Un par de pequeños satélites en órbita de precisión intentarán capturar las primeras imágenes de características a pequeña escala cerca de la superficie del Sol que los científicos creen que impulsan el calentamiento y la aceleración del viento solar.
El heliofísico Dr. Doug Rabin del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, dijo que los tamices de fotones, una tecnología que puede enfocar la luz ultravioleta extrema, deberían ser capaces de resolver características de 10 a 50 veces más pequeñas de lo que se puede ver hoy con el generador de imágenes EUV del Observatorio de Dinámica Solar.
Sin embargo, para que sean más efectivos, deben ser anchos, súper delgados y grabados con orificios precisos para refractar la luz. Trabajando en el Laboratorio de Desarrollo de Detectores de Goddard, el ingeniero de Goddard, Kevin Denis, desarrolló nuevas formas de crear membranas más anchas y delgadas a partir de obleas de silicio y niobio. Cada avance hasta ahora ha requerido pasos adicionales para proteger los tamices resultantes, como dejar un panal de material más grueso para sostener la membrana y evitar que se rompa.
"Es un gran desafío físico construir tamices con tanta precisión", dijo el Dr. Doug Rabin, heliofísico de Goddard. "Sus características más pequeñas son de 2 micras de ancho con un espacio de 2 micras entre las perforaciones, que es aproximadamente el tamaño de la mayoría de las bacterias".
Grabados desde el centro con anillos de agujeros cada vez más pequeños, los tamices están construidos para refractar la luz de manera similar a las lentes de Fresnel que se usan en los faros. La luz ultravioleta extrema que pasa a través de este tamiz se dobla gradualmente hacia adentro hacia una cámara distante. Las membranas delgadas son importantes para la ciencia solar porque estos tamices transmiten más luz que los materiales más gruesos, dijo Denis.
Él y su colega ingeniera Kelly Johnson produjeron con éxito un tamiz de silicio de 3 pulgadas (8 cm) de diámetro, con un grosor de apenas 100 nanómetros. Ahora están experimentando con membranas de niobio que pueden mejorar aún más la eficiencia de captación de luz porque transmiten hasta siete veces más luz que el silicio. Han grabado con éxito un tamiz de niobio de 5 pulgadas (13 cm) de diámetro de solo 200 nanómetros de grosor.
Denis se inspira en trabajar en estrecha colaboración con los científicos para superar las barreras para avanzar en su campo, dijo. "Han hecho un gran trabajo utilizando los tamices en aplicaciones científicas a corto plazo mientras nosotros impulsamos la tecnología para misiones más grandes y capaces".
Los tamices de fotones cortados de materiales de hasta 25 micras de espesor ya forman parte de la misión de demostración tecnológica VISORS – Virtual Super Optics Reconfigurable Swarm – CubeSat, cuyo lanzamiento está previsto para 2024. VISORS consiste en un satélite compacto del tamaño de un maletín equipado con tamices para refractar la luz en un receptor en un segundo satélite a 130 pies (40 m) de distancia. El mantenimiento de la órbita de alta precisión de estas naves espaciales y el desarrollo de una sombrilla son el foco de otros proyectos Goddard IRAD.
El éxito de VISER podría allanar el camino para una misión futura más grande, con la separación de naves espaciales medida en kilómetros, empleando la mayor resolución de los tamices más delgados de Denis una vez que estén listos para los vuelos espaciales.
Otro tamiz de fotones más grande se utilizará para calibrar el espectrómetro MUSE (Multi-slit Solar Explorer) que se espera que se lance en 2027.
El trabajo de Denis fue destacado en Physics Today, una publicación del Instituto Americano de Física, y ha dado como resultado dos patentes ya con una tercera presentada. El Jefe de Tecnología de Goddard, Peter Hughes, otorgó a Denis el Premio al Innovador del Año del IRAD FY23 durante la sesión anual de carteles del programa celebrada el 15 de noviembre.
Mientras continúa superando los límites de la ingeniería, Denis dijo que espera con ansias los lanzamientos de MUSE y VISORS. "Es una gran motivación ver cómo se van a utilizar para la nueva ciencia, incluso a medida que continuamos mejorando".
