Investigadors de la UPC coordinen la creació d’un sensor magnètic compacte per reduir soroll en grans missions espacials
Una de les investigadores del projecte MELISA, treballant en el desenvolupament del prototip de sensor magnètic miniaturitzat per reduir el soroll en missions espacials. Crèdit: Equip de MELISA (IEEC).
El grup de recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai (CTE) de la UPC ha coordinat el desenvolupament d’un sensor magnètic compacte i de baixa potència per reduir el soroll a partir de la modulació del camp magnètic mitjançant ressonadors microelectromecànics (MEMS). És fruit del projecte MELISA, impulsat des de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), i servirà de mostra per validar la viabilitat d’aquesta tècnica en la missió LISA de l’Agència Espacial Europea (ESA), destinada a detectar ones gravitacionals a l’espai.
18/07/2022
El professor Manel Domínguez-Pumar, investigador del grup de recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai (CTE) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), i docent a l'Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona (ETSETB), ha coordinat el projecte MELISA (sigles en anglès de MEMS miniaturized low-noise magnetic field sensor for LISA). Iniciat el 2021 com a projecte guanyador d’una convocatòria interna de l'IEEC, el projecte, que ara ha donat el seus fruits, va ser presentat i ha estat desenvolupat conjuntament pel grup de recerca CTE-UPC, l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC) i l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB).
La finalitat del projecte MELISA era el disseny d'un magnetòmetre miniaturitzat, de molt baix soroll, en el rang ultra-baix de freqüències utilitzat en algunes missions espacials, com ara en la missió de LISA (Laser Interferometer Space Antenna) de l’Agència Espacial Europea (ESA), la qual constituirà el primer observatori d'ones gravitacionals a l’espai.
El resultat ha estat el desenvolupament d’un prototip de sensor magnètic compacte i de baixa potència que implementa la modulació del camp magnètic mitjançant ressonadors microelectromecànics (MEMS). Aquest prototip servirà de mostra per validar la viabilitat d’aquesta tècnica de reducció de soroll per complir amb els estrictes requisits de la missió LISA.
Segons explica Manel Domínguez-Pumar, a més de reduir el soroll del camp magnètic al nivell dels requeriments d’aquesta missió LISA, l’objectiu del projecte també era “aconseguir una miniaturització que pogués ser útil per a altres missions i, fins i tot, en altres àmbits de la ciència i la tecnologia. Gràcies a la crida interna de l'IEEC”, afegeix, ”vam aconseguir reunir en un mateix projecte el personal i el material de tres de les seves Unitats de Recerca”.
En el rang ultra-baix de freqüències, quan totes les altres fonts de soroll s'han reduït o eliminat, el denominat ‘soroll rosa’, o 1/f, és el què generalment domina i el principal repte a abordar. Una manera de mitigar l'efecte d’aquest soroll rosa en sensors de camp magnètic és mitjançant l’anomenada ‘tècnica de modulació del camp magnètic’. Es tracta d’una tècnica prometedora a aplicacions d’espai, que consisteix en modular el camp magnètic local a un sensor resistent magnètic. En aquest projecte s’utilitzen magnetoresistències d’efecte túnel (TMR, Tunneling Magnetic Resistor), que són sensors magnètics que no requereixen corrents elevats i tenen un gran potencial de miniaturització.
Col·laboració dels membres de l’IEEC en propostes innovadores
Al desembre del 2020, l’IEEC va impulsar una convocatòria competitiva interna per proporcionar finançament llavor a un projecte d’alt potencial i d’alt impacte. L’objectiu era estimular la col·laboració entre membres i grups de l’IEEC, així com fomentar propostes innovadores, permetent la realització d’estudis de viabilitat i proves de concepte que facilitessin augmentar-ne el grau de maduresa.
El finançament procedeix d’una dotació excepcional obtinguda en una de les avaluacions de Centres de Recerca de Catalunya (CERCA).
El futur observatori europeu d’ones gravitacionals
LISA és el futur observatori espacial europeu d'ones gravitacionals, que estarà format per una constel·lació de tres satèl·lits que volaran en una formació triangular. Cada satèl·lit tindrà al seu nucli una massa en caiguda lliure que actuarà com a mirall extrem d'un interferòmetre de 2,5 milions de quilòmetres de llarg. A més, cada satèl·lit comptarà amb uns 50 sensors d’alta precisió de temperatura, camp magnètic i radiació, els quals han de ser capaços de monitoritzar mínimes variacions de l’ambient que poden pertorbar la caiguda lliure de la massa de testeig. Les fluctuacions del camp magnètic local, per exemple, generen forces i parells en aquestes masses de prova que, potencialment, poden alterar el rendiment de l'instrument.
L’IEEC lidera la contribució espanyola a la missió LISA, que consisteix en el subministrament del Subsistema de Diagnòstic Científic (SDS, Science Diagnostics Subsystem).
