El Observatorio Espacial Infrarrojo ( ISO ) fue un telescopio espacial para luz infrarroja diseñado y operado por la Agencia Espacial Europea (ESA), en cooperación con ISAS (ahora parte de JAXA ) y la NASA . El ISO fue diseñado para estudiar la luz infrarroja en longitudes de onda de 2,5 a 240 micrómetros y operó entre 1995 y 1998. [1]
El satélite , cuyo coste ascendió a 480,1 millones de euros [2] [3], fue lanzado el 17 de noviembre de 1995 desde la plataforma de lanzamiento ELA-2 del Centro Espacial Guayanés , cerca de Kourou, en la Guayana Francesa. El vehículo de lanzamiento , un cohete Ariane 4 4P, colocó al ISO con éxito en una órbita geocéntrica altamente elíptica , completando una revolución alrededor de la Tierra cada 24 horas. El espejo primario de su telescopio Ritchey-Chrétien medía 60 cm de diámetro y estaba enfriado a 1,7 kelvin mediante helio superfluido . El satélite ISO contenía cuatro instrumentos que permitían obtener imágenes y fotometría de 2,5 a 240 micrómetros y espectroscopía de 2,5 a 196,8 micrómetros.
La ESA y el Centro de Procesamiento y Análisis de Infrarrojos se esforzaron por mejorar los flujos de datos y las herramientas de análisis de software especializadas para obtener los mejores métodos de calibración y reducción de datos de la misión. El IPAC apoya a los observadores de la ISO y a los usuarios de los archivos de datos mediante visitas y talleres internos.
En 1983, el IRAS, una iniciativa estadounidense, holandesa y británica, inauguró la astronomía infrarroja basada en el espacio al realizar el primer "estudio de todo el cielo" en longitudes de onda infrarrojas . El mapa resultante del cielo infrarrojo identificó unas 350.000 fuentes infrarrojas que esperaban ser exploradas por los sucesores del IRAS. En 1979, el IRAS se encontraba en una fase avanzada de planificación y los resultados esperados del IRAS condujeron a la primera propuesta de ISO presentada a la ESA ese mismo año. Con las rápidas mejoras en la tecnología de detectores infrarrojos, el ISO proporcionaría observaciones detalladas de unas 30.000 fuentes infrarrojas con una sensibilidad y una resolución muy mejoradas . El ISO tendría un rendimiento 1000 veces mejor en sensibilidad y 100 veces mejor en resolución angular a 12 micrómetros en comparación con el IRAS.
Una serie de estudios de seguimiento dieron como resultado la selección de ISO como la siguiente entrega del Programa Científico de la ESA en 1983. A continuación se realizó una convocatoria de propuestas de científicos para experimentos y misiones a la comunidad científica, que dio como resultado la selección de los instrumentos científicos en 1985. Los cuatro instrumentos elegidos fueron desarrollados por equipos de investigadores de Francia, Alemania, los Países Bajos y el Reino Unido.
El diseño y desarrollo del satélite comenzó en 1986 con la división espacial de Aérospatiale (actualmente absorbida por Thales Alenia Space ) liderando un consorcio internacional de 32 empresas responsables de la fabricación , integración y pruebas del nuevo satélite. El ensamblaje final tuvo lugar en el Centro Espacial Mandelieu de Cannes .
El diseño básico de la ISO estuvo fuertemente influenciado por el de su predecesor inmediato. Al igual que el IRAS, la ISO estaba compuesta por dos componentes principales:
El módulo de carga útil también contenía un parasol cónico , para evitar que la luz difusa llegara al telescopio, y dos grandes rastreadores de estrellas . Estos últimos formaban parte del Subsistema de Control de Actitud y Órbita (AOCS) que proporcionaba estabilización de tres ejes de ISO con una precisión de apuntamiento de un segundo de arco . Consistía en sensores solares y terrestres, los rastreadores de estrellas mencionados anteriormente, un sensor de estrella de cuadrante en el eje del telescopio, giroscopios y ruedas de reacción . Un sistema de control de reacción complementario (RCS), que utilizaba propulsor de hidracina , fue responsable de la dirección orbital y el ajuste fino poco después del lanzamiento . El satélite completo pesaba poco menos de 2500 kg, tenía 5,3 m de alto, 3,6 m de ancho y 2,3 m de profundidad.
El módulo de servicio albergaba todos los componentes electrónicos , el tanque de combustible de hidracina y proporcionaba hasta 600 vatios de energía eléctrica mediante células solares montadas en el lado orientado hacia el sol del parasol montado en el módulo de servicio. La parte inferior del módulo de servicio tenía una interfaz física con forma de anillo que soportaba la carga para el vehículo de lanzamiento.
El criostato del módulo de carga útil rodeaba el telescopio y el instrumento científico con un gran recipiente termo que contenía un tanque toroidal cargado con 2268 litros de helio superfluido. El enfriamiento por evaporación lenta del helio mantenía la temperatura del telescopio por debajo de los 3,4 K y la de los instrumentos científicos por debajo de los 1,9 K. Estas temperaturas tan bajas eran necesarias para que los instrumentos científicos fueran lo suficientemente sensibles como para detectar la pequeña cantidad de radiación infrarroja procedente de fuentes cósmicas. Sin este enfriamiento extremo, el telescopio y los instrumentos solo verían sus propias emisiones infrarrojas intensas en lugar de las débiles que se percibían a lo lejos.
El telescopio ISO estaba montado en la línea central del termo, cerca de la parte inferior del tanque de helio toroidal. Era del tipo Ritchey-Chrétien con una pupila de entrada efectiva de 60 cm, una relación de longitud focal de 15 y una longitud focal resultante de 900 cm. Era necesario un control muy estricto sobre la luz difusa, en particular la de fuentes infrarrojas brillantes fuera del campo de visión del telescopio , para garantizar la sensibilidad garantizada de los instrumentos científicos. Una combinación de escudos herméticos a la luz, deflectores dentro del telescopio y el parasol en la parte superior del criostato lograron una protección total contra la luz difusa. Además, el ISO tenía restricciones para observar demasiado cerca del Sol, la Tierra y la Luna; todas ellas fuentes importantes de radiación infrarroja. El ISO siempre apuntaba entre 60 y 120 grados desde el Sol y nunca apuntaba más cerca de 77 grados a la Tierra, 24 grados a la Luna o más cerca de 7 grados a Júpiter . Estas restricciones significaban que en un momento dado solo alrededor del 15 por ciento del cielo estaba disponible para el ISO.
Un espejo en forma de pirámide situado detrás del espejo primario del telescopio distribuía la luz infrarroja a los cuatro instrumentos, proporcionando a cada uno de ellos una sección de 3 minutos de arco del campo de visión de 20 minutos de arco del telescopio. Por lo tanto, apuntar un instrumento diferente al mismo objeto cósmico significaba reorientar todo el satélite ISO.
La ISO llevaba un conjunto de cuatro instrumentos científicos para realizar observaciones en el infrarrojo:
Los cuatro instrumentos se montaron directamente detrás del espejo primario del telescopio, en una disposición circular, y cada instrumento ocupaba un segmento de 80 grados del espacio cilíndrico. El campo de visión de cada instrumento estaba desplazado respecto del eje central del campo de visión del telescopio. Esto significa que cada instrumento "veía" una porción diferente del cielo en un momento dado. En el modo operativo estándar, un instrumento estaba en funcionamiento primario.
Tras una fase de desarrollo e integración muy satisfactoria, el 17 de noviembre de 1995 se puso en órbita el ISO a bordo de un cohete Ariane-44P. El rendimiento del cohete fue muy bueno, con un apogeo tan sólo 43 km más bajo de lo previsto. El Centro de Operaciones Espaciales de la ESA en Darmstadt (Alemania) tuvo el control total del ISO durante los primeros cuatro días de vuelo. Tras la puesta en servicio temprana, el control principal del ISO pasó al Centro de Control de Satélites (SCC) en Villanueva de la Cañada (España ) para el resto de la misión. En las tres primeras semanas tras el lanzamiento se afinó la órbita y se activaron y probaron todos los sistemas del satélite. El enfriamiento del criostato resultó ser más eficiente de lo que se había calculado anteriormente, por lo que la duración prevista de la misión se amplió a 24 meses. Entre el 21 y el 26 de noviembre se conectaron y comprobaron a fondo los cuatro instrumentos científicos. Entre el 9 de diciembre de 1995 y el 3 de febrero de 1996 tuvo lugar la «fase de verificación del rendimiento», dedicada a la puesta en servicio de todos los instrumentos y a la resolución de problemas. Las observaciones de rutina comenzaron el 4 de febrero de 1996 y duraron hasta que se agotó el último refrigerante de helio el 8 de abril de 1998.
El perigeo de la órbita de la ISO se encontraba dentro del cinturón de radiación de Van Allen , lo que obligaba a apagar los instrumentos científicos durante siete horas en cada paso por el cinturón de radiación. Por lo tanto, quedaban 17 horas en cada órbita para la observación científica. Una órbita típica de 24 horas de la ISO se puede dividir en seis fases:
A diferencia del sistema IRAS, no se registraron datos científicos a bordo del ISO para su posterior transmisión a la Tierra. Todos los datos, tanto científicos como de mantenimiento, se transmitieron a la Tierra en tiempo real. El punto de perigeo de la órbita del ISO estaba por debajo del horizonte de radio de los centros de control de la misión tanto en VILSPA como en Goldstone, lo que obligó a apagar los instrumentos científicos en el perigeo.
El 8 de abril de 1998, a las 07:00 UTC, los controladores de vuelo del VILSPA notaron un aumento de la temperatura del telescopio, lo que era una clara señal de que se había agotado la carga de refrigerante de helio superfluido. A las 23:07 UTC del mismo día, la temperatura de los instrumentos científicos había aumentado por encima de los 4,2 K y se interrumpieron las observaciones científicas. Unos pocos detectores del instrumento SWS pudieron realizar observaciones a temperaturas más altas y permanecieron en uso durante otras 150 horas para realizar mediciones detalladas de otras 300 estrellas . En el mes siguiente al agotamiento del refrigerante, se inició la "fase de prueba tecnológica" (TTP) para probar varios elementos del satélite en condiciones fuera de lo normal. Una vez completada la TTP, el perigeo de la órbita del ISO se redujo lo suficiente para garantizar que el ISO se quemara en la atmósfera de la Tierra en 20 a 30 años después de su apagado. El ISO se apagó permanentemente el 16 de mayo de 1998 a las 12:00 UTC.
En promedio, el ISO realizó 45 observaciones en cada órbita de 24 horas. A lo largo de su vida útil de más de 900 órbitas, el ISO realizó más de 26.000 observaciones científicas exitosas. Las enormes cantidades de datos científicos generados por el ISO fueron objeto de extensas actividades de archivo hasta 2006. El conjunto completo de datos ha estado disponible para la comunidad científica desde 1998 y se han hecho muchos descubrimientos, y probablemente muchos más aún por venir:
