Penrose y el origen del Universo

¿Qué tienen en común Roger Penrose y Stephen Hawking? De entrada, ambos han dedicado su carrera a temas muy parecidos y los dos fueron premiados con el premio Wolf en 1988. Pero el nexo común más importante es su fama. Si un físico desarrolla un modelo cíclico del Universo y cree ver vagas evidencias del mismo en el fondo cósmico de microondas (CMB), nadie le haría mucho caso. Existen cientos de teorías cosmológicas y no es cuestión de perder el tiempo con cada una de ellas. Pero si ese físico se apellida Penrose o Hawking, la cosa cambia. De la noche a la mañana veremos cientos de titulares en todos los medios anunciando la noticia.


Fondo cósmico de microondas (NASA).

Y eso es precisamente lo que ha pasado con el artículo Concentric circles in WMAP data may provide evidence of violent pre-Big-Bang activity, escrito por Penrose en colaboración con Vahe Gurzadyan. Sin entrar en detalles muy técnicos, Penrose viene a decir que los datos del CMB obtenidos por la sonda WMAP demuestran la validez de un modelo de Universo cíclico, o lo que es lo mismo, que el Big Bang no fue el origen del tiempo. ¿Cómo ha llegado Penrose a esta conclusión? En un mapa del CMB veremos muchas "manchas" de distintos tamaños. Estas "manchas" -cuya denominación correcta es "anisotropías del CMB"- son regiones que se encontraban a distinta temperatura cuando el Universo se volvió transparente trescientos mil años después del Big Bang. Estudiando su tamaño y distribución podemos averiguar datos esenciales sobre la proporción de materia oscura, energía oscura y geometría de nuestro Universo, algo que se ha podido calcular gracias a los datos de WMAP.

Según el modelo cosmológico cíclico de Penrose, denominado CCC (Conformal Cyclic Cosmology), cada etapa recibe el nombre de "eón". Al final del eón anterior al nuestro, los agujeros negros supermasivos tuvieron que colisionar entre sí emitiendo enormes cantidades de radiación gravitatoria. Por lo visto, esta radiación llegaría hasta nuestro eón no en forma de ondas gravitatorias, sino como grandes impulsos esféricos de energía que influirían en las etapas iniciales de nuestro Universo. Estos impulsos deformarían el CMB y dejarían su huella en forma de grandes círculos concéntricos formados por regiones de baja temperatura (unos 15 microkelvin de diferencia). El centro de cada conjunto de círculos señalaría el lugar de uno de los agujeros negros supermasivos del anterior eón. Penrose y Gurzadyan creen haber observado estos círculos en el CMB.


Posibles círculos del CMB (Penrose et al.).

Claro que uno puede pensar que estos círculos quizás sean un artefacto estadístico, un simple efecto óptico, pero ahí es donde entramos en los detalles del artículo. Los autores realizan un análisis de la varianza estadística de las anisotropías de los círculos y demuestran que no estamos ante una simple coincidencia, sino que son reales.


Análisis de la varianza de dos canales de datos del WMAP, demostrando que los círculos son estadísticamente significativos (Penrose et al.).

No soy cosmólogo, así que no me voy a meter en el proceloso aspecto teórico de la evidencia, pero a mi modo de ver el problema del análisis de Penrose y Gurzadyan es que quizás no han tenido debidamente en cuenta la posible contaminación de los datos por fuentes no cosmológicas situadas en primer plano. Tampoco parece que se haya sopesado convenientemente la variación en la proporción señal-ruido de los instrumentos del WMAP según la región del cielo. El que los autores hayan encontrado el mismo patrón en los datos BOOMERanG98 -obtenidos por otro instrumento distinto a WMAP- no excluye que estemos ante los efectos de alguna fuente ajena al CMB. Por otro lado, los anillos podrían ser reales y sin embargo no tener nada que ver con un universo cíclico.

En definitiva, los círculos de Penrose y Gurzadyan podrían ser todo un bombazo cosmológico, pero todavía debemos esperar para confirmar su existencia. Esperemos que Planck nos saque de dudas en un futuro no muy lejano.

Más información:

• Concentric circles in WMAP data may provide evidence of violent pre-Big-Bang activity, R. Penrose y V. Gurzadyan.
  

Lanzando la Orión

Tras la cancelación del cohete Ares I, la nave Orión ha logrado continuar con su desarrollo. Pero sin un lanzador adecuado, está claro que no podrá llegar muy lejos. ¿Qué otros cohetes podrían lanzar esta nave? No es que haya mucho donde elegir. Con una masa que supera las 20 toneladas, los únicos vectores norteamericanos capaces de levantar la Orión del suelo son los EELV Atlas V y Delta IV, ambos operados actualmente por la empresa United Launch Alliance (ULA).


Comparativa entre el shuttle,Ares I y el Delta IV Heavy con la Orión (ULA/NASA).


Montaje donde vemos una Orion lanzada por un Delta IV Heavy (nasaspaceflight.com).

El problema es que una Orión tripulada con la torre de escape (LAS) queda fuera de las posibilidades del Atlas V, aunque el Delta IV Heavy sí que sería capaz de llevar a cabo esta tarea con abundantes modificaciones. Evidentemente, si se desarrollan nuevas versiones más potentes de estos lanzadores no existiría ningún inconveniente, pero entonces estaríamos ante un presupuesto más elevado. Por otro lado, si finalmente la Orión sólo se desarrolla como vehículo de emergencia para la ISS, no existiría ningún problema, ya que sería lanzada sin tripulación y, por tanto, sin LAS. Otra opción que ha ganado popularidad estos meses es desarrollar una versión ligera (Orion Lite) de la nave, lo que permitiría lanzarla incluso con el Atlas V.

En todo caso, los cambios más esenciales son obvios. Por un lado, se debe dotar a las instalaciones de lanzamiento de un sistema de acceso de la tripulación a la nave y, además, el cohete debe ir equipado con un sistema de detección de emergencias (EDS) capaz de alertar inmediatamente a los sistemas de la Orión en caso de que algo vaya mal. El Delta IV se lanza desde la rampa SLC-41 y el Atlas V desde la SLC-37B, situadas ambas en la base de Cabo Cañaveral. Aunque operados comercialmente por ULA, estos lanzadores fueron desarrollados conjuntamente con la Fuerza Aérea (USAF). El coste de desarrollo de estos vehículos fue de 2700 millones de dólares para el Delta IV y 1800 millones para el Atlas V, de los cuales el gobierno federal aportó 1200 millones. Estos lanzadores son actualmente el único medio que tienen los militares estadounidenses para poner en órbita sus grandes satélites, motivo por el cual es difícil que cedan, aunque sea parcialmente, el control de las instalaciones de lanzamiento a la NASA.

Por eso quizás lo más satisfactorio para ambas partes sería lanzar los EELV desde las rampas 39A y 39B de la NASA, pudiendo utilizar las instalaciones del Centro Espacial Kennedy, especialmente el enorme VAB. De esta forma no se abandonarían estas famosas infraestructuras, incluyendo la plataforma MLP recientemente modificada para ser usada con el Ares I.


Recreación de un Delta IV Heavy con la Orión en las instalaciones de la NASA del Centro Espacial Kennedy (ULA).


Un Atlas V podría lanzar una Orion Lite sin problemas desde el KSC (ULA).

Sin embargo, en caso necesario se podría lanzar la Orión desde cualquiera de las rampas tradicionales, siempre y cuando se realizasen importantes modificaciones, incluyendo la inclusión de un sistema de escape para la tripulación en la rampa.



Modificaciones para lanzar una Orión tripulada con el Atlas V desde la rampa SLC-41 (ULA/NASA).





Modificaciones y flujo de trabajo (dos opciones) para lanzar una Orión tripulada con el Delta IV Heavy desde la rampa SLC-37 (ULA/NASA).

Tanto el Delta IV como el Atlas V podrían incorporar en las misiones tripuladas una segunda etapa criogénica con cuatro motores RL-10 (lo que permitiría completar la misión incluso si alguno de ellos fallase), o bien un J-2X desarrollado para el Ares I. De todas formas, la opción favorita sería usar el Delta IV Heavy sin segunda etapa, con la Orión conectada directamente al CBC central. Si finalmente se desarrolla una Orion Lite, ésta sería la configuración idónea. En el caso de un lanzamiento tripulado, mucho se ha hablado estos años sobre la capacidad del sistema de escape (LAS) para rescatar a la tripulación durante un despegue con un EELV. Pese a que habría que modificar ciertos parámetros, hoy en día está claro que éste no es un impedimento grave. También se requerirían una multitud de cambios menores en varios sistemas y componentes de los lanzadores para alcanzar el grado de seguridad exigido por la NASA.

No estamos ante una mera discusión técnica. Lo que está encima de la mesa es la capacidad de la NASA para mantener la independencia en el acceso tripulado al espacio. Recordemos que el plan comercial puesto en marcha por la administración Obama dejaría este acceso en manos de empresas privadas. Pese a que el desarrollo de los nuevos vehículos tripulados "comerciales" se está financiando con dinero público, la NASA sería un mero cliente y no poseería el control sobre las naves o las infraestructuras. Vamos, como un "plan de rescate" económico de esos que están tan de moda actualmente, pero a lo espacial.

Más información:

• Enabling crew launch on Atlas V and Delta IV (NASA, 2010).
• Human-rated Delta IV Heavy Study Constellation Architecture Impacts (NASA, 2009).

Misiones Apolo secretas

En el último artículo de The Space Review, Dwayne Day nos revela una curiosa historia relacionada con el programa Apolo desconocida hasta la fecha. Por extraño que parezca, durante los años 60 la NASA colaboró con la NRO (National Reconnaissance Office) para llevar a cabo una serie de misiones lunares usando satélites espías. Como lo oyen.

Antes de poner un hombre en la superficie de la Luna, la NASA debía cartografiar detalladamente nuestro satélite con la serie de sondas Lunar Orbiter. Pero a mediados de los 60 surgieron dudas sobre la capacidad de estas naves para realizar este trabajo. Estaba claro que un programa tan costoso e importante como el Apolo no podía quedar a merced de los caprichos técnicos de unos pocos satélites. Por lo tanto, se ideó un plan alternativo consistente en mandar un CSM Apolo tripulado junto con la óptica de un satélite espía KH-7 GAMBIT dentro de un módulo denominado Orbiting Control Vehicle (OCV). Lo sorprendente es que no se trató de una simple idea, ya que la NASA llegó a encargar a la NRO tres satélites de este tipo como "plan B". El programa parece ser que se denominó LM&SS (Lunar Mapping and Survey System), aunque, como todo lo relacionado con el programa GAMBIT, aún permanece clasificado. Las misiones cartografiarían la Luna usando el espejo de 1,12 metros de diámetro y la cámara Kodak de 196 cm de focal del GAMBIT desde dos alturas posibles, 55 y 370 km, dependiendo de la resolución escogida. El OCV ocuparía el mismo lugar del Módulo Lunar (LM) dentro del Saturno V en una misión Apolo convencional. Está claro que, de haberse llevado a cabo, la NASA habría pasado por un importante apuro a la hora de justificar la censura con respecto a los detalles del OCV.

El programa sería cancelado en 1967. Para entonces, los Lunar Orbiter ya habían probado su valía transmitiendo centenares de imágenes de nuestro satélite. Más de cuarenta años después, el programa Apolo sigue dándonos sorpresas.


Endeavour, el CSM del Apolo 15, en órbita lunar (NASA). 

 
Configuración del CSM y el Módulo Lunar en una misión Apolo. El OCV con la cámara de un satélite espía ocuparía el lugar del LM ( John Ortmann).

La próxima gran misión de la ESA

Si tuvieras en tus manos la posibilidad de elegir la próxima gran misión de la Agencia Espacial Europea (ESA), ¿cuál escogerías? Ese es el dilema al que se enfrentará la ESA en 2011, cuando deberá tomar una decisión sobre la siguiente misión de Clase-L (la "L" viene de large) del programa Cosmic Vision. Con un presupuesto de unos 650 millones de euros, la propuesta seleccionada despegaría en 2020.

Sin duda, estamos ante una decisión complicada para la ESA y de la que depende gran parte del futuro científico de la agencia. Las candidatas son EJSM/Laplace, IXO/XEUS y LISA. Veámoslas por encima:

• EJSM (Europa Jupiter System Mission)/Laplace: es una sonda que debe estudiar Júpiter y sus satélites, con un énfasis especial en Ganímedes. En realidad, Laplace forma parte de la misión EJSM, que se llevaría a cabo en colaboración con la NASA. La agencia norteamericana suministraría la sonda JEO (Jupiter Europa Orbiter), mientras que la ESA contribuiría con Laplace, también denominada Jupiter Ganymede Orbiter (JGO). Laplace es una gran sonda de 4362 kg que despegaría en marzo de 2020 mediante un Ariane 5 y llegaría al sistema joviano en febrero de 2026. Como viene siendo habitual en las últimas propuestas de sondas de espacio profundo de la ESA, incorporaría paneles solares en vez de RTGs. Tras dos años estudiando los distintos satélites de Júpiter -especialmente Calisto-, en mayo de 2028 se pondría en órbita alrededor de Ganímedes.

Laplace (ESA).


Calendario de la misión EJSM (NASA).

• IXO (International X-ray Observatory)/XEUS (X-ray Evolving Universe Spectroscopy): es un gran telescopio espacial de rayos X que estará situado en el punto L2 del sistema Tierra-Sol.  Es una misión conjunta con la NASA y la JAXA, consta de un telescopio de 3,3 metros de diámetro, 20 metros de focal y trabajará en el rango de energías 0,1-40 keV. Continuará la labor del observatorio europeo XMM Newton y el norteamericano Chandra, combinando la gran superficie y sensibilidad del primero con la alta focal y resolución espacial del segundo. 

IXO (ESA/NASA).


Sensibilidad de los instrumentos de IXO (ESA).

• LISA (Laser Interferometer Space Antenna): es una formación de tres satélites separados por 5 millones de kilómetros (!) que será capaz de detectar ondas gravitatorias con frecuencias de 0,1-0,0001 Hz mediante un interferómetro láser. Estas frecuencias son inferiores a las observadas por observatorios terrestres como LIGO, lo que permitiría estudiar sistemas de agujeros negros binarios supermasivos. LISA sería desarrollada en colaboración con la NASA, estaría situada en una órbita solar a 50 millones de km detrás de la Tierra y su inclinación sería de 20º con respecto a la eclíptica.

Concepto de inteferómetro de LISA (ESA).



Órbita de LISA (ESA).


Espectro de ondas gravitatorias observadas por LISA (ESA).

Laplace tiene muchas probabilidades de ser aprobada, ya que se se llevaría a cabo como parte de la misión EJSM con la NASA. La EJSM amenaza con absorber una buena parte del presupuesto de la NASA para exploración del Sistema Solar durante la próxima década, por lo que podría ser cancelada o retrasada en los próximos años. La colaboración con la ESA permitiría sacar adelante el proyecto más fácilmente. En su contra tiene que es una misión arriesgada y que sólo daría frutos seis años después del lanzamiento. LISA es en este sentido una apuesta más segura y muy original que podría revolucionar la cosmología moderna, aunque quizás no resulta tan atractiva para el gran público, algo importante teniendo en cuenta su coste. Por su parte, IXO es la opción menos arriesgada y la única que permitiría obtener resultados científicos de primer orden pocos meses después de su lanzamiento.

Las tres propuestas se encuentran cerca del final de la Assessment Phase, equivalente a lo que sería la Fase A de la NASA. En mayo de 2011 se recomendará una o dos de las misiones al Comité del Programa Científico de la ESA, que deberá escoger una de ellas en junio de 2011. Además, no olvidemos que la ESA también debe elegir próximamente las candidatas de la Clase-M. Si dependiera de ti, ¿cuál escogerías?

