Una visión pseudoartística del PHT-S. Con dos láseres de diferentes colores se ha simulado el recorrido de los dos haces de luz, a partir del dicroico, que se ve en el centro de la fotografía. El haz rojo, que simula el brazo de longitud de onda larga, se refleja desde el exterior en el dicroico, y tras difractarse en la red, se refleja ya descompuesto espectralmente, en la cámara que lo envía a su detector. El haz verde, que representa al brazo de longitud de onda corta, recorre todo el camino del haz, entrando por la apertura (arriba a la izquierda), siguiendo por el primer espejo, colimador, cara opuesta del dicroico, red de difracción, cara opuesta de la cámara y detector. En este último vemos un reflejo verde, arriba a la derecha.

LA MISIÓN ISO Y LA PARTICIPACIÓN DEL IAC

En respuesta a una oferta de nuevas misiones efectuada por ESA en 1978 surgió la propuesta de una Misión Astronómica Infrarroja mediante un telescopio refrigerado criogénicamente en el espacio. El proyecto se denominó ISO, por Observatorio Espacial Infrarrojo, y fue seleccionado por ESA en marzo de 1983. En julio de 1984 se publicó una convocatoria para propuestas de Experimentos y Personal Científico, cuya seleccion finalizó en julio de 1985. Fueron seleccionados cuatro Instrumentos de Plano Focal, entre los cuales estaba el fotopolarímetro ISOPHOT, segun fue presentado a ESA en enero de 1985.

El ISOPHOT fue propuesto a ESA por un consorcio internacional bajo la dirección del Prof. D. Lemke, del Instituto Max Planck de Astronomía, de Heidelberg, RFA. Entre los demás miembros del consorcio figuraban el Instituto Max Planck de Fisica Nuclear, de Heidelberg, RFA; el Instituto Max Planck de Radioastronomía, de Bonn, RFA; la Universidad Libre de Berlin, RFA; el Imperial College of Science and Technology, de Londres, RU; el Rutherford Appleton Laboratory, de Chilton, RU; el Instituto Danes de Investigacion del Espacio, de Lynby, DK; el Observatorio de Coopenague, DK; y por parte española, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), encabezando a su vez un consorcio compuesto por el Instituto de Astrofísica de Andalucia (IAA), el Instituto de Óptica Daza de Valdes y CASA.

La participacion española se estableció alrededor de un espectrómetro infrarrojo doble a redes de difracción, que constituye un subsistema completo en sí mismo, denominado ISOPHOT-S. Tras el fallecimiento del Prof. C. Sanchez-Magro (IAC), investigador principal del consorcio español, el IAC entiende que debe dejar el liderazgo de la parte española y la responsabilidad del diseño del prototipo pasó al ICST, mientras que el desarrollo, fabricación, cualificación y suministro al Contratista Principal del ISOPHOT de los subsecuentes modelos quedo bajo responsabilidad española.

Al comienzo de la fase C/D, el IAC retoma la responsabilidad de la participación española, deshaciendose el consorcio español inicial. Durante esta fase adecuamos nuestro nivel de participación al de los demas consorciados, cumpliendo en tiempo y forma los compromisos adquiridos, a saber, la entrega de los modelos de alineamiento, cualificación, vuelo y repuesto del instrumento, y la participación activa en la definición del programa central de observación que nuestro consorcio ISOPHOT presentó y fue aprobado por el grupo global ISO.

A lo largo de nuestra participación en el consorcio ISOPHOT-S durante la fase C/D hemos diseñado, construido y calibrado optoelectrónicamente los prototipos del subexperiemento ISOPHOT-S que posteriormente han entrado a formar parte de los modelos de vuelo y repuesto del experimento completo. Hemos de reseñar aquí que la calibración completa de un experimento científico como el PHOT-S, que cubre un rango espectral entre 2.5 y 12 micras, no había sido acomentida anteriormente en nuestro país.

Una vez entregados los modelos correspondientes, hemos tomado parte en todas las campañas de calibración del experimento completo, a resultas de las cuales, o a lo largo de ellas, se han detectado problemas en el diseño, fundamentalmente de los detectores, que han sido corregidos por nuestro grupo, realizando, cuando ha sido necesario, el realineado y recalibración del modelo correspondiente, además de diseñar las modificaciones necesarias en los elementos afectados.

El "ISOPHOT-S"

Un espectrofotómetro diseñado en el IAC para el satélite "ISO":

Dentro del marco que establece el Plan Nacional de Investigación del Espacio, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) participa en el proyecto europeo ISO (Infared Space Observatoy), satélite de la Agencia Europea del Espacio (ESA) que fue lanzado en Noviembre de 1995, proyecto que se inició en este mismo centro en 1982. Concretamente, el IAC ha sido responsable de la fase de fabricación y ensayos (fase C/D) del espectrofotómetro infrarrojo ISOPHOT-S, uno de los cuatro instrumentos que integran el fotopolarímetro ISOPHOT, que a su vez constituye uno de los cuatro experimentos del plano focal del observatorio espacial.

ISOPHOT-S es un espectrofotómetro infrarrojo, dotado de dos redes de difracción, que será capaz de medir simultáneamente entre 2,5 y 12 micras del espectro electromagnético. Todos los componentes son fijos, lo que le proporcionará una gran solidez y fiabilidad para ser dirigido desde Tierra. Su sistema de detección consta de dos mosaicos detectores de SiGa (silicio dopado con galio) de 64 elementos cada uno. El desarrollo de estos detectores está basado en las más modernas técnicas de construcción y diseño.

En el Laboratorio de Fotografía del IAC se desarrolló una técnica para imprimir fotográficamente retículos de 40 micras de ancho de línea sobre cristales, que fue utilizada posteriormente en la fabricación de los componentes ópticos del modelo de alineamiento.

Paralelamente a la realización de un modelo de masas, un modelo de alineamiento y un modelo de cualificación, el equipo del IAC trabajó en la puesta en marcha de una cámara de calibración que, una vez a punto, habría de ser la plataforma para los ensayos de aceptación de los detectores de vuelo y de repuesto, así como para la calibración del instrumento que se llevó a cabo con el mismo modelo de vuelo, utilizando para monitorizar ambas pruebas la electrónica de control y lectura, también desarrollada y construida en el IAC.

La empresa "Construcciones Aeronáuticas S.A." (CASA), de Madrid, ha participado en el diseño y fabricación de la estructura mecánica, y la empresa alemana "BATTELLE" desarrolló y construyó detectores del espectrofotómetro.

Junto con la participación del IAC en el satélite SOHO, esta es la primera vez que España participa en el diseño, construcción y calibración de instrumentación científica que formará parte de un proyecto espacial, como el ISO. El IAC ha estado presente en el mismo desde sus orígenes, como impulsor del proyecto a través del Profesor Carlos Sánchez Magro, quien concibió el diseño original del espectrofotómetro ISOPHOT-S, aceptado por ESA, hasta el momento actual. Durante la fase B la responsabilidad del proyecto fue confiada al Instituto de Astrofísica de Andalucía, en la persona del Dr. Victor Costa Boronot, tras el fallecimiento de Sánchez Magro.

Además del IAC, forman parte del consorcio ISOPHOT las siguientes instituciones:

Instituto de Estudios Avanzados de Dublín, Irlanda (DIAS).

Instituto Danés de Investigación Espacial, Dinamarca (DSRI).

Imperial College de Londres, Reino Unido.

Instituto Max-Planck de Astronomía de Heidelberg, Alemania (MPIA).

Instituto Max-Planck de Física Teórica de Heidelberg, Alemania (MPIK).

Instituto Max-Planck de Radioastronomía de Bonn, Alemania (MPIR).

Observatorio de Copenhague, Dinamarca.

Rutherford Appleton Laboratory, Reino Unido (RAL).

Universidad Libre de Berlín, Alemania.

Grupo científico-técnico del IAC que ha participado:

Investigador Principal: Francisco Garzón

Alineamiento y calibración ópticos: Santiago Arribas y Evencio Mediavilla, Roberto López y José Miguel Rodríguez Espinosa

Diseño electrónico: Juan Carlos González y Luis Fernando Rodríguez

Diseño mecánico: Vicente Sánchez y Juan Calvo

Secretaría del Proyecto: Adela Rivas y Natividad García

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DESCRIPCIÓN DEL PHT-S

I. INTRODUCCIÓN.

El satélite infrarrojo IRAS realizó en 1984 el primer cartografiado de la casi totalidad del cielo en longitudes de onda IR, inaccesibles desde tierra y por ello prácticamente inexploradas hasta entonces. La misión IRAS culminó con el descubrimiento de cientos de miles de nuevas fuentes IR, gran parte de las cuales eran galaxias. Alentados por el éxito de IRAS, la comunidad europea y la ESA han proyectado y financiado el lanzamiento de un nuevo satélite IR llamado ISO, de bastante más complejidad que IRAS, capaz de hacer fotometría, imagen, y espectroscopía de resoluciones diversas en el IR entre 2 y 200µm.

El IAC ha llevado a cabo la construcción y calibración de ISOPHOT-S en la fase C/D, un espectrofotómetro doble, de diseño original español, cuya responsabilidad en la fase B fue asumida por el IAA, que forma parte del fotopolarímetro ISOPHOT, uno de los 4 instrumentos de plano focal que equipará al satélite ISO. El ISOPHOT-S está diseñado para hacer espectrofotometría simultánea en 128 canales entre 2.5 y 12 µm, con un poder resolutivo de 90, alcanzando sensibilidades de 250mJy, y 40mJy/sr (S/N=10 en 100sec) para fuentes puntuales y extensas respectivamente.

II. RESULTADOS PRINCIPALES.

Las principales características del instrumento se muestran en la Tabla 1. Todos estos resultados han sido medidos en laboratorio, para lo que el IAC ha necesitado adecuar todo un equipo de calibración que incluye electrónica de control y lectura de los detectores, software para tratamiento de datos, criostato para enfriado del instrumento a 4K, óptica de simulación del haz del ISO, y zona limpia de clase 100 para el manipulado de los detectores y componentes ópticos de vuelo. Entre las pruebas realizadas para llegar a estos resultados se cuentan: i) pruebas de calibración de los filtros y dicroico en frío, ii) pruebas de alineamiento óptico del instrumento, iii) pruebas de linealidad, corriente oscura, ruido y sensibilidad, iv) medidas del campo óptico de visión en 3 dimensiones lineales y 2 angulares, v) medidas de calibración del rango y resolución espectrales, y vi) medidas de la polarización instrumental. Se han realizado asimismo pruebas de vibración en frío del instrumento ensamblado, verificando el alineado óptico antes y después de los ensayos. Todo lo anterior se ha hecho bajo unas estrictas condiciones de limpieza, habiéndose superado todos los mecanismos de aceptación y control de la ESA.

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	Número de pixeles	Alcance espectral	Resolución espectral
Rango corto	64	2.502 - 4.917 µm	42.36 nm
Rango largo	64	5.781 - 11.593 µm	96.64 nm

	Respuesta en corriente promedio (Amps/Watt)
	Instrumento		Detector (a lambdamax)
	DC	AC	DC	AC
Rango corto	3.59E-3	2.22E-3 (a 1E-13 Watts)	0.0487	0.0301 (a 1E-14 Watts)
Rango largo	8.93E-3	5.33E-3 (a 4E-13 Watts)	0.0612	0.0363 (a 1E-14 Watts)

	Potencia Equivalente de Ruido (NEP) (Watt/ÖHz)
	Instrumento		Detector (a lambdamax)
	DC	AC	DC	AC
Rango corto	4.09E-16	6.04E-16 (a 7E-15 Watts)	2.88E-17	4.02E-17 (a 6E-16 Watts)
Rango largo	1.18E-16	3.55E-16 (a 2E-14 Watts)	1.78E-17	2.34E-17 (a 4E-15 Watts)

Figura 1 .- Perfil horizontal de apertura promedio para el detector de rango corto, medido al desplazar horizontalmente un punto luminoso de 300 µm de diámetro sobre la apertura

Figura 2 .- Posición en mm. de los centros de los perfiles de apertura horizontales para cada pixel del rango corto, con origen teórico. Nótese el salto en el pixel 32, debido al cambio de filtro de bloqueo de órdenes.

Figura 3 .- Anchura total a media altura, en mm., de los perfiles de la figura 2.

Figura 4 .- Perfil espectral de un pixel individual del detector de rango largo, obtenido iluminando el espectrómetro con un monocromador de anchura de rendija 16 nm, espaciando las medidas 8 nm. Sobre el perfil medido se muestra la gausiana ajustada, con su centro y anchura a media altura.

Figura 5 .- Calibración en longitud de onda del detector de rango largo. Se muestra la longitud de onda del centro de cada gausiana ajustada frente al número de pixel. Obsérvese la alta linealidad del espectrómetro.

Figura 6 .- Verificación de la calibración espectral realizada en el IAC midiendo con ISOPHOT-S la transmisión de una hoja de MYLAR, calibrada en el MPIK con un espectrómetro de laboratorio de alta resolución.

Figura 7 .- Respuesta del instrumento a diferentes flujos de entrada, en varias longitudes de onda, para comprobar la linealidad fotométrica del aparato.

Figura 8 .- Perfiles de polarización para el rango corto, en diferentes longitudes de onda, medidos intercalando un polarizador infrarrojo doble en el haz exterior, y midiendo para diferentes ángulos de polarización.