INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE ANDALUCÍA CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS DEPARTAMENTO DE ARQUITECTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES UNIVERSIDAD DE GRANADA Aplicación de dispositivos FPGA a la instrumentación espacial: los instrumentos GIADA y OSIRIS de la misión Rosetta Tesis doctoral ANTONIO C. LÓPEZ JIMÉNEZ Granada, abril de 2006 Editor: Editorial de la Universidad de Granada Autor: Antonio Carlos López Jiménez D.L.: Gr. 1027- 2006 ISBN: 84-338-3851-2 INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE ANDALUCÍA CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS DEPARTAMENTO DE ARQUITECTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES UNIVERSIDAD DE GRANADA Aplicación de dispositivos FPGA a la instrumentación espacial: los instrumentos GIADA y OSIRIS de la misión Rosetta Memoria presentada por Antonio C. López Jiménez Para optar al grado de Doctor por la Universidad de Granada Fdo:Antonio C. López Jiménez D. José Juan López Moreno, Doctor en Ciencias Físicas e Investigador Científico del Instituto de Astrofísica de Andalucía (C.S.I.C.), y D. Rafael Rodrigo Montero, Doctor en Ciencias Físicas y Profesor de Investigación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (C.S.I.C.) CERTIFICAN que la memoria titulada “Aplicación de dispositivos FPGA a la instrumentación espacial: los instrumentos GIADA y OSIRIS de la misión Rosetta” ha sido realizada por D. Antonio C. López Jiménez bajo su dirección en el Instituto de Astrofísica de Andalucía del Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Esta memoria constituye la tesis que D. Antonio C. Lopez Jiménez presenta para optar al grado de Doctor por la Universidad de Granada. Granada, 1 de abril de 2006 Fdo: José Juan López Moreno Rafael Rodrigo Montero Director de Tesis Director de Tesis Agradecimientos Me gustaría expresar mi enorme gratitud a mis compañeros que han trabajado conmigo en los proyectos GIADA y OSIRIS: Julio Rodríguez, José María Jerónimo y Rafael Morales. Además a Vic Brown, Miguel Herranz, Jose María Castro, Justo Sánchez, Fernando Girela, Ignacio Olivares, Miguel Andrés Sánchez e Isabel Bustamante. Gracias a todos ellos he podido realizar este trabajo. A mis dos directores de tesis, los profesores José Juan López y Rafael Rodrigo, me gustaría expresarles mi profundo agradecimiento por su dedicación y trabajo, y sobre todo, por que siempre me animaron a que algún día realizase esta tesis. Gracias por creer en mí. Quisiera también dar las gracias al equipo de GIADA en Italia, al Pr. Luigi Colangeli y al Dr. Pasquale Palumbo del IUN-OAC en Nápoles, con los que he tenido el placer de trabajar y que me han proporcionado los datos necesarios para los resultados de las calibraciones. Y en general, a todo el equipo de GIADA. También quiero dar las gracias a todo el personal de la UDIT, al personal de administración, especialmente a Cristina Torrededía, y al resto del personal del IAA, de los que me gustaría destacar a las doctoras Luisa Lara y Olga Muñoz. A su director, el Dr. Jose Carlos del Toro que siempre me ha dado buenos consejos para la elaboración de este trabajo. A mi tutor, el Dr. Gonzalo Olivares, al Dr. Carlos García y al Dr. Alberto Prieto por su enorme ayuda para la presentación de esta memoria y en general a todo el Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores de la Universidad de Granada por su comprensión y apoyo. Al Ministerio de Educación y Ciencia que subvencionó los proyectos que han permitido el desarrollo de estos instrumentos. Y, por último, no puedo dejar de acordarme de las personas que han estado siempre tan cerca de mí. De mi familia, de mis hermanas, de mis padres, que siempre me apoyaron y me dieron aliento. De mis hijas, a las que he quitado tanto tiempo de convivencia, y de mi esposa, Marisa, por que sin ella jamás hubiera podido realizar este trabajo. A ella dedico esta tesis. A Marisa Índice INTRODUCCIÓN..................................................................................................................I 1 LA MISIÓN ROSETTA.................................................................................................1 1.1 EL INTERÉS CIENTÍFICO DE LOS COMETAS.................................................................1 1.2 DEL COMETA 46P/WIRTANEN AL 67P/CHURYUMOV-GERASIMENKO.......................3 1.3 MISIONES COMETARIAS............................................................................................5 1.3.1 ISEE-3/ICE..........................................................................................................6 1.3.2 Las misiones Vega-1 y Vega-2............................................................................7 1.3.3 Suisei y Sakigake.................................................................................................7 1.3.4 Giotto..................................................................................................................8 1.3.4.1 Objetivos científicos de Giotto..................................................................................9 1.3.4.2 Resultados obtenidos.................................................................................................9 1.3.5 Deep Space 1.....................................................................................................11 1.3.6 Contour.............................................................................................................12 1.3.7 Stardust.............................................................................................................12 1.3.8 Deep Impact......................................................................................................13 1.4 LA MISIÓN ROSETTA...............................................................................................14 1.5 OBJETIVOS CIENTÍFICOS DE ROSETTA.....................................................................16 1.6 LA CARGA ÚTIL DE ROSETTA: EL ORBITAL Y EL VEHÍCULO DE ATERRIZAJE.............17 1.6.1 Instrumentos del orbital....................................................................................17 1.6.1.1 Alice........................................................................................................................17 1.6.1.2 CONSERT (COmet Nucleous Sounding Experiment by Radiowave Transmission) 18 1.6.1.3 COSIMA (COmetary Secondary Ion Mass Analyzer).............................................18 1.6.1.4 MIDAS (Micro Imaging Dust Analysis System).....................................................19 1.6.1.5 MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter)..........................................19 1.6.1.6 ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis)..................19 1.6.1.7 RPC (Rosetta Plasma Consortium)..........................................................................20 1.6.1.8 RSI (the Rosetta orbiter Radio Science investigations)............................................20 1.6.1.9 VIRTIS (Visible InfraRed Thermal Imaging Spectrometer)....................................20 1.6.2 Instrumentos de Philae.....................................................................................21 1.6.2.1 APX (Alpha Xray Spectrometer).............................................................................21 1.6.2.2 ÇIVA(Comet nucleus Infrared and Visible Analyser).............................................21 1.6.2.3 COSAC (COmetary Sampling And Composition experiment)................................22 1.6.2.4 CONSERT...............................................................................................................22 1.6.2.5 MUPUS (MUlti-PUrpose Sensor experiment).........................................................22 1.6.2.6 MODULUS/PTOLