Investigador Principal: Virgil G. Kunde

Descripción general del CIRS

El Espectrómetro Compuesto de Infrarrojos (CIRS) consiste en un interferómetro dual que mide la emisión infrarroja de las atmósferas, anillos y superficies en longitudes de onda entre los 7 y los 1000 micrómetros (1400·10^-1 cm) para determinar su composición y temperaturas.

Objetivos científicos del CIRS

• Elaborar un mapa global de la temperatura de las atmósferas de Titán y Saturno.
• Elaborar un mapa de la composición gaseosa de las atmósferas de Titán y Saturno.
• Obtener información sobre la niebla y nubes de las atmósferas de Titán y Saturno.
• Recoger información sobre los procesos energéticos dentro de las atmósferas de Titán y Saturno.
• Buscar nuevas combinaciones moleculares dentro de las atmósferas de Titán y Saturno.
• Mapear la temperatura global de la superficie de Titán.
• Rastrear la composición y características térmicas de los anillos de Saturno y sus satélites helados.

Instrumentos sensores del CIRS

• Plano focal del infrarrojo lejano [FP1] (16.67 a 1000 µm; 4.3 mrad de campo de visión circular)
• Plano focal del infrarrojo medio [FP3] (9.09 a 16.67 µm; matriz de 1x10 de 0.273 mrad cuadrados)
• Plano focal del infrarrojo medio [FP4] (7.16 a 9.09 µm; matriz de 1x10 de 0.273 mrad cuadrados)

Caraterísticas de los instrumentos del CIRS

• Masa (mejor cálculo actual) = 39.24 Kg
• Potencia máxima de operación (mejor cálculo actual) = 32.89 W
• Potencia media de operación (mejor cálculo actual) = 26.37 W
• Máxima velocidad de transmisión de datos (mejor cálculo actual) = 6000 kilobits/sec
• Dimensiones (aproximadas) = telescopio de 50 cm de diámetro; 89 cm x 76 cm x 52 cm

El espectrómetro compuesto de infrarrojos (CIRS) está diseñado para medir la energía infrarroja en varias longitudes de onda en el sistema saturniano. Llevará a cabo una amplia variedad de objetivos científicos en las atmósferas de Saturno y Titán, los anillos de Saturno y los satélites helados, incluyendo la composición y medición de temperaturas. El CIRS consiste en dos componentes: el óptico y el electrónico. Para más información sobre estos componentes, haga click en sus nombres.

(Enlaces CIRS)
El montaje óptico del CIRS consiste en un telescopio, un interferómetro de infrarrojo lejano, un interferómetro de infrarrojo medio, un interferómetro referencial, un mecanismo de exploración móvil, un sistema de refrigeración, equipo de control térmico, un montaje para la unidad óptica, cubiertas para el telescopio y el sistema de refrigeración y un mecanismo de calibración del obturador. Para obtener más información, pulse sobre los nombres.

(Enlaces al montaje óptico)
El telescopio está compuesto por un espejo paraboloide primario de 50.8 centímetros de diámetro y un secundario hiperboloide. Alrededor del espejo primario hay un oscurecedor del Sol. Esta sombra servirá también como radiador del espejo primario. Un tubo cilíndrico se extiende desde la posición central del espejo primario para sujetar el espejo secundario, que tiene su propio radiador.

Los datos científicos del CIRS serán recogidos por dos de los tres interferómetros de este instrumento. Los interferómetros son instrumentos diseñados para hacer lecturas precisas de longitudes de onda dentro de algunos rangos del espectro electromagnético. Por ejemplo, el interferómetro de infrarrojo lejano (FIR) cubre un rango espectral de 10-600 cm^-1. El instrumento FIR es un interferómetro polarizado que usa una cuadrícula de polarizadores montados en capas para polarizar y analizar la radiación. El interferómetro primero polariza la radiación y después la modula. El interferómetro FIR tiene un espejo móvil en un extremo del mecanismo móvil del escáner, que comparte con el interferómetro del infrarrojo medio. Los espejos fijo y móvil son espejos cubiertos y el plano focal del FIR consiste en una par de detectores de termopila, cada uno con un concentrador.

El interferómetro del infrarrojo medio (MIR), que es un instrumento Michelson convencional, cubre un rango espectral de 600-1500 cm^-1. El interferómetro MIR tiene su espejo orientable montado en el extremo opuesto del mecanismo de exploración móvil del espejo del FIR. Los espejos fijo y móvil son cúbicos, y el MIR usa una lente de germanio para focalizar el dispositivo del interferómetro dentro de los planos focales del FP3 y del FP4.

El interferómetro de referencia se encargará de correlacionar los datos científicos recogidos con la posición del mecanismo del explorador. Específicamente, el movimiento del mecanismo del explorador producirá una señal variable para el interferómetro de referencia que se usará para generar las señales necesarias para el cronometraje de los datos recogidos. El interferómetro de referencia es un instrumento Michelson, usado en el eje central de la óptica del interferómetro MIR. Incluye diodos láser y LED, un divisor de haz/compensador de cuarzo, óptica y un detector de silicio. El interferómetro de referencia usa prismas para los espejos fijos y móviles.

El submontaje del mecanismo móvil de exploración incluye los componentes ópticos y mecánicos en el montaje necesarios para mover los espejos del interferómetro y permitir un muestreo controlado dentro del ámbito óptico. Este submontaje consiste en un simple carro con un eje móvil para los tres espejos del interferómetro, un motor para controlar el eje, un montaje en voladizo y un transductor de velocidad. El mecanismo del explorador incluye un cerrojo de lanzamiento que puede ser bloqueado y desbloqueado repetidamente sin restaurarlo mediante órdenes remotas sino a través del ordenador de a bordo.

Un refrigerador pasivo de una etapa, irradiando al espacio, suministra una temperatura de 70-80 Kelvin, con cuatro puntos prefijados y graduables dentro de este rango. El ajuste nominal de temperatura es de 80 Kelvin. El refrigerador cuenta con calefactores para descontaminación y detector de recalentamientos.

Un sistema de control térmico del equipamiento, incluyendo sensores de temperatura, calentadores eléctricos, controladores proporcionales de calor y radiadores, es usado para mantener el control térmico del montaje de las ópticas. La temperatura del instrumento es monitorizada por sensores dispuestos en sitios apropiados del instrumento, incluyendo, pero no limitándose a, los espejos del telescopio, los interferómetros, el detector, la caja de la óptica, la superficie y el motor Michelson.

El montaje del conjunto de la óptica desacopla termicamente el montaje de la óptica del contenedor de los sensores remotos (RSP).

El telescopio y el refrigerador a 80 Kelvin estarán protegidos con unas cubiertas hasta que la sonda abandone el Sistema Solar interior, entonces la cubierta se separará eyectada por detonadores térmicos (WTAs). Cada cubierta tiene dos sistemas redundantes de actuadores de parafina, cada uno de los cuales puede iniciar la acción de un sistema de perno-tiradores que a su vez inicia la acción del montaje del resorte eyector.

El mecanismo de calibración del obturador será usado para interrumpir el rayo del MIR, haciendo que los detectores del MIR vean una superficie negra mantenida a 170 Kelvin dentro del instrumento. El obturador es controlado a través del ordenador de a bordo.

Los sistemas electrónicos del CIRS incluyen: electrónica frontal, electrónica del mecanismo del explorador, electrónica del interferómetro de referencia, electrónica del control y monitorización de la temperatura, el sistema de datos del instrumento y la electrónica del convertidor de potencia para adecuar la potencia de la nave a la requerida por el instrumento. Para información sobre estos componentes, pulse sobre los nombres.

(Enlaces a los sistemas de electrónica)
La más avanzada electrónica provee los procesadores analógicos y digitales de los detectores de señales. Eso incluye filtrado, multiplexado, amplificación y digitalización para obtener los datos científicos requeridos.

La electrónica del mecánismo del explorador proporciona la operación y el control del mecanismo de movimiento lineal del explorador. El sistema de control da una velocidad constante de desplazamiento durante el escaneo y un rápido regreso al punto inicial. El control es tarea de las señales cronométricas del interferómetro de referencia y otros sensores, si fuera necesario. La electrónica del mecanismo del escáner también incluye la circuiteria para activar el obturador de calibración.

La electrónica del interferómetro de referencia provee señales cronométricas para muestreos exactos de los datos científicos y control preciso de la velocidad del mecanismo de exploración.

El instrumento CIRS tiene cuatro zonas independientes controladas por la electrónica del control de temperatura y monitorización. Estas zonas son los espejos primarios, los espejos secundarios, los interferómetros y el refrigerador a 80 K. La temperatura está monitorizada por los sensores localizados en las cuatro zonas, que suministran valores precisos de la temperatura de refrigeración. Los sensores situados en la óptica dan valores de la temperatura de descontaminación. Las temperaturas monitorizadas son transmitidas a la nave.

El sistema de datos de instrumento (IDS) es un microcircuito que suministra al instrumento la capacidad de procesado de datos y comunicación con la sonda. El IDS recibe y procesa comandos, datos e información cronométrica desde la sonda y configura y controla el estado operacional del instrumento. Procesa los datos científicos de la electrónica avanzada y gestiona los datos de todos los subsistemas, transmitiéndolos a la sonda.

La electrónica del conversor de potencia (PCE) acondiciona la energía recibida de la sonda y le suministra energía directamente a los sistemas de los instrumentos y los subsistemas de control de temperatura y del monitor. El PCE también provee, si es necesario, energía a los otros subsistemas y libera el cerrojo de lanzamiento del mecanismo del explorador, la cubierta del refrigerador a 80 K y la cubierta del telescopio.