La torre del Soyuz ST completada

Mucho ha dado que hablar la torre móvil de servicio para los cohetes Soyuz ST en la Guayana Francesa. La construcción de esta estructura ha sufrido varios contratiempos, lo que ha provocado el retraso del primer lanzamiento de un Soyuz desde Kourou hasta el año que viene. Pues bien, la torre de marras ya está prácticamente finalizada y hace unos días se realizó la primera prueba de traslado desde su lugar de construcción hasta la misma rampa. La torre, de 800 toneladas, está diseñada para moverse a 0,48 km/h y rodear al Soyuz una vez que éste se encuentre situado en "el tulipán" (los brazos de los que cuelga el cohete en la rampa). De este modo, la carga útil podrá ser instalada verticalmente en su interior y además se protegerá al lanzador de los enormes niveles de humedad que existen en Kourou.  La torre -"MBO" en ruso- tiene 52 metros de alto y varios niveles para acceder al cohete hasta los 36 metros de altura. Está fabricada por la empresa rusa NITs RKP (con colaboración de OOO Mir).





La torre durante la prueba de traslado hasta la rampa (Arianespace).


Rampa de lanzamiento del Soyuz en Kourou con la torre de servicio móvil (CNES).

Eso sí, el primer lanzamiento de un Soyuz-ST tendrá lugar el próximo mayo como muy pronto. En Kourou ya se encuentran dos cohetes Soyuz-2.1a (Soyuz-STA), pero paradójicamente no hay satélites oficialmente asignados a estos vectores. En caso de que finalmente se decida lanzar los satélites Pleïades franceses con el Soyuz, podremos ver el primer despegue en primavera. Si, por el contrario, Arianespace opta por inaugurar la rampa con un lanzamiento dedicado al sistema de posicionamiento Galileo, habría que esperar a agosto-septiembre, ya que el  Soyuz-2.1a no tiene suficiente capacidad para esta misión y se deberían mandar a la Guayana cohetes Soyuz-2.1b (Soyuz-STB). En cualquier caso, parece ser que en febrero se llevará a cabo el primer traslado de prueba de un cohete hasta la rampa.

Entradas relacionadas:

• Soyuz en Kourou: pruebas de combustible.
• Todo listo para lanzar los Soyuz desde Kourou.

Lanzamiento Ariane 5 ECA (V198)

Ayer 26 de noviembre a las 18:36 UTC fue lanzado un cohete Ariane 5 ECA (V198) desde la rampa ELA3 del centro espacial de Kourou en la Guayana Francesa. A bordo viajaban los satélites geoestacionarios HYLAS 1 e Intelsat 17. Es el 54º lanzamiento de un Ariane 5, el 28º de un Ariane 5 ECA y el quinto que tiene lugar este año.

Intelsat 17

El Intelsat 17 (IS-17) es un satélite de comunicaciones de 5540 kg fabricado por Space Systems Loral para la empresa Intelsat usando la plataforma LS 1300 Omega Bus. Tiene unas dimensiones de 7,7 x 2,7 x 3,4 metros y una envergadura de 26,1 metros una vez desplegados los paneles solares. Incluye 25 repetidores en banda Ku y 24 en banda C. Su vida útil se estima en 18 años y estará situado en la longitud 66º este, donde sustituirá al Intelsat 702 a principios de 2011.



Intelsat 17 (Arianespace).


Red de satélites Intelsat (Intelsat).


