Investigadores de la UPC coordinan la creación de un sensor magnético compacto para reducir ruido en grandes misiones espaciales
Una de las investigadoras del proyecto MELISA, trabajando en el desarrollo del prototipo de sensor magnético miniaturizado para reducir el ruido en misiones espaciales. Crédito: Equipo de MELISA (IEEC).
El grupo de investigación en Ciencias y Tecnologías del Espacio (CTE) de la UPC ha coordinado el desarrollo de un sensor magnético compacto y de baja potencia para reducir el ruido a partir de la modulación del campo magnético mediante resonadores microelectromecánicos (MEMS). Es fruto del proyecto MELISA, impulsado desde el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), y servirá de muestra para validar la viabilidad de esta técnica en la misión LISA de la Agencia Espacial Europea (ESA), destinada a detectar ondas gravitacionales en el espacio.
18/07/2022
El profesor Manel Domínguez-Pumar, investigador del grupo de investigación en Ciencias y Tecnologías del Espacio (CTE) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), y docente en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de Barcelona (ETSETB), ha coordinado el proyecto MELISA (siglas en inglés de MEMS miniaturized low-noise magnetic field sensor for LISA). Iniciado en 2021 como proyecto ganador de una convocatoria interna del IEEC, el proyecto, que ahora ha dado sus frutos, fue presentado y ha sido desarrollado conjuntamente por el grupo de investigación CTE-UPC, el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB).
La finalidad del proyecto MELISA era el diseño de un magnetómetro miniaturizado, de muy bajo ruido, en el rango ultra-bajo de frecuencias utilizado en algunas misiones espaciales, como la misión de LISA (Laser Interferometer Space Antenna) de la Agencia Espacial Europea (ESA), que constituirá el primer observatorio de ondas gravitacionales en el espacio
El resultado ha sido el desarrollo de un prototipo de sensor magnético compacto y de baja potencia que implementa la modulación del campo magnético mediante resonadores microelectromecánicos (MEMS). Este prototipo servirá de muestra para validar la viabilidad de esta técnica de reducción de ruido para cumplir con los estrictos requisitos de la misión LISA.
Según explica Manel Domínguez-Pumar, además de reducir el ruido del campo magnético al nivel de los requerimientos de esta misión LISA, el objetivo del proyecto también era “lograr una miniaturización que pudiera ser útil para otras misiones e, incluso, en otros ámbitos de la ciencia y la tecnología. Gracias al llamamiento interno del IEEC” añade, “conseguimos reunir en un mismo proyecto al personal y al material de tres de sus Unidades de Investigación”.
En el rango ultra-bajo de frecuencias, cuando todas las demás fuentes de ruido se han reducido o eliminado, el denominado 'ruido rosa', o 1/f, es el que generalmente domina y el principal reto a abordar. Una forma de mitigar el efecto de este ruido rosa en sensores de campo magnético es mediante la llamada 'técnica de modulación del campo magnético'. Se trata de una técnica prometedora en aplicaciones de espacio, que consiste en modular el campo magnético local a un sensor resistente magnético. En este proyecto se utilizan magnetoresistencias de efecto túnel (TMR, Tunneling Magnetic Resistor), que son sensores magnéticos que no requieren corrientes elevadas y tienen un gran potencial de miniaturización.
Colaboración de los miembros del IEEC en propuestas innovadoras
En diciembre de 2020, el IEEC impulsó una convocatoria competitiva interna para proporcionar financiación semilla a un proyecto de alto potencial y de alto impacto. El objetivo era estimular la colaboración entre miembros y grupos del IEEC, así como fomentar propuestas innovadoras, permitiendo la realización de estudios de viabilidad y pruebas de concepto que facilitaran aumentar su grado de madurez.
La financiación procede de una dotación excepcional obtenida en una de las evaluaciones CERCA (Centros de Investigación de Cataluña).
El futuro observatorio europeo de ondas gravitacionales
LISA es el futuro observatorio espacial europeo de ondas gravitacionales, que estará formado por una constelación de tres satélites que volarán en una formación triangular. Cada satélite tendrá en su núcleo una masa en caída libre que actuará como espejo extremo de un interferómetro de 2,5 millones de kilómetros de largo. Además, cada satélite contará con unos 50 sensores de alta precisión de temperatura, campo magnético y radiación, que deben ser capaces de monitorizar mínimas variaciones del ambiente que pueden perturbar la caída libre de la masa de testeo. Las fluctuaciones del campo magnético local, por ejemplo, generan fuerzas y pares en estas masas de prueba que potencialmente pueden alterar el rendimiento del instrumento.
El IEEC lidera la contribución española a la misión LISA, que consiste en el suministro del Subsistema de Diagnóstico Científico (SDS, Science Diagnostics Subsystem).
