El próximo lunes 14 de noviembre tendrá lugar en la sede del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) el seminario “25 años de cooperación en tecnología de comunicación óptica: una apuesta con futuro” con personal científico y de ingeniería del IAC y de ESTEC, el centro europeo de tecnología espacial e instrumentación de ESA (por sus siglas en inglés, European Space Technology and Research Centre y European Space Agency, respectivamente).

Durante el encuentro, ambas instituciones presentarán sus trabajos en ingeniería optomecánica y establecerán las bases para continuar colaborando. Entre otros ámbitos, se debatirán los últimos desarrollos en tecnologías termomecánicas e instrumentación óptica, los sistemas de refrigeración criogénicos, los nano y microsatélites, las comunicaciones ópticas en espacio libre y la óptica adaptativa.

En el marco de su estancia en la isla, los participantes de ESA visitarán este domingo con Rafael Rebolo, director del IAC, y José Gavira, director del Departamento de Mecánica de ESA/ESTEC, las instalaciones de la Agencia Europea en el Observatorio del Teide, haciendo especial hincapié en la Estación Óptica Terrestre (Optical Ground Station, OGS), un telescopio de 1 metro de diámetro en cuyo haber se encuentran las comunicaciones láser con satélites y el rastreo de basura espacial en órbita.  

La OGS es resultado del primer acuerdo de colaboración ESA-IAC, firmado el 29 de abril de 1994 por Jean-Marie Luton, entonces director general de ESA, y Francisco Sánchez, director fundador del IAC, que contemplaba la instalación de una estación óptica terrestre en Tenerife.

Tras 25 años cooperando en programas de conexión y transmisión de datos ópticos en el Observatorio del Teide, en 2019 la ESA y el IAC consideraron extender su colaboración para abarcar las misiones espaciales y la basura espacial. El 22 de mayo de ese año rubricaron el nuevo acuerdo Franco Ongaro, director de Tecnología, Ingeniería y Calidad, y Rolf Densing, director de Operaciones, por parte de ESA; y Rafael Rebolo, director del IAC.

De facto, desde los años noventa, el IAC ha desarrollado instrumentos para misiones espaciales de ESA como ISO (Infrared Space Observatory), para el estudio de las regiones frías y polvorientas del Universo (lanzamiento en 1995); SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory), del interior, la superficie y la atmósfera solares (1995);  Planck, del Fondo Cósmico de Microondas (2009); Herschel, de la formación y evolución de las estrellas y su interacción con el medio interestelar, y de las galaxias (2009); Solar Orbiter, del ciclo, el viento y las regiones polares del Sol (2020); Euclid, de la geometría de la materia oscura y la energía oscura del universo (2023); y Plato (PLAnetary Transits and Oscillations of stars), de los sistemas planetarios extrasolares (2026).

En otro registro, el IAC ha contribuido con el Gran Telescopio CANARIAS (GTC) a los programas de Defensa Planetaria de ESA, que protegen la Tierra del potencial choque de un asteroide. Por ejemplo, observó en 2019 el asteroide 2019 DS1, de entre 20 y 40 metros de diámetro. Actualmente, el IAC trabaja en la misión Hera de ESA, una sonda que tiene una cita con un sistema binario de asteroides para hacer estudios de impacto cinético que podrían ser útiles en caso de que un asteroide estuviera en trayectoria de colisión con la Tierra. Será lanzada en 2024.  

No es el único trabajo de prevención en el que colaboran la ESA y el IAC, también está el que concierne a los restos de satélites y otros instrumentos inactivos que permanecen en el espacio. Desde hace unos meses, la ESA dispone en el Observatorio del Teide de una nueva estación de seguimiento dedicada particularmente al problema de la basura espacial: la IZN Laser Ranging Station, cuyo laser posiciona objetos en el espacio con una precisión de centímetros.

El seminario ESA-IAC del próximo lunes supone, como su nombre indica, una apuesta con futuro por las comunicaciones ópticas y otros ámbitos de trabajo conjunto, pero también una apuesta de futuro y para el futuro.

Hitos de la OGS: desde ARTEMIS hasta el Premio Nobel

El IAC participó en el diseño general de la instrumentación de la Estación Óptica Terrestre (OGS), en concreto fue responsable de la electrónica y el software de control del sistema de comunicaciones ópticas con satélites, incluyendo el sistema de adquisición, apuntado y seguimiento. Asimismo, desarrolló técnicas de óptica adaptativa para compensar los efectos del movimiento global de la luz, denominado tip-tilt, que es originado por la turbulencia atmosférica. El objetivo final era establecer un enlace de comunicaciones mediante una señal láser que debe ser enviado con mucha precisión desde la OGS a un satélite y viceversa.

Demostrar la viabilidad de las comunicaciones ópticas con el espacio fue un logro pionero que se materializó en 2001 con el exitoso enlace por láser bidireccional entre el satélite en órbita terrestre baja SPOT-4, de CNES, el Centro Nacional de Estudios Espaciales francés, y el satélite geoestacionario ARTEMIS, de ESA. Poco después, la OGS comunicaba repetidamente con el satélite ARTEMIS para caracterizar la turbulencia atmosférica en diferentes condiciones de enlace con la finalidad de optimizar los diseños de las terminales ópticas para los satélites de nueva generación.

A partir de 2005, el IAC implementó en el telescopio de la OGS las herramientas de control necesarias para realizar comunicaciones ópticas con satélites en órbita baja, que cruzan el cielo en lapsos muy cortos, de entre 5 y 10 minutos.  Este tipo de enlaces requiere un telescopio con una precisión de apuntado y seguimiento muy exigentes.

Desde entonces la OGS “ha hablado” mucho con este tipo de satélites, entre otros con los satélites NFIRE (Near Field Infrared Experiment), de NASA; OICETS (Optical Inter-orbit Communications Engineering Test Satellite "KIRARI"), de JAXA, la Agencia Espacial Japonesa; Alphasat, de ESA; y la Estación Espacial Internacional (ISS). También con SMART-1 (Small Mision for Advanced Research and Technology), la primera misión lunar de ESA, durante su fase de crucero hacia nuestro satélite. Con LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), de NASA, la OGS inauguró los enlaces a muy larga distancia, considerados como enlaces en espacio profundo.

Otro éxito de la OGS y su equipo de operaciones es haber dado soporte a los experimentos de teletransportación cuántica entre las islas de La Palma y Tenerife de Anton Zeilinger, Premio Nobel de Física 2022 junto con Alain Aspect y John F. Clauser “por sus experimentos con fotones entrelazados, que establecen la violación de las desigualdades de Bell y son pioneros en la ciencia de la información cuántica". Zeilinger utilizó una terminal en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma) para generar fotones entrelazados que se recibieron en la OGS con distintos protocolos de distribución cuántica.

PROGRAMA DEL SEMINARIO DE INGENIERÍA ESA/IAC:

Lunes 14 de noviembre de 2022

09:00-09:15 Introducción IAC, R. Rebolo

09:15-09:30 Introducción ESA, J. Gavira

09:30-11:20 Presentaciones ESA:

• Instrumentos y desarrollos ópticos, L. Maresi y K. Minoglou

• Estructuras, mecanismos y técnicas de materiales, T. Ghidini

• Tecnologías termo, O. Pin

• Análisis STOP y sistemas de refrigeración criogénicos, B. Laine

• Integración y verificación técnicas, G. Piret

11:30-11:45 Pausa café

11:45–13:30 Presentaciones IAC

• Una visión global del Área de Instrumentación del IAC, J. Alfonso L. Aguerri

• CSOA: la nueva instalación del Departamento de Óptica del IAC, Ana Fragoso

• Hitos en la electrónica del IAC y en las comunicaciones ópticas en espacio libre, Luis

Fernando Rodríguez

• Óptica adaptativa en el IAC, Marcos Reyes y Luz María Montoya

• Programa de nano y micro satélites del IAC, Álex Oscoz

13:30 Debate y clausura

14:00-15:30 Comida

15:30-17:00 Visita de las instalaciones del IAC

Nota de prensa: ESA’s site for laser and quantum links marks 25 years

Contacto para entrevistas:

uc3 [at] iac.es (uc3[at]iac[dot]es)