PROFESIONES - Profesor Dr. Javier Rodríguez-Pacheco, Investigador Principal del Instrumento de Detección de Partículas Energéticas (EPD) de la misión Solar Orbiter (SolO)
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La misión Solar Orbiter (SolO) es una misión del plan “Cosmic Vision” 2015-2025 de la Agencia Espacial Europea (ESA) con una importante participación de la NASA. Solar Orbiter estudiará cómo la actividad solar genera e interactúa con la heliosfera, una inmensa burbuja formada por el viento solar que se extiende hasta más allá de la órbita de Plutón. Para poder observar de cerca el Sol y estudiar el viento solar antes de que sea perturbado, SolO pasará cada cinco meses a aproximadamente un cuarto de la distancia entre el Sol y la Tierra, situándose más cerca del Sol que Mercurio. Esta misión nos permitirá dar respuesta a cuestiones sobre los fenómenos físicos que ocurren en el Sol y su relación con el origen de la meteorología espacial, de manera que podamos comprender e incluso predecir cómo afecta la actividad del Sol a los fenómenos que ocurren en el espacio interplanetario y que son responsables, por ejemplo de las auroras en la Tierra o las tormentas geomagnéticas que pueden afectar a las comunicaciones con los satélites o las redes eléctricas.
Para todo ello es imprescindible que la nave lleve a bordo instrumentos capaces de realizar las observaciones y medidas necesarias, lo que dadas las características de la misión requiere conseguir funcionalidad y prestaciones que se encuentran en el límite de lo que la ciencia y la tecnología nos pueden ofrecer hoy en día. Es precisamente en esta tarea de desarrollo de la instrumentación científica del satélite donde nos encontramos con la figura del Investigador Principal (IP) de un Instrumento.
Los instrumentos de las misiones del Programa de Ciencia de ESA los desarrollan consorcios de institutos y centros de investigación, a la cabeza de cada uno de los cuales hay un Investigador Principal, propuesto por el propio consorcio y designado formalmente por la ESA. El Investigador Principal es la máxima autoridad del instrumento y el responsable de asegurar su disponibilidad en el plazo y presupuesto requeridos así como de garantizar el cumplimiento de los objetivos científicos comprometidos. En esta función el IP lidera el consorcio científico-industrial que realiza el instrumento y es el interlocutor con la Oficina de Proyecto de la ESA que gestiona la misión.
SolO cuenta con diez instrumentos, uno de los cuales es el Detector de Partículas Energéticas (EPD), cuyo Investigador Principal es Javier Rodríguez-Pacheco, profesor de la Universidad de Alcalá de Henares y miembro del Grupo de Investigación Espacial de dicha Universidad. EPD es uno de los cuatro instrumentos de la misión que realizarán medidas “in-situ” durante toda la órbita de SolO alrededor del Sol. Su objetivo es caracterizar las partículas energéticas (con alto poder de ionización) y supratérmicas (aquellas con energías justo por encima de las del viento solar) que forman parte de la heliosfera con el objetivo de determinar su origen, sus mecanismos de aceleración y sus procesos de transporte hasta cualquier punto de la heliosfera. Y contribuir así a entender la relación entre lo que ocurre en el Sol y los fenómenos que observamos en el medio Interplanetario, como por ejemplo el efecto de las tormentas solares en la magnetosfera terrestre o en las capas superiores de nuestra atmósfera o entender el origen de las partículas energéticas generadas en el Sol que llegan hasta la Tierra.
En estos momentos el EPD está en fase integración del modelo de calificación y el equipo progresa a buen ritmo para cumplir con los plazos de entrega de la unidad de vuelo a la ESA en octubre de 2016 para el lanzamiento de SolO en octubre de 2018.
El desarrollo del EPD.
El papel del Investigador Principal
1. El equipo del proyecto
Javier Rodríguez-Pacheco, como investigador principal de EPD lidera y coordina el consorcio científico y la Oficina de Proyecto del instrumento. El consorcio científico cuenta con la participación de científicos de la Universidad de Kiel (Alemania), grupo al que pertenece el Co-Investigador Principal de EPD, Dr. R. Wimmer-Schweingruber. La universidad de Kiel, financiada por la agencia alemana (DLR), proporciona tres de los cuatro sensores de EPD y gestiona también el cuarto, financiado por la ESA y que cuenta con la colaboración del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins de Estados Unidos. Adicionalmente para el EPD se desarrolla en España la Unidad de Control del Instrumento (ICU). Dentro del consorcio el responsable de este desarrollo es el Dr. Sebastián Sánchez Prieto, miembro del grupo de Investigación Espacial de la UAH, que en la organización de EPD tiene posición de Co-investigador.
El SRG-UAH asume también para el instrumento completo las tareas de Montaje, Integración Verificación y Pruebas, así como la actividad de Integración de S/W. Para toda su gestión y la realización de las tareas asignadas Javier cuenta con el soporte de un equipo científico compuesto por cuatro doctores, un equipo de ingenieros liderado por un Jefe de Proyecto, Dr. Manuel Prieto también de SRG/UAH y un equipo industrial, en este caso proporcionado por SENER como apoyo a la Oficina de Proyecto para la que realiza las tareas de ingeniería de sistemas, la garantía de calidad y actividades de asesoramiento en la ingeniería electrónica, mecánica/térmica y en el software. La responsabilidad del desarrollo y fabricación de la Unidad de Control de Instrumento (ICU) que gestiona Sebastián Sánchez corre a cargo de Crisa (Airbus Defence and Space).
2. La relación con la Oficina del Proyecto de SolO en la ESA y los gestores del Plan Nacional Español
El Investigador Principal de un instrumento es el punto único de contacto con la Oficina del Proyecto en la ESA. Para el EPD, esto quiere decir que Javier es el responsable de coordinarse con la Oficina del proyecto SolO, y con los Investigadores principales del resto de los instrumentos de la misión para todos los asuntos referentes al EPD. Debe asegurar e informar sobre el progreso de las actividades según la planificación acordada, la preparación y éxito de las revisiones formales establecidas para EPD dentro del programa SolO, transmitir y coordinar la solución de los posibles problemas y finalmente garantizar la entrega del Instrumento. Para ello están establecidas teleconferencias y reuniones semanales o mensuales con ESA y Airbus DS (contratista principal de la misión). Existe además el “Science Working Team” en el que participan el jefe del programa, el científico del proyecto de ESA y los investigadores principales de todos los instrumentos de SolO. En este equipo es donde se tratan los asuntos que afectan a los requisitos científicos de la misión, sobre los que deciden exclusivamente los Investigadores Principales.
En cuanto a la gestión económica del instrumento, Javier es responsable frente al gestor del Plan Nacional del presupuesto asignado para las tareas que debe cubrir el grupo español dentro del consorcio científico, y en su relación con el consorcio debe asegurar la disponibilidad de los recursos comprometidos. Esto es así debido a que en los satélites del Programa de Ciencia de la ESA cada uno de los grupos que participa en el consorcio de un instrumento se hace cargo de una parte de la tarea de desarrollo del mismo que debe también financiar. Esta financiación se cubre habitualmente con presupuestos de investigación nacionales. En el caso de EPD, la aportación acordada en su momento por la Administración española fue clave para el nombramiento de un IP español, ya que hay que entender que la responsabilidad a la que accede cada grupo científico dentro de cada consorcio está ligada en gran medida a la aportación que puede hacer al total del coste del desarrollo del instrumento.
Los primeros pasos de la misión Solar Orbiter y el EPD
Una misión del tipo de Solar Orbiter surge ya en un concepto inicial planteado en 1982, aunque el verdadero punto de partida es una recomendación de la comunidad científica de heliofísica realizada a la ESA en el congreso “Crossroads for European Solar and Heliospheric Physics” (Tenerife 1998). Se trata de una propuesta para lanzar un orbitador solar contando con una posible participación de científicos no europeos. Tras esta recomendación inicial, la misión Solar Orbiter fue propuesta a la ESA en el año 2000 y seleccionada por el Comité del Programa de Ciencia (SPC) en el mismo año. Ya en esos momentos, uno de los instrumentos que se barajaba para la misión era un Detector de Partículas Energéticas (EPD). Finalmente y tras distintas fases de estudio, en 2006 la ESA inició el proceso formal para confirmar el interés de la comunidad científica en un instrumento como EPD.
Esta actividad culmina en enero de 2008 con la presentación de una propuesta a la ESA para el desarrollo de un EPD por un consorcio liderado por científicos europeos en el que participan Alemania, Finlandia y España colaborando además varias Universidades de Estados Unidos y la NASA. Durante el proceso de elaboración de la propuesta y consolidación del consorcio, los científicos de los grupos alemán y finlandés plantearon al grupo español de la UAH que asumiera la responsabilidad de propocionar el Investigador Principal del Instrumento. La experiencia adquirida en detectores de partículas energéticas con la misión SOHO de los años 90, fue sin duda clave para que se planteara esta candidatura y, tras conseguir el apoyo de la administración española, Javier Rodríguez-Pacheco fue nombrado Investigador Principal de EPD.
3. El reto de garantizar los resultados científicos de EPD para SolO
El camino de EPD desde su concepto inicial en 2006 no ha estado exento de dificultades. El consorcio científico original contaba además de con grupos europeos de España (UAH), Alemania (Univ. Kiel) y Finlandia (Univ. Turku), con una importante participación de grupos de EE UU (Univ. Berkeley, CalTech, el APL de la Johns Hopkins y la Univ. New Hampshire). Fue este consorcio, con Javier como investigador principal, el que preparó la propuesta inicial de EPD que se presentó a la ESA en enero de 2008. A partir de 2010 y debido a ajustes presupuestarios tanto en la NASA como en los países europeos participantes, fue necesario revisar la preselección de los sensores inicialmente pensados para EPD, dando como resultado el diseño actual, que cuenta con cuatro sensores y la participación de la Universidad de Kiel, el APL de la Johns Hopkins y la Universidad de Alcalá de Henares. Durante todo este proceso, garantizar el cumplimiento de los requisitos científicos comprometidos originalmente ha supuesto todo un reto para el equipo científico. Ha sido necesario rediseñar sensores y medidas, pero finalmente el EPD podrá caracterizar electrones, protones e iones cubriendo todos los rangos de energía previstos. En el camino se ha quedado la posibilidad de detectar neutrones, aun así el resultado final es todo un éxito para el equipo, y en particular, para Javier como Investigador Principal, ya que EPD es hoy por hoy el instrumento más completo del que dispondremos en la próxima década para el estudio de la radiación solar ionizante.
De Ciudad Rodrigo a Berkeley
Javier Rodríguez-Pacheco es de Ciudad Rodrigo, Salamanca. Javier recuerda como, con diez o doce años, tenía que ingeniárselas para poder ver los capítulos de la serie Cosmos de Carl Sagan que daban en el segundo canal de TVE y en la que hablaban de Júpiter y Saturno, y de unas naves, las Voyager, que viajaban por el Sistema Solar descubriéndonos secretos de estos planetas lejanos. Siguiendo esta vocación, tras terminar el primer ciclo de Ciencias Físicas en la Universidad de Salamanca se decidió por la especialidad de Astrofísica y se trasladó a Tenerife para estudiar en la Universidad de La Laguna. Allí fue donde tuvo acceso por primera vez a un telescopio profesional ya que por su relación con el observatorio, los estudiantes de La Laguna podían disponer de tiempo en el telescopio belga MONS para realizar las prácticas de la carrera.
En un principio, aspiraba a desarrollar su carrera profesional como astronauta especialista de misión. Con esta idea en mente y aconsejado José María Quintana entonces, director del IAA, se planteó un proceso de formación que incluía pasar un tiempo en la Agencia Espacial Europea, con el objetivo de adquirir la formación científica que llegado el momento le capacitaría como especialista de misión. Así fue como en 1988 Javier entró a trabajar en la División Solar Heliosférica del Departamento de Ciencia en ESTEC, Holanda. Durante esos años tuvo lugar la primera selección de candidatos para el cuerpo de astronautas europeos, a la que no pudo acceder por no cumplir los requisitos de edad mínima. En vista de que el siguiente proceso de selección se demoraría unos años, Javier se replanteó su futuro y tomó la decisión de volver a España para seguir su carrera científica y hacer el doctorado en la Universidad de Alcalá de Henares bajo la dirección del Dr. Juan Sequeiros quien en aquellos momentos era Co-investigador del instrumento CEPAC del proyecto SOHO (Solar Heliospheric Observatory) de la ESA.
Desde entonces su actividad científica se ha centrado en el campo de la ciencia espacial, en particular a la heliofísica. Dada su vinculación con la universidad, Javier dedica una parte de su tiempo a la enseñanza. Como profesor del máster en Ciencia y Tecnología desde el Espacio, intenta sobre todo transmitir a sus alumnos su experiencia y conocimientos sobre los aspectos técnicos de cómo desarrollar instrumentación científica para misiones de ciencia espacial, pero también transmitirles la importancia que para el éxito de los proyectos tiene el saber unir al equipo de trabajo para lograr los objetivos comunes.
Entre los logros conseguidos como científico se encuentra, por supuesto, su actividad como Investigador Principal del EPD de SolO y más recientemente su incorporación como miembro del Grupo de Trabajo para la Exploración del Sistema Solar, cuya labor es asesorar a la ESA sobre las futuras misiones a realizar en este campo. Pero sin duda uno de los momentos más especiales en su carrera está relacionado precisamente con Solar Orbiter y el EPD, y ha sido la oportunidad de trabajar codo con codo con Edward C. Stone, científico jefe de la misión Voyager desde 1972, a quién admiraba y seguía casi desde niño y con quién coincidió por primera vez en Berkeley (EE UU) al inicio de la fase de definición del EPD.
Mirando al futuro, queda aún mucho por hacer: la entrega del EDP, los descubrimientos que surgirán del análisis de los datos de SolO, la definición de nuevas misiones científicas, o el trabajo continuado con los estudiantes para contribuir a formar a la nueva generación de científicos españoles que deben tomar el relevo.
¿CÓMO ES EL EPD?
EPD es un conjunto de 4 sensores independientes que medirá protones, electrones e iones en un amplio rango de energías. Estos sensores distribuidos por diferentes partes de la sonda espacial, estarán conectados a una única unidad de control y procesado de datos, que proporcionará también la potencia necesaria para su funcionamiento. Cada uno de estos sensores está muy especializado en la detección y análisis de un tipo de partículas y energías específico. Los sensores son los siguientes:
STEP (Electrones y Protones Supratérmicos)
EPT (Telescopio Electrón Protón)
HET (Telescopio de Alta Energía)
SIS (Espectrógrafo de Iones Supratérmicos)
