natural de explosiones de rayos gamma y un componente valioso de la IPN (Red InterPlanetaria).
Las unidades duales JEM-X proporcionan información adicional sobre fuentes de rayos X blandos y duros, de 3 a 35 keV. Además de ampliar la cobertura espectral, las imágenes son más precisas debido a la longitud de onda más corta. Los detectores son centelleadores de gases ( xenón más metano ) en un diseño de microbanda, debajo de una máscara de mosaicos hexagonales.
INTEGRAL incluye un instrumento Monitor Óptico ( OMC ), sensible de 500 a 580 nm . Actúa como ayuda para el encuadre y puede observar la actividad y el estado de algunos objetivos más brillantes; por ejemplo, ha sido útil para monitorear la luz de una supernova durante meses desde SN2014J.
La nave espacial también incluye un monitor de radiación, INTEGRAL Radiation Environment Monitor ( IREM ), para observar el fondo orbital con fines de calibración. IREM tiene un canal de electrones y protones, aunque se puede detectar radiación hasta rayos cósmicos . Si el fondo excede un umbral preestablecido, IREM puede apagar los instrumentos.
INTEGRAL contribuye a la astronomía de múltiples mensajeros, detectando rayos gamma de la primera fusión de dos estrellas de neutrones observadas en ondas gravitacionales y de una rápida ráfaga de radio. [11] Para 2018, se habían publicado aproximadamente 5.600 artículos científicos, con un promedio de uno cada 29 horas desde el lanzamiento. [12]
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