Investigación científica del espectrómetro de partículas energéticas de Plutón

El espectrómetro de partículas energéticas de Plutón para investigación científica ( PEPSSI ) es un instrumento a bordo de la sonda espacial New Horizons , que se dirige a Plutón y más allá. Está diseñado para medir iones y electrones. ^{[ 1 ]} Específicamente, se centra en medir los iones que escapan de la atmósfera de Plutón durante el sobrevuelo de 2015. ^{[ 2 ]} Es uno de los siete instrumentos científicos principales a bordo de la nave espacial. ^{[ 2 ]} La nave espacial fue lanzada en 2006, sobrevoló Júpiter al año siguiente y sobrevoló Plutón en 2015, donde PEPSSI pudo registrar y transmitir a la Tierra sus datos previstos. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

PEPSSI está diseñado para ayudar a comprender la tasa de pérdida atmosférica de la atmósfera de Plutón hacia el espacio, que se cree que experimenta una pérdida atmosférica similar a la de un cometa hacia el espacio exterior. ^{[ 5 ] [ 1 ]} Estos iones se mezclan con el viento solar circundante que pasó por Plutón. ^{[ 4 ]} Durante el sobrevuelo, PEPSSI envió datos a la Tierra todos los días. ^{[ 6 ]} Durante el viaje a Plutón, PEPSSI también se utilizó para registrar datos sobre el medio interplanetario . ^{[ 7 ]} PEPSSI también recopiló datos sobre Júpiter y su magnetocola durante su sobrevuelo de ese planeta en 2007. ^{[ 8 ]} Más allá de Plutón y en el cinturón de Kuiper, PEPSSI se puede utilizar para estudiar cómo el viento solar interactúa con el viento interestelar, sumándose al conjunto de datos de las Voyager que también salieron del Sistema Solar en una dirección similar a la trayectoria de New Horizons . ^{[ 9 ]}

Una de las expectativas que no fue confirmada por PEPSSI fue que la luz solar crearía una gran burbuja de gases ionizados alrededor de Plutón a partir de su atmósfera. ^{[ 10 ]} PEPSSI descubrió que la tasa de pérdida atmosférica era solo el 0,01 por ciento de lo previsto, y la región de interacción con el viento solar era mucho menor de lo esperado. ^{[ 10 ]}

PEPSSI es uno de los siete instrumentos principales de New Horizons y, junto con SWAP, está diseñado para detectar iones. ^{[ 11 ]} Los iones entran y pasan a través de dos láminas, cuyo tiempo de paso se mide, y luego impactan contra un detector de estado sólido. ^{[ 11 ]} El tiempo de vuelo entre las dos láminas ayuda a determinar la masa de las partículas, y el detector mide la energía, y a partir de esto se puede determinar la composición de la partícula dentro de ciertos parámetros. ^{[ 11 ]} El instrumento está diseñado para "probar" la atmósfera de Plutón, y su diseño está orientado a ser ligero, de bajo consumo energético y a comprender la naturaleza de la pérdida atmosférica de Plutón. ^{[ 11 ]}

PEPPSI es un dispositivo compacto de medición de iones de baja potencia, y es un instrumento de tipo tiempo de vuelo ^{[ 5 ]} El diseño detecta iones de aproximadamente 10 keV a 1 MeV en un arco en forma de abanico de 160 grados por 12 grados. ^{[ 1 ]} El dispositivo tiene una masa de 1,5  kg (3,31  lb) y puede consumir aproximadamente 2,5 vatios de potencia eléctrica. ^{[ 1 ]} Las partículas ionizadas pasan a través de dos placas de microcanales , registrándose el tiempo entre estas detecciones. ^{[ 12 ]} Después de pasar por esta sección, hay un detector de silicio de estado sólido. ^{[ 12 ]} El diseño evitó el uso de imanes para la sección de tiempo de vuelo, lo que mejoró el ahorro de peso y/o energía para el instrumento. ^{[ 9 ]} El sensor y el colimador del instrumento están integrados para formar el módulo del sensor, que está montado en la placa electrónica. ^{[ 13 ]}

El campo de visión de 160 por 12 grados está cubierto por seis detectores, cada uno con un campo de visión de 25 por 12 grados. ^{[ 12 ]} Al observar en qué detector ha llegado la partícula, se puede determinar su dirección general de entrada. ^{[ 12 ]}

Para cumplir con los requisitos de bajo consumo de energía y peso, el dispositivo empleó circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). ^{[ 7 ]} Otras decisiones de ahorro de energía incluyeron el uso de placas de microcanales de menor corriente, una fuente de alimentación de bajo voltaje de nuevo diseño y una placa de circuito de tiempo de vuelo rediseñada con mayor ganancia y menor consumo de energía. ^{[ 13 ]}

PEPSSI se basa en un instrumento que estaba a bordo de la sonda MESSENGER del programa Discovery (orbitador del planeta Mercurio, lanzado en 2004/finalizado en 2015), llamado espectrómetro de partículas energéticas. ^{[ 12 ]} PEPSSI complementa el enfoque de SWAP, que está orientado a iones de menor energía. ^{[ 12 ]} Mientras que PEPSSI mide iones con energías de aproximadamente 10 keV a 1000 keV, SWAP mide iones de 25 a 7,5 keV. ^{[ 12 ]} Los detectores de electrones de PEPSSI son capaces de medir electrones energéticos con un rango de 25 keV a 500 keV. También está presente una capa de aluminio para filtrar protones e iones. ^{[ 13 ]}

PEPSSI tiene un diseño mejorado para reducir el peso y el consumo de energía en lo que respecta a la detección de electrones, con una historia que se remonta a las décadas de 1980 y 1990. ^{[ 9 ]} El instrumento en MESSENGER se basó en un instrumento para las propuestas de ese período para una misión de sobrevuelo de Plutón. ^{[ 9 ]} El diseño tiene cierta herencia de instrumentos de la década de 1980 para la detección de iones. ^{[ 14 ]}

Especificaciones: ^{[ 1 ] [ 15 ]}

• Masa: 1,5 kilogramos (3,31 libras); 1475 gramos ^{[ 15 ]}
• Consumo de energía: ~2,5 vatios
• Campo de visión: 160°×12°
• Rango de detección de energía de iones: 20 k eV a 1 MeV ^{[ 16 ]}

• MAVEN (orbitador de Marte que también se centró en estudiar la interacción de la atmósfera planetaria con el medio del Sistema Solar )
• Coma (cometario)
• JEDI (detector de partículas energéticas en el orbitador de Júpiter de la década de 2010)
• Experimento de distribución de auroras jovianas (los instrumentos de la nave espacial detectan iones)
• IS☉IS (instrumento detector de partículas energéticas a bordo de la sonda solar Parker, lanzada al Sol en 2018)
• Lista de temas de New Horizons
• Pepsi (refresco estadounidense de nombre similar, también enviado al espacio en el transbordador espacial)
• Recogida de iones

• NASA - Instrumentos de New Horizons Archivados el 28/03/2019 en Wayback Machine
• Enlace de datos del encuentro de PEPSSI con Plutón
• Datos calibrados del encuentro con Plutón de New Horizons PEPSSI v3.0