SONRISA (nave espacial)

Viento solar Magnetosfera Ionosfera Link Explorer

Impresión artística de la nave espacial SMILE
Tipo de misión	Misión magnetosférica
Operador	ESA - CAS
Sitio web	cosmos.esa.int/web/smile/links
Duración de la misión	3 años (nominal) [1]
Propiedades de las naves espaciales
Fabricante	Airbus (módulo de carga útil)
Lanzamiento masivo	2200 kilos
Masa seca	708 kilogramos
Fuerza	850 vatios
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento	4º trimestre de 2025 (planificado) [2]
Cohete	Vega-C
Sitio de lanzamiento	Kurú
Contratista	Espacio Ariane
Parámetros orbitales
Sistema de referencia	Geocéntrico
Régimen	Órbita altamente elíptica
Altitud del perigeo	5.000 kilómetros
Altitud del apogeo	121.182 kilómetros
Inclinación	70° o 98°
Insignia de la misión SMILE Visión cósmica

El Explorador del Enlace entre la Magnetosfera y la Ionosfera del Viento Solar ( SMILE ) es una misión conjunta planificada entre la Agencia Espacial Europea y la Academia de Ciencias de China . SMILE tomará imágenes por primera vez de la magnetosfera del Sol en rayos X suaves y ultravioleta durante hasta 40 horas por órbita, mejorando nuestra comprensión de la interacción dinámica entre el viento solar y la magnetosfera de la Tierra. ^{[3] [4]} Las principales preguntas científicas de la misión SMILE son

• ¿Cuáles son los modos fundamentales de la interacción viento solar/magnetosfera del lado diurno?
• ¿Qué define el ciclo de subtormenta?
• ¿Cómo surgen las tormentas provocadas por eyecciones de masa coronal y cuál es su relación con las subtormentas?

A partir de abril de 2024, se espera que SMILE se lance a fines de 2025. ^[2]

La misión observará la interacción del viento solar con la magnetosfera con sus cámaras de rayos X y ultravioleta (SXI y UVI), recopilando imágenes y videos simultáneos de la magnetopausa del lado diurno (donde la magnetosfera de la Tierra se encuentra con el viento solar), las cúspides polares (una región en cada hemisferio donde las partículas del viento solar tienen acceso directo a la ionosfera de la Tierra) y el óvalo auroral (la región alrededor de cada polo geomagnético donde las auroras ocurren con mayor frecuencia). SMILE también recopilará mediciones in situ simultáneas con sus otros dos instrumentos que componen su carga útil: un analizador de iones (LIA) y un magnetómetro (MAG). Estos instrumentos monitorearán los iones en el viento solar , la magnetosvaina y la magnetosfera al tiempo que detectan cambios en el campo magnético local de CC.

SMILE debe alcanzar una altitud lo suficientemente elevada como para poder observar el borde exterior de la magnetopausa terrestre y, al mismo tiempo, obtener una buena resolución espacial del óvalo auroral. Por tanto, la órbita elegida es muy elíptica y muy inclinada (70 o 98 grados según el lanzador), y lleva a SMILE a un tercio del camino hacia la Luna en el apogeo (una altitud de 121 182 km, es decir, 19 radios terrestres o R _E ). Este tipo de órbita permite a SMILE pasar gran parte de su tiempo (alrededor del 80%, equivalente a nueve meses del año) a gran altitud, lo que permite a la nave espacial recopilar observaciones continuas por primera vez durante más de 40 horas. Esta órbita también limita el tiempo que pasa en los cinturones de Van Allen de alta radiación y en los dos cinturones toroidales. SMILE será inyectado en una órbita terrestre baja por un vehículo de lanzamiento Vega-C desde Kourou, en la Guayana Francesa, y su módulo de propulsión llevará a la nave espacial a la órbita nominal con una altitud de perigeo de aproximadamente 5000 km. ^[1]

La nave espacial SMILE consta de una plataforma proporcionada por la Academia China de Ciencias (CAS) unida a un módulo de carga útil que contiene casi todos los instrumentos científicos y un sistema de comunicaciones de banda X, proporcionado por la ESA. El módulo de carga útil será construido por Airbus . ^[5] La plataforma está compuesta por un módulo de propulsión y un módulo de servicio, junto con los dos detectores (o cabezales) del instrumento de iones. El Centro de Operaciones de la Misión será administrado por CAS; ambas organizaciones operarán conjuntamente el Centro de Operaciones Científicas.

Los instrumentos clave a bordo de la nave espacial incluirán: ^{[3] [1]}

• Soft X-ray Imager (SXI): telescopio de campo amplio con forma de ojo de langosta que utiliza una óptica de microporos para mapear espectralmente la ubicación, la forma y el movimiento de los límites magnetosféricos de la Tierra, incluyendo la onda de choque, la magnetopausa y las cúspides, mediante la observación de la emisión del proceso de intercambio de carga del viento solar (SWCX). El SXI está equipado con dos grandes detectores de dispositivos acoplados a carga (CCD) sensibles a los rayos X que cubren la banda de energía de 0,2 keV a 2,5 keV, y tiene un campo de visión óptico que abarca 15,5° × 26,5°. Este telescopio se está desarrollando, construyendo y se calibrará en la Universidad de Leicester , Reino Unido, y otras instituciones en toda Europa. Los CCD se están adquiriendo a Teledyne e2v , Reino Unido, por la ESA y se están calibrando en la Open University , Reino Unido.
• UV Imager (UVI): una cámara ultravioleta para obtener imágenes de las regiones aurorales del norte de la Tierra. Estudiará la conexión entre los procesos que tienen lugar en los límites magnetosféricos (tal como se ven en el SXI) y los que actúan sobre las partículas cargadas que se precipitan en nuestra ionosfera. UVI es un telescopio de cuatro espejos que captura imágenes de emisiones ultravioleta con longitudes de onda de 155 a 175 nm utilizando un detector CMOS. Está dividido en tres particiones lógicas: UVI-Cera (UVI-C) y UVI-Electronics (UVI-E) conectadas mediante un arnés (UVI-H). La filosofía de diseño óptico de UVI se basa en un sistema de 4 espejos sobre el eje, optimizado para la órbita SMILE y la cadencia y resolución espacial requeridas. La tecnología de filtro UV junto con el diseño de 4 espejos proporciona órdenes de magnitud mayores de supresión de luz visible que las misiones aurorales anteriores y es un factor que permite alcanzar los objetivos científicos de UVI. El módulo detector consta de un intensificador de imágenes basado en una placa de microcanales (MCP) acoplado ópticamente a un detector CMOS. ^[6] El UVI tiene un campo de visión de 10° × 10° y tendrá una resolución de imagen espacial en el apogeo de 150 km, utilizando cuatro espejos recubiertos con una película delgada para guiar la luz hacia su detector. La resolución temporal será de hasta 60 s. El UVI está construido por NSSC con la colaboración del Centro Espacial de Lieja de Bélgica (CSL), la ESA, la Universidad de Calgary y el Instituto de Investigación Polar de China.
• Analizador de iones de luz (LIA): determinará las propiedades y el comportamiento del viento solar y los iones de la magnetovaina en diversas condiciones midiendo la distribución tridimensional de la velocidad de los protones y las partículas alfa. Está compuesto por dos analizadores electrostáticos de tipo sombrero de copa, cada uno montado en el lado opuesto de la plataforma. Es capaz de muestrear la distribución tridimensional completa de 4 π del viento solar y puede medir iones en el rango de energía de 0,05 a 20 keV con una resolución temporal de hasta 0,5 segundos. Es una empresa conjunta entre el Centro Nacional de Ciencias Espaciales de China, CAS, y el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard del University College de Londres (UCL-MSSL), Reino Unido y LPP/CNRS/Ecole Polytechnique, Francia.
• Magnetómetro (MAG): se utilizará para determinar la orientación y magnitud del campo magnético en el viento solar y la envoltura magnética, y para detectar cualquier choque o discontinuidad del viento solar que pase sobre la nave espacial. Se montarán dos sensores triaxiales lejos de la nave espacial en un brazo de 3 m de largo a unos 80 cm de distancia, con una unidad electrónica correspondiente montada en el cuerpo principal de SMILE. Esta configuración permitirá que el MAG actúe como un gradiómetro y permitirá determinar con precisión el campo magnético de fondo de SMILE y restarlo de cualquier medición. El MAG medirá los tres componentes del campo magnético en el rango de +/- 12800 nT. Es una iniciativa conjunta entre el Centro Nacional de Ciencias Espaciales de China, CAS, y el Instituto de Investigación Espacial de la Academia Austriaca de Ciencias.

Se han creado varios grupos de trabajo para ayudar a preparar la misión SMILE, incluidos:

El grupo de trabajo sobre ciencia in situ de SMILE se ha creado para ayudar al equipo SMILE a garantizar que se alcancen y optimicen los objetivos científicos de la misión y a añadir valor a la ciencia de SMILE. La actividad del grupo de trabajo sobre ciencia in situ se centra en optimizar el diseño, las operaciones, la planificación de las calibraciones, la identificación de los objetivos científicos y las oportunidades del paquete de instrumentos in situ, incluidas las colaboraciones con otras misiones espaciales magnetosféricas.

El grupo de trabajo de modelado SMILE proporciona los siguientes soportes de modelado para la próxima misión SMILE

1. Gran desafío de modelado: comparación de modelos MHD y requisitos/objetivos de SXI -

• unificar el método de cálculo de rayos X (mismo modelo de densidad neutra, fondo, etc.),
• comprobar la diferencia entre modelos en las señales de intercambio de carga eólica solar (SWCX) y en las ubicaciones de los límites (arco de choque, magnetopausa y cúspide)
• Proporcionar el punto de vista de MHD sobre el rango de intensidad de la señal de rayos X.
• Proporcionar el rango de las ubicaciones de los límites esperados bajo varios flujos de viento solar.
• Dar una voz unificada sobre los requisitos y objetivos científicos (¿Qué alto flujo de viento solar se necesita para encontrar los límites dentro de una resolución de 0,5 RE durante 5 minutos, o una resolución de 0,2 RE durante 1 minuto?)

2. Rastreo de límites a partir de datos SXI

• Seleccione un resultado de simulación ejemplar para probar las técnicas de rastreo de límites.
• Prueba de A. Jorgensen y T. Sun sobre el método de rastreo de magnetopausa utilizando la especificación SXI (órbita, campo de visión, fondos, ruido, etc.) ^[7]
• Las pruebas de M. Collier y H. Connor sobre el método de rastreo de magnetopausa utilizando la misma especificación SXI ^[8] son ​​visibles en los rayos X suaves.
• Desarrollar nuevos métodos para derivar límites de plasma a partir de imágenes de rayos X.
• Preparar una herramienta de programación para el análisis de datos SXI
• Desarrollar y validar los métodos de rastreo para otros límites (arco de choque y cúspides).

3. Otros proyectos científicos

• Investigar si las pequeñas firmas de la magnetovaina, como los chorros de alta velocidad de la magnetovaina, son visibles en los rayos X suaves.
• Investigar el acoplamiento magnetosfera-ionosfera utilizando imágenes de rayos X suaves y auroras

El grupo de trabajo sobre ciencia terrestre y adicional de SMILE coordina el apoyo a la misión en la comunidad de física solar-terrestre. Su objetivo es maximizar la adopción de los datos de SMILE y, por lo tanto, maximizar la producción científica de la misión. Coordinarán futuras campañas de observación con otras instalaciones experimentales, tanto en tierra como en el espacio, por ejemplo, utilizando modos de alta resolución para las instalaciones de la Red de Radar Auroral Super Dual , o con EISCAT 3D, y correlacionándolas con datos de otras misiones que estén volando en ese momento. El grupo de trabajo también está desarrollando un conjunto de herramientas y una instalación de visualización para combinar datos de SMILE y experimentos de apoyo.

El grupo de trabajo SMILE Public Engagement tiene como objetivo promover SMILE y su ciencia entre el público en general, las sociedades científicas amateurs y los alumnos de todas las edades. Los miembros del grupo realizan presentaciones que ilustran la ciencia que SMILE producirá y el impacto que tendrá en nuestro conocimiento de las interacciones solar-terrestre. Generan contactos con organizaciones que promueven la ciencia en escuelas primarias y secundarias, en particular en áreas socioeconómicamente deprimidas, realizan talleres prácticos y promueven carreras científicas. El grupo se centra en SMILE como un ejemplo práctico de cómo se desarrollan los proyectos espaciales y anima a los alumnos a seguir su progreso hasta el lanzamiento y más allá. También promueve intercambios internacionales, un buen ejemplo de los cuales es la traducción del libro 'Aurora y Spotty' para niños (y quizás también para algunos adultos), originalmente en español, al chino.

• Enero - Número especial sobre métodos de modelado y análisis de datos para la misión SMILE con 21 artículos arbitrados publicados en la revista Earth and Planetary Physics, consulte el prefacio ^[9]

• 07 de marzo - Geoefectividad de las ondas interplanetarias de Alfvén. I. Reconexión magnética de la magnetopausa y subtormentas impulsadas directamente ^[10]

• 17 de diciembre - Detección de la distancia de separación de la magnetopausa mediante un generador de imágenes de rayos X suaves: 1. Enmascaramiento magnetosférico ^[11]

• 15 de diciembre - Detección de la distancia de separación de la magnetopausa mediante un generador de imágenes de rayos X suaves: 2. Métodos para analizar imágenes de rayos X en 2D ^[12]

• 22 de junio: Derivación de la posición de la magnetopausa a partir de una simulación de imágenes de rayos X suaves de amplio campo de visión ^[13]

• 01 de marzo - Un nuevo método de inversión para la reconstrucción de la densidad de He+ plasmosférica a partir de imágenes EUV ^[14]

• 18 de febrero - Rendimiento e incertidumbres de momento simulado de un espectrómetro de iones con campo de visión asimétrico 2π para mediciones de iones en el espacio ^[15]

• 21 de febrero: Imágenes de rayos X suaves y ENA de la magnetosfera del lado diurno de la Tierra ^[16]

• 20 de octubre: Algoritmo automático de determinación de límites aurorales con características profundas y conjunto de niveles duales ^[17]

• 20 de agosto: Derivación de la posición de la magnetopausa a partir de la imagen de rayos X suaves utilizando el enfoque de ajuste tangente ^[18]

• 17 de abril: ¿Es tan sencilla la relación entre la presión dinámica del viento solar y la distancia de separación de la magnetopausa? ^[19]

• 27 de agosto - Lo más destacado de la ESA en materia científica: Cluster y XMM allanan el camino para SMILE ^[20]

• 01 de mayo - Detección de límites en tres dimensiones con aplicación a la misión SMILE: el efecto del ruido de ajuste del modelo ^[21]

• 17 de diciembre - Informe del estudio de definición de SMILE de la ESA ^[3]

• 21 de mayo - Jennifer Carter, de la Universidad de Leicester (Reino Unido), recibió el premio L'Oréal-UNESCO UK & Ireland Women in Science Physical Sciences Rising Talent 2020

Tras el éxito de la misión Double Star , la ESA y la CAS decidieron seleccionar, diseñar, implementar, lanzar y explotar conjuntamente los resultados de una misión espacial por primera vez. Después de los talleres iniciales, se anunció una convocatoria de propuestas en enero de 2015. Después de una revisión conjunta por pares de las propuestas de misión, SMILE fue seleccionada como la mejor candidata entre las 13 propuestas. ^[22] La propuesta de misión SMILE ^[23] fue liderada conjuntamente por el University College London y el Centro Nacional de Ciencias Espaciales de China. De junio a noviembre de 2015, la misión inició los estudios iniciales para la preparación del concepto, y el Comité del Programa Científico de la ESA dio la aprobación final para la misión en noviembre de 2015. El 18 de diciembre de 2015 se anunció una solicitud de información (RFI) sobre las disposiciones para el módulo de carga útil. El objetivo era recopilar información de los proveedores potenciales para evaluar los requisitos del módulo de carga útil de bajo riesgo dado el interés declarado en la misión, en preparación para la invitación a presentar ofertas en 2016. ^[24] La revisión de los requisitos del sistema de la misión se completó en octubre de 2018, y la adopción de la misión por parte del Comité del Programa Científico de la ESA se concedió en marzo de 2019. ^[25] SMILE completó con éxito la revisión del diseño crítico de la misión y la nave espacial (CDR) en junio de 2023 en Shanghái. ^[26]

• Sitio web SMILE de la ESA (público general): https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Smile
• Sitio web SMILE de la ESA (equipo de trabajo científico): https://www.cosmos.esa.int/smile
• Sitio web SMILE de la Academia China de Ciencias: http://english.nssc.cas.cn/smile/
• Sitio web del consorcio SMILE del Laboratorio de Ciencias Espaciales UCL/Mullard: http://www.mssl.ucl.ac.uk/SMILE/
• Sitio web del SXI de la Universidad de Leicester: https://le.ac.uk/physics/research/space-projects-instrumentation/projects