Cómo el Orbitador Solar de la ESA-NASA soporta el calor.

Cuando Solar Orbiter se lance en su viaje hacia el Sol, hay una pieza clave de ingeniería que hace posible esta misión de la ESA-NASA: el escudo térmico.

Buscando una vista de los polos norte y sur del Sol, Solar Orbiter saldrá del plano eclíptico, el cinturón del espacio, más o menos en línea con el ecuador del Sol, a través del cual orbitan los planetas. Lanzándose repetidamente más allá de Venus para acercarse al Sol y escalar más arriba de la eclíptica, la nave espacial se alejará del Sol y regresará a la órbita de la Tierra a lo largo de su misión.

“Aunque Solar Orbiter se acerque bastante al Sol, también se alejará bastante”, dijo Anne Pacros, gerente de carga útil en el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial de la Agencia Espacial Europea, o ESA, en los Países Bajos. “Tenemos que sobrevivir tanto al calor como al frío extremo”. En la oscuridad del espacio, Solar Orbiter enfrenta temperaturas de menos de 150 grados Celsius. En la aproximación más cercana, a más de 4 millones de kilómetros del Sol, se encontrará con un intenso calor y radiación.

Pero el escudo térmico de 150 kilos de Solar Orbiter reflejará y guiará el calor lejos de la nave espacial y podrá soportar hasta 520ºC.

El escudo térmico está construido como un sándwich de 3 metros por 2.5 metros. La capa frontal (delgadas láminas de titanio) reflejará fuertemente el calor. Una base de aluminio con diseño de panal, cubierta con más aislamiento de aluminio, forma el corte interior más cercano a la nave espacial y brinda soporte.

Los soportes de titanio en forma de estrella mantienen las capas en su lugar, como un palillo de dientes encargado de mantener el pan, pero notablemente, este sándwich no se llene. El espacio de casi 25 centímetros en los embudos de protección se calienta al espacio. Un segundo espacio más pequeño se encuentra entre el corte interior y la nave espacial. En general, el escudo tiene 40 centímetros de grosor. También tiene varios ojos: mirillas para que observen cinco de los instrumentos de teledetección de la nave espacial.

El escudo térmico del Solar Orbiter está recubierto con una fina capa negra de fosfato de calcio, un polvo similar al carbón que se parece a los pigmentos utilizados en pinturas rupestres hace miles de años.

“Es curioso que algo tan avanzado tecnológicamente como esto sea realmente muy antiguo”, dijo Pacros. Pero el recubrimiento resiste la degradación bajo el golpe de la intensa radiación ultravioleta solar. Aunque el polvo negro absorbe algo de calor, es excelente para arrojar ese calor al espacio.

Solar Orbiter también tiene que lidiar con su propio calor. Sus instrumentos y paneles de radiadores en el costado de la nave espacial expulsan calor y deben aseguran que los instrumentos no se calienten demasiado.


La nave espacial Solar Orbiter está preparada para la encapsulación en el carenado de carga útil Atlas V. En esta imagen, la capa frontal de la lámina delgada de titanio y los soportes en forma de estrella son visibles. La capa frontal refleja el calor, mientras que el conjunto brinda soporte.
Créditos: NASA / Ben Smegelsky

El control estricto de la posición e inclinación de la nave espacial es clave para proteger los instrumentos. Una vez que la nave espacial haya pasado la marca de 141 millones de kilómetros en sus sobrevuelos solares, que es el 95% de la distancia entre el Sol y la Tierra, el escudo térmico debe apuntar directamente al Sol. Eso significa que Solar Orbiter caminará como un cangrejo por el espacio, manteniendo la nave espacial y los instrumentos escondidos en la sombra del escudo térmico.

Solar Orbiter es una misión cooperativa internacional entre la Agencia Espacial Europea y la NASA. El Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC) de la ESA en los Países Bajos gestiona el esfuerzo de desarrollo. El Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) en Alemania operará Solar Orbiter después del lanzamiento. Solar Orbiter fue construido por Airbus Defence and Space, y contiene 10 instrumentos: nueve provistos por los estados miembros de la ESA y la ESA. La NASA proporcionó un instrumento (SoloHI) y un sensor adicional, el Heavy Ion Sensor, que forma parte del conjunto de instrumentos del Solar Wind Analyzer (SWA).