HYLAS 1

El HYLAS 1 es un satélite de 2570 kg fabricado por Astrium y la Agencia Espacial India (ISRO) para la empresa Avanti Communications. Utiliza el bus 1-2 K y tiene 8 repetidores en banda Ka y 2 en banda Ku. Tiene un vida útil estimada de 15 años y estará situado en la longitud 33,5º oeste. Mide 2,5 x 1,6 x 1,5 metros, con una envergadura de 36 metros. HYLAS 1 se dedicará a la transmisión directa de televisión de alta definición (HDTV) y proveerá acceso a Internet de banda ancha en varios países europeos. La ESA participa en el proyecto con 34 millones de euros, de un coste total de 120 millones. HYLAS 1 se utilizará como plataforma para probar nuevas tecnologías, como la Next Generation Antenna. En un principio estaba planeado lanzarlo con el Falcon 9, pero después se decidió usar el Soyuz-ST desde la Guayana Francesa. Debido al retraso en la construcción de la rampa del Soyuz, finalmente se optó por el Ariane 5 como lanzador




Hylas 1 (Arianespace).


Disposición de los satélites al lanzamiento (Astrium).


Ariane 5 ECA

El Ariane 5 ECA (Evolution Cryotechnique type A) es un cohete de 2,5 etapas que puede poner dos satélites en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) con una masa total de 9,6 toneladas, o bien un sólo satélite con una masa máxima de 10,5 toneladas. Su masa al lanzamiento es de unas 775 toneladas. Emplea una primera etapa criogénica de 5,4 x 28 m fabricada en aleación de aluminio. Esta etapa se denomina EPC (Etage Principal Cryotechnique o, en inglés, Cryogenic Main Core Stage) o H175 y tiene una masa en seco de 14700 kg. Carga 175 toneladas de hidrógeno y oxígeno líquidos, de las cuales unas 25 toneladas corresponden al hidrógeno. Emplea un motor Vulcain 2, de 960-1360 kN de empuje y 310-432 segundos de impulso específico. El Vulcain 2 funciona durante 535 segundos y está fabricado por Snecma.


EPC (EADS Astrium).

Acoplados a la EPC se encuentran los dos cohetes de combustible sólido EAP (Etage d'Acceleration à Poudre) ó P240, de 3,05 x 31,6 m, 7080 kN de empuje y 274,5 s de Isp cada uno. Su estructura es de acero, cargan 240 t de combustible sólido y funcionan durante 134 s.


Sección del EAP. Se aprecia la distribución del combustible sólido en verde (EADS Astrium).

La segunda etapa del Ariane 5 ECA es también criogénica y se denomina ESC-A (Étage Supérieur Cryotechnique o Cryogenic Upper Stage). Tiene unas dimensiones de 5,4 x 4,711 m y una masa en seco de 4540 kg. Utiliza un motor HM7B de Snecma de 67 kN, 446 s de Isp que funciona durante 945 s y quema 14,9 t de hidrógeno y oxígeno líquidos. La etapa criogénica usa el sistema SCAR para controlar el giro y la actitud durante el despliegue de los satélites en órbita GTO.


ESC-A (EADS Astrium).

La cofia, de 17 x 5,4 m, es construida por RUAG Aerospace. Los satélites se distribuyen dentro de la cofia con un dispensador espacial denominado SYLDA (construida por Astrium), que permite lanzar dos satélites en cada misión. En esta misión se usó la plataforma SYLDA A de 6,4 x 5,4 m.


SYLDA (EADS Astrium).


El Ariane 5 ECA (Arianespace).


Zona de lanzamiento del Ariane 5 en Kourou (Arianespace).


Detalle del complejo de lanzamiento ELA-3 (abajo), con el BAF y el Centro de Control de Lanzamientos (CDL-3)(Arianespace).


Llegada del Intelsat 17 a Kourou a bordo de un Antonov An-124 (Arianespace).


El Hylas 1 a su llegada a Kourou (Arianespace). 


Llegada de la etapa EPC del Ariane 5 a Kourou (Arianespace).


Ensamblaje del lanzador (Arianespace).



Hylas 1 instalado sobre el Ariane (Arianespace).




Inserción de los satélites en la cofia. El Hylas 1 está dentro de SYLDA y el Intelsat 17 sobre ella (Arianespace).





Traslado a la rampa (Arianespace).


Fases del lanzamiento (Arianespace).



Lanzamiento (Arianespace).