El Telescopio de imágenes transportado por globos de superpresión (SuperBIT) es un telescopio de alta resolución altamente estabilizado que opera en la estratosfera a través del sistema de globos de superpresión (SPB) de la NASA . A 40 km de altitud sobre el nivel del mar, el globo del tamaño de un estadio de fútbol transporta SuperBIT (a 3.500 libras) a un entorno suborbital por encima del 99,2% de la atmósfera terrestre para obtener imágenes de calidad espacial. Como instrumento de investigación, el principal objetivo científico de SuperBIT es proporcionar información sobre la distribución de la materia oscura en los cúmulos de galaxias y en toda la estructura a gran escala del universo . [1] Como lo demuestran numerosos vuelos de prueba, se espera que los datos de la encuesta generados por SuperBIT tengan una calidad y una eficiencia de recopilación de datos similares a las del Telescopio Espacial Hubble, al tiempo que complementen las encuestas de otros observatorios prometedores como el Telescopio Espacial James Webb ( JWST), [2] el Observatorio Vera C. Rubin (anteriormente LSST), [3] y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace (anteriormente WFIRST). [4]
SuperBIT es un telescopio montado en globo de difracción limitada , de campo amplio y 0,5 m que opera dentro de la estratosfera para lograr condiciones operativas y rendimiento similares a los del espacio. Con sensibilidad óptica desde el infrarrojo cercano (900 nm) hasta el ultravioleta cercano (300 nm), SuperBIT tiene como objetivo realizar mediciones precisas de lentes gravitacionales débiles de cúmulos de galaxias para inferir la presencia y la cantidad relativa de materia oscura en estos cúmulos, así como como la estructura a gran escala del universo . [5] Para lograr mediciones de alta precisión desde un entorno transportado por un globo, la góndola SuperBIT , de aproximadamente 3500 libras, estabiliza su telescopio con una precisión de menos de un segundo de arco (similar a una Steadicam de tres grados de libertad ), mientras que una óptica sofisticada estabiliza aún más. la cámara SuperBIT a < 50 milisegundos de arco. [6] [7] [8] Una analogía útil para este nivel de estabilidad es enhebrar una aguja en la cima de la Torre CN desde la Isla Central de Toronto (aproximadamente a 2,5 km de distancia) y evitar que el hilo toque los lados de la aguja durante hasta 60 minutos. Este nivel de precisión, junto con una óptica de difracción limitada y un gran campo de visión de 0,5 grados , permite a SuperBIT realizar estudios astronómicos con una cadencia y calidad que rivaliza con el Telescopio Espacial Hubble . [9] En este sentido, uno de los objetivos generales de desarrollo científico y tecnológico de SuperBIT es hacer que las plataformas astronómicas suborbitales de rápido desarrollo pero altamente capaces sean más accesibles para la comunidad astronómica a una fracción del costo de una equivalente basada en el espacio o satélite. sistema de capacidad equivalente.
SuperBIT se encuentra actualmente en preparación para su vuelo científico en pleno funcionamiento, cuyo lanzamiento está previsto desde Wānaka , Nueva Zelanda, en marzo de 2023. SuperBIT lanzará y mantendrá operaciones a una altitud de aproximadamente 40 km sobre el nivel del mar a través del sistema de globo de superpresión (SPB) de la NASA . . El beneficio de este sistema SPB relativamente novedoso sobre los sistemas convencionales de globos de presión cero es que las operaciones estratosféricas pueden soportar ciclos diurnos durante más de 30 días, lo que permite a SuperBIT recopilar las imágenes y los datos necesarios para cumplir con los requisitos científicos de lentes débiles.
SuperBIT fue desarrollado originalmente en la Universidad de Toronto dirigido por el Grupo de Astronomía de Globos de Barth Netterfield (originalmente llamado Banco de Pruebas de Imágenes a bordo de Globos) con contribuciones y desarrollo de ingeniería de UTIAS. Con los esfuerzos de diseño que comenzaron en el verano de 2012, el equipo original de BIT fabricó, ensambló, integró, probó y lanzó BIT en su primer vuelo de prueba de ingeniería en 2015. [10] El lanzamiento tuvo lugar desde Timmins, Ontario y fue facilitado por Canadian Space Agencia y CNES . Tras este éxito de ingeniería, SuperBIT fue renovado y relanzado en los veranos de 2016 y 2018 con continuas mejoras de ingeniería y refinamiento del rendimiento general del instrumento [7] [8] en colaboración con la Universidad de Princeton , el Centro de Instrumentación Avanzada de la Universidad de Durham y el Laboratorio de Propulsión a Chorro. (JPL). Para ambos vuelos de prueba de ingeniería, el lanzamiento se realizó desde Palestina, Texas , y fue facilitado por la Instalación de Globos Científicos Columbia de la NASA .
En 2019, SuperBIT tuvo su último vuelo de calificación científica, que fue el primer vuelo que utilizó ópticas telescópicas calificadas para el espacio para imágenes científicas y cámaras mejoradas. Con el sistema de estabilización probado en vuelo de SuperBIT, el vuelo SuperBIT 2019 desde Timmins, Ontario con CNES-CSA demostró una sólida capacidad para realizar imágenes de campo amplio y con difracción limitada desde la estratosfera en bandas ópticas , así como en el infrarrojo cercano y cercano. ultravioleta. [6] Este fue el último vuelo de prueba necesario para calificar el sistema SuperBIT para operaciones científicas durante su próximo y último vuelo de larga duración desde Wānaka, Nueva Zelanda, cuyos resultados ofrecerán contribuciones significativas a los estudios de cúmulos de galaxias, la ciencia de lentes débiles y cosmología de la materia oscura . [11]
El presupuesto para la construcción y el desarrollo, a través de la primera misión, es de unos cinco millones de dólares. [12]
La primera misión oficial se lanzó el 16 de abril de 2023 desde Wānaka, Nueva Zelanda. [13] El objetivo era permanecer en el aire durante tres meses y realizar un aterrizaje suave, para que el telescopio pudiera reutilizarse nuevamente en futuras misiones. [13] El telescopio se comunicaba con la Tierra a través de dos sistemas: el sistema de satélites Starlink, la constelación de satélites Starlink y el sistema de seguimiento y retransmisión de datos por satélite (TDRSS). [14] La conexión con Starlink se perdió el 1 de mayo de 2023, y la conexión con TDRSS se volvió inestable el 24 de mayo de 2023. [14] Durante la misión, el telescopio obtuvo imágenes ópticas y en luz ultravioleta cercana de cúmulos de galaxias y otros objetos astronómicos. [15] Debido a la falta de conexión a tierra, se tomó la decisión de aterrizar el telescopio anticipadamente, y descendió el 25 de mayo de 2023, en Argentina. [15] El telescopio quedó destruido durante el aterrizaje; fue arrastrado por el suelo durante 3 km porque el paracaídas no se separó al aterrizar. [15] Algunas imágenes se recuperaron de pequeñas cápsulas que contenían copias de seguridad de los datos. [15]
Aunque los principales objetivos científicos de SuperBIT se centran en lentes gravitacionales débiles y estructuras a gran escala, el desarrollo de SuperBIT ha producido contribuciones notables en los campos de la ingeniería a bordo de globos, midiendo desde el ultravioleta cercano al infrarrojo cercano los niveles del fondo del cielo en altitudes estratosféricas. y técnicas para operaciones suborbitales. Específicamente, SuperBIT ha establecido estándares y metodologías generales de diseño para cargas útiles a bordo de globos en las áreas de control y dinámica de actitud ; [6] modelado y diseño mecánico suborbital; [16] modelado y mitigación térmica; [17] y técnicas electromecánicas para instrumentos transportados por globos. La transmisión óptica en altitudes estratosféricas se midió en profundidad para informar en detalle la sensibilidad científica de SuperBIT. En general, esta información es útil para el diseño de una amplia gama de instrumentación a bordo de globos.
Para respaldar los requisitos de datos para la velocidad de datos relativamente alta de SuperBIT, se desarrolló, lanzó y probó un sistema para enlace descendente físico durante el vuelo de prueba de ingeniería de SuperBIT en 2019. [18] Este sistema y las técnicas de seguimiento que lo rodean tuvieron éxito en su despliegue desde la estratosfera y recuperación en tierra con alta precisión, lo que permitió un "enlace descendente" altamente confiable de datos científicos durante el próximo vuelo científico de SuperBIT en 2022. Este sistema se utiliza actualmente para varias aplicaciones similares a gran altitud con requisitos de datos similares.
Además de la astronomía, las aplicaciones para la dinámica y el control de la actitud de alta precisión y la obtención de imágenes altamente estabilizadas desde el espacio y entornos cercanos al espacio incluyen la observación de la Tierra de alta resolución y los sistemas de telecomunicaciones basados en láser de gran ancho de banda , tanto en el sector de investigación como en el comercial. Dado el éxito de SuperBIT hasta la fecha, el equipo central de SuperBIT ha formado StarSpec Technologies, [19] una empresa de tecnologías suborbitales y espaciales cuyo objetivo es reducir la barrera de entrada al espacio y a los entornos cercanos al espacio, tanto en términos de costos como de tiempo general de desarrollo. Basado en el éxito de SuperBIT, StarSpec Technologies tiene actualmente un contrato para una serie de instrumentación de alta precisión, incluido el proyecto EXoplanet Climate Climate IR TElescope de la NASA, cuyo objetivo es caracterizar las atmósferas de exoplanetas desde la estratosfera.