Una cámara construida en gran parte con piezas comerciales lleva unos dos años operando en órbita, y sus desarrolladores sostienen que el diseño puede eliminar una de las mayores barreras de coste de la astronomía desde el espacio: el precio de un detector ultravioleta de grado de vuelo.
Las cámaras astronómicas de grado espacial con rendimiento demostrado en órbita han sido durante mucho tiempo caras, y las observaciones ultravioleta se han visto además frenadas por la baja eficiencia cuántica de la mayoría de los sensores en esas longitudes de onda. El programa LUVCam, dirigido desde el Dunlap Institute de la Universidad de Toronto, se articula en torno a un sensor CMOS comercial de gran formato, el Gpixel GSENSE4040BSI, integrado con electrónica de lectura, firmware y estructura de diseño propio. El detector de 4096 por 4096 píxeles, con píxeles de 9 micras, alcanza una eficiencia cuántica máxima del 90% a 580 nanómetros y del 55% en el ultravioleta, entre 200 y 300 nanómetros, un rango en el que los sensores de silicio han sido históricamente ineficientes. El ruido de lectura medido en modo de alta ganancia es de 1,7 electrones, por debajo de la especificación del fabricante, de 2,3. La cámara está exenta de la normativa ITAR y, según escriben los autores, es barata de fabricar.
El argumento del coste se apoya en un desajuste de la economía de la astronomía espacial. Los costes de lanzamiento han caído más de un orden de magnitud, hasta el punto de que la plataforma y el lanzamiento de un telescopio de medio metro pueden conseguirse por menos de 5 millones de dólares. Los precios de los instrumentos no han seguido esa tendencia. Un taller celebrado en enero de 2023 por la American Astronomical Society identificó como una barrera crítica la ausencia de una cámara UV/óptica de bajo coste y alto rendimiento con acreditación de vuelo espacial, señala el artículo.
La primera LUVCam voló como demostración tecnológica a bordo de GRBBeta, un CubeSat de 2U concebido como banco de pruebas de un detector de estallidos de rayos gamma, en el vuelo inaugural del cohete Ariane 6, el 9 de julio de 2024. La carga útil, de 96 por 96 por 44,5 milímetros y 287 gramos, incluye un pequeño telescopio UV de diseño propio plegado en el volumen restante: un triplete de 55,77 milímetros de distancia focal, con una banda de paso de 240 a 310 nanómetros, un campo de visión de 9,5 grados y una apertura de entrada más pequeña que el propio sensor. El equipo planeó en un principio una cámara sellada con una fuente de campo plano de LED, pero luego advirtió que uno de los paneles laterales de GRBBeta no llevaba células solares ni antenas y lo sustituyó por un radiador y una vía hacia el cielo abierto.
Los requisitos de la demostración tecnológica fueron deliberadamente modestos: verificar el comportamiento del ruido, la robustez frente a la radiación y la supervivencia al lanzamiento y a los ciclos térmicos, operar durante al menos 90 días y no costar más de 50.000 dólares canadienses, excluida la ingeniería no recurrente. Del diseño a la entrega transcurrió menos de un año. La cámara alcanzó el nivel de madurez tecnológica 7, lo que significa que la tecnología ha quedado demostrada en el entorno espacial, y su caracterización está en curso.
Las pruebas de radiación orientaron el diseño. En una irradiación acelerada con protones en la instalación TRIUMF de Vancouver, un sensor hermano de menor tamaño duplicó aproximadamente su ruido de lectura tras una dosis total de 100 kilorads y su corriente de oscuridad se multiplicó por unos 60, mientras que menos del 0,2% de los píxeles se volvieron no lineales. Los autores concluyen que los efectos son manejables para misiones de menos de 10 años en órbita terrestre baja, aunque señalan que para el daño por radiación importa la tasa de dosis y no solo la dosis total.
El contexto ultravioleta explica parte del diseño. La mayoría de los telescopios UV que han estado en órbita en los últimos 50 años, incluido GALEX, usaron detectores de placas de microcanales que sufren pérdidas localizadas de ganancia cuando observan fuentes brillantes. El catálogo TD1 de flujos ultravioleta estelares contiene mediciones de 31.215 estrellas, y los autores estiman que un telescopio de aproximadamente 20 milímetros de apertura, con recubrimientos modernos y un sensor de alta eficiencia en el ultravioleta, podría acercarse a la sensibilidad del instrumento S2/68 de 27 centímetros que voló en el TD-1A en los años setenta.
LUVCam está asignada a varias misiones más. El resumen del artículo enumera un segundo CubeSat de demostración tecnológica con lanzamiento previsto para 2026, y la conclusión añade otro vuelo orbital previsto para finales de 2027 con el sensor iluminado por la cara posterior, electrónica mejorada y una extensión hacia el ultravioleta lejano. La cámara también proporcionará las dos cámaras del plano focal de QUVIK, una misión de dos canales de astronomía de transitorios ultravioleta y el primer telescopio espacial checo, un proyecto de unos 30 millones de euros con lanzamiento previsto para 2029 que se centrará en las kilonovas, las colisiones de estrellas de neutrones que forjan elementos más pesados que el hierro. El Dunlap Institute describe LUVCam como su primera incursión en la instrumentación espacial y afirma que los resultados servirán de base para la misión QUVIK.
Los desarrolladores sostienen que la plataforma de control está diseñada para mantenerse al día a medida que mejoran los sensores, con iteraciones posteriores previstas en torno a otros detectores de Gpixel, Sony y Fairchild Imaging. Mantener la electrónica sustancialmente similar entre generaciones de sensores preserva la base de cualificación, mientras que el bajo coste permite una alta tasa de vuelos. El objetivo, según el artículo, es un futuro cercano en el que instituciones individuales puedan diseñar, desarrollar y lanzar telescopios de primer nivel mundial a bajo coste y en plazos rápidos.
Traducido por Alessandra