El investigador Dr. Babak Bakhit se ha enfrentado a uno de sus proyectos más desafiantes hasta la fecha: contribuir a la misión JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea (ESA).
La nave espacial se encuentra actualmente en camino a la órbita de Júpiter e investigará las tres lunas heladas del planeta que albergan océanos (Ganímedes, Calisto y Europa) con un conjunto de instrumentos de detección remota, geofísicos e in situ. Está previsto que llegue a Júpiter en julio de 2031, con sobrevuelos en ruta a Venus (agosto de 2025), la Tierra (septiembre de 2026) y nuevamente a la Tierra (enero de 2029).
Se espera que estas lunas tengan agua líquida extraterrestre bajo sus superficies congeladas, lo que es un tema de gran interés como requisito clave para la vida extraterrestre. La nave también explorará el complejo entorno de Júpiter y su sistema (atmósfera, sistema de anillos y entorno magnético) como modelo para otros gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, como Saturno, Urano y Neptuno.
El Dr. Bakhit, que pertenece al Grupo de Dispositivos y Materiales Electrónicos del Departamento de Ingeniería, fue responsable de aplicar una capa protectora a los sensores de última generación que componen el instrumento de ondas de radio y plasma (RPWI). El RPWI consta de cuatro sondas Langmuir de 10 cm de diámetro para explorar la atmósfera alrededor de las lunas heladas de Júpiter.
Cada sonda está montada en el extremo de brazos desplegables de tres metros de largo, lo que le permite extenderse desde el cuerpo de la nave espacial.
Estas sondas, que caracterizarán el plasma y medirán las emisiones de radio, están hechas de aleación de titanio de grado 5 y tienen formas esféricas, diseñadas para ser como cáscaras de huevo, con un espesor de 400 micrómetros. Los elementos del circuito de resistencia-condensador existen dentro de las esferas.
«Para que las sondas Langmuir fueran lo suficientemente sensibles como para detectar una amplia gama de frecuencias y cargas eléctricas (tanto electrones como iones), era esencial recubrirlas con capas especiales», dijo el Dr. Bakhit. «De hecho, los recubrimientos debían ser extremadamente sensibles a las cargas eléctricas y capaces de sobrevivir en entornos hostiles, como condiciones climáticas, temperaturas y radiaciones extremas, durante esta misión».
Agregó: «Los recubrimientos debían tener un rendimiento eléctrico excelente, durabilidad a altas temperaturas, inercia química, propiedades ópticas y adhesión, junto con una alta sensibilidad a las variaciones de densidad del plasma y una rugosidad superficial ultrabaja y sensibilidad a las contaminaciones. Esta combinación de propiedades requería que los recubrimientos estuvieran hechos de un material particular con una composición y nanoestructura precisas».
Las aleaciones de nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) se cultivaron mediante pulverización catódica con magnetrón, un proceso de deposición física en fase de vapor altamente controlado y repetible. Sin embargo, depositar por pulverización catódica estos recubrimientos en esferas tan grandes resultó no ser una tarea fácil.
«En este proyecto nos enfrentamos a una serie de desafíos», dijo el Dr. Bakhit. «En primer lugar, la forma y el tamaño de las sondas no eran adecuados para los sistemas de pulverización catódica habituales. Utilizamos un sistema de pulverización catódica a escala industrial y rediseñamos el interior de su cámara de crecimiento. Se nos ocurrió una estructura similar a un carrusel con dos raíles que permitían que las esferas giraran libremente durante el proceso de deposición, lo que daba lugar a recubrimientos uniformes».
«El otro problema inesperado fue la formación de arcos eléctricos durante el crecimiento. Para superar este desafío de descargas no deseadas en la superficie de las esferas, se utilizó un enfoque especial con una densidad de carga eléctrica optimizada», añadió.
El RPWI a bordo de la nave espacial se describe en detalle como parte de un artículo publicado en la revista Space Science Reviews. También se pueden encontrar más detalles en el sitio web de la ESA para la comunidad científica JUICE.
Al reflexionar sobre la misión, el Dr. Bakhit dijo: «He participado en varios proyectos en colaboración con socios tanto del mundo académico como de la industria. Es cierto que la misión JUICE fue la más desafiante, pero al mismo tiempo, la más importante y emocionante. Fue una gran oportunidad para contribuir a un proyecto tan grande relacionado con el espacio y estoy entusiasmado con cualquier descubrimiento de vida en Júpiter. Me complace que mi contribución también haya sido reconocida con un prestigioso certificado de la ESA».
Con información de Space Science Reviews
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