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 aerotransportado . La NASA adjudicó en 1996 el contrato para el desarrollo del avión, el funcionamiento del observatorio y la gestión de la parte americana del proyecto a la Universities Space Research Association (USRA). El DSI (Instituto alemán SOFIA; en 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 la 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 celestes, regiones de formación de estrellas, cometas, nebulosas y el Centro Galáctico .
Los vuelos científicos ya han concluido, tras el aterrizaje del 921.º y último vuelo en la madrugada del 29 de septiembre de 2022. El Boeing 747SP utilizado para transportar el telescopio se ha conservado y expuesto en el Museo Pima Air & Space, cerca de Tucson. Arizona .
SOFIA se basó en un Boeing 747SP , una versión acortada de fábrica del avión de fuselaje ancho que había sido modificado para incluir una puerta grande en el fuselaje de popa que podía abrirse en vuelo para permitir el acceso a un telescopio reflector de 2,5 m (8,2 pies) de diámetro. al cielo. [2] Este telescopio fue diseñado para observaciones astronómicas infrarrojas en la estratosfera a altitudes de aproximadamente 12 kilómetros (41.000 pies). La capacidad de vuelo de SOFIA le permitió elevarse por encima de casi todo el vapor de agua de la atmósfera terrestre, lo que impide que algunas longitudes de onda infrarrojas lleguen al suelo. A la altitud de crucero del avión, estaba disponible el 85% del rango infrarrojo completo. El avión también podría viajar por encima de casi cualquier punto de la superficie de la Tierra, permitiendo la observación desde los hemisferios norte y sur.
Los vuelos de observación se realizaban tres o cuatro noches a la semana. El Observatorio SOFIA tenía su sede en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en el Aeropuerto Regional de Palmdale , California, mientras que el Centro de Ciencias SOFIA tenía su sede 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 grandes telescopios infrarrojos. [3] El sistema óptico utiliza un diseño de reflector Cassegrain con un espejo primario parabólico y un secundario hiperbólico configurable remotamente. Para encajar el telescopio en el fuselaje, el primario se moldeó con 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 hacia el foco de Nasmyth , donde puede analizarse. Como sistema de guiado por cámara se utilizó un espejo óptico situado detrás del espejo terciario. [4]
El telescopio mira por una gran puerta en el lado de babor del fuselaje , cerca de la cola del avión, e inicialmente 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 fueron FLITECAM, una cámara de infrarrojo cercano que cubre entre 1 y 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 de infrarrojos con varios rangos espectrales. [5] El telescopio de SOFIA fue, con diferencia, el más grande jamás 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 para fines especiales. 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 agregar la capacidad de medir la polarización de la emisión de polvo de fuentes celestes. [6]
La cavidad abierta que alberga el telescopio estuvo expuesta a vientos turbulentos de alta velocidad. Además, las vibraciones y movimientos del avión dificultan la observación. El telescopio fue diseñado para ser muy liviano, con una forma de panal fresada en la parte posterior del espejo y un material compuesto de polímero utilizado para el ensamblaje del telescopio. El soporte incluye un sistema de rodamientos en aceite a presión para aislar el instrumento de las vibraciones. El seguimiento se logró mediante un sistema de giroscopios, cámaras de alta velocidad y motores de torsión magnéticos para compensar el movimiento, incluidas las vibraciones del flujo de aire y los motores de la aeronave. [7] La cabina del telescopio debe enfriarse antes del despegue del avión para garantizar que el telescopio coincida con la temperatura externa y evitar cambios de forma inducidos térmicamente. Antes del aterrizaje, el compartimento se inunda con gas nitrógeno para evitar la condensación de humedad en las ópticas e instrumentos enfriados. [4]
DLR fue responsable de todo el montaje y diseño del telescopio, junto con dos de los nueve instrumentos científicos utilizados con el telescopio; La NASA fue responsable del avión. La fabricación del telescopio fue subcontratada a la industria europea. El telescopio era de fabricación alemana; El espejo principal fue moldeado por Schott AG en Mainz, Alemania, con mejoras livianas, y el esmerilado y pulido lo completó la empresa francesa SAGEM -REOSC. El mecanismo del espejo secundario a base de carburo de silicio fue fabricado por el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM). Se aplicó una superficie reflectante al espejo en una instalación en Luisiana, pero el consorcio ahora mantiene una instalación de revestimiento de espejos en Moffett Field , lo que permite un rápido recubrimiento del espejo primario, un proceso que se esperaba que fuera necesario una o dos veces al año. [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 en gran medida otras para reducir el peso, permitiendo así volar al 747SP. más alto, más rápido y más lejos sin parar que cualquier otro modelo 747 de la época. [14]
Boeing asignó el número de serie 21441 al fuselaje que eventualmente se convertiría en SOFIA, junto con el número de línea 306, lo que lo indica como el 747 número 306 en construirse. El primer vuelo de este avión fue el 25 de abril de 1977 y Boeing lo entregó a Pan American World Airways el 6 de mayo de 1977. El avión recibió su primer registro de avión , N536PA y Pan Am lo puso en servicio comercial de pasajeros. [11] Pan Am nombró el avión en honor al aviador Charles Lindbergh . Por invitación de Pan Am, la viuda de Lindbergh, Anne , bautizó el avión Clipper Lindbergh el 20 de mayo de 1977, en el 50º aniversario del inicio del histórico vuelo de su marido de 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 librea 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 Universitaria de Investigación Espacial (USRA) compró el avión a United para utilizarlo como observatorio aéreo. El 27 de octubre de 1997, la NASA compró el avión a la USRA. [15] La NASA llevó a cabo una serie de pruebas de vuelo "básicas" 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 garantizar una modificación exitosa, Raytheon compró una sección de otro 747SP, número de registro N141UA, que estaba siendo desechada a principios de 1998 para usarla como una maqueta de tamaño completo . [dieciséis]
Al comenzar a trabajar en 1998, Raytheon 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 trasero izquierdo del fuselaje de la aeronave que podía abrirse en vuelo para darle al telescopio acceso al cielo. El telescopio estaba montado en el extremo trasero del fuselaje, detrás de un mamparo presurizado. El punto focal del telescopio está ubicado en un conjunto de instrumentos científicos en la sección central presurizada del fuselaje, lo que requiere que parte del telescopio pase a través del mamparo de presión. En el centro del avión 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 influye significativamente 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, en el 80º 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 la cabina de vidrio junto con nuevos sistemas de aviónica y actualizaciones de software. [19]
El 28 de abril de 2022, el proyecto anunció que retiraría el avión a partir del 30 de septiembre de 2022. Su misión número 921 y última fue sobre el Océano Pacífico Norte frente a la costa de California, despegando de Palmdale y regresando allí para aterrizar 7 horas y 57 minutos más tarde a las 04:41 PDT (11:41 UTC ). [20] [21] [22]
El vuelo final de la aeronave se produjo el 13 de diciembre de 2022, cuando la aeronave despegó de Palmdale y aterrizó en la Base de la Fuerza Aérea Davis-Monthan , para ser donada al Museo Pima Air & Space ubicado cerca de Tucson, Arizona , donde ha sido colocada. en exhibicion. [23] [24] [25]
El primer uso de un avión 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 Ames Learjet 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, denominado Observatorio Aerotransportado Kuiper , se inauguró el 21 de mayo de 1975. El telescopio jugó un papel decisivo en numerosos estudios científicos, incluido el descubrimiento del sistema de anillos alrededor del planeta Urano. [27]
La propuesta para un telescopio más grande montado en un avión se presentó oficialmente en 1984 y requería que un Boeing 747 llevara 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 coste total y proporcionaría el telescopio. Sin embargo, la reunificación de Alemania y los recortes presupuestarios en la NASA provocaron un retraso de cinco años en el proyecto. Luego, la NASA contrató el trabajo a la Asociación Universitaria de Investigación Espacial (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, ha reducido el peso fresando bolsillos en forma de panal en la parte trasera. 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 estaban formados por el conjunto del espejo primario, el soporte óptico principal y el conjunto de suspensión. Después de realizar 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" del 18 al 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 telescópica 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 Estados Unidos, donde fue instalado en la estructura del avión en 2004 y las primeras observaciones se realizaron desde tierra. [7]
En febrero de 2006, después de aumentos de costos de 185 millones de dólares a 330 millones de dólares, [32] la NASA puso el proyecto "bajo revisión" y suspendió la financiación eliminando el proyecto de su presupuesto. El 15 de junio de 2006, SOFIA pasó la revisión cuando la NASA concluyó que no había desafíos técnicos o programáticos insuperables para el desarrollo continuo de SOFIA. [33] [34]
El vuelo inaugural de 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 prueba 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 de la Fuerza Aérea Edwards . La primera fase de cargas y pruebas de vuelo se utilizó para comprobar las características de la aeronave con la puerta de la cavidad telescópica externa 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 completamente la puerta del telescopio. Esta fase duró dos minutos del vuelo de 79 minutos. El telescopio de SOFIA vio la primera luz el 26 de mayo de 2010 y devolvió imágenes que mostraban el núcleo de M82 y el calor de la formación de Júpiter escapando a través de su capa de nubes. [37] Los vuelos iniciales de observación científica "rutinarios" comenzaron en diciembre de 2010 [13] y estaba previsto que el observatorio tuviera plena capacidad para 2014 con alrededor de 100 vuelos por año. [7] [36]
Desde 2011, las misiones SOFIA fueron elegidas entre varias propuestas. Las misiones exitosas se programaron según ciclos anuales, correspondiendo el primer ciclo a 2013. Durante cada ciclo, los aviones y los instrumentos se compartieron entre algunas misiones diferentes. [38]
El estudio decenal de astrofísica para la década de 2020 recomendó que la NASA pusiera fin a las operaciones de SOFIA para 2023. "El comité de estudio tiene importantes preocupaciones sobre SOFIA, dado su alto costo y su modesta productividad científica", afirma 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 los aviones SOFIA fueron administradas por NASA Dryden, el Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California, alberga el Centro de Ciencias SOFIA, que administrará 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 sobre 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 486958 Arrokoth del cinturón de Kuiper , mientras que los observatorios terrestres fallaron en esta observación, preparando la sonda New Horizons que visitaba 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 de la Luna iluminada por el sol mediante varias naves espaciales independientes, incluido el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA). [44] [45] [46] [47]
SOFIA fue diseñado desde el principio para apoyar un sólido esfuerzo de educación pública y extensión que pueda, durante los 20 años de vida planificados de la misión, involucrar directamente a más de mil educadores de todo tipo: maestros K-12 , educadores de museos de ciencias y planetarios, y especialistas en extensión pública, como socios del científico, y llegar a cientos de miles de personas en todo el país a través de estos educadores. [48]
Los "SOFIA Six" 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 tiene un proceso de solicitud separado, pero también llevó a dos maestros ese verano. [49] Se seleccionaron equipos de educadores y suplentes en un proceso de solicitud altamente competitivo. La NASA y la DLR (Agencia Espacial Alemana) seleccionaron educadores que provenían de diversos 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 de nativos americanos. . Desde el ciclo "Piloto", el programa AAA ha volado con más de 20 equipos y ahora se encontraba en su fase del Ciclo 5. [48] [50]
La actriz de Star Trek , Nichelle Nichols, voló a bordo de SOFIA el 17 de septiembre de 2015. [51]
Número de serie del fabricante: 21441 Número de línea: 306
Boeing también construyó el 747-100SP (rendimiento especial), que tenía un fuselaje más corto y fue diseñado para volar más alto, más rápido y más lejos sin escalas que cualquier modelo 747 de su época.
13/02/1986 N536PA United comprado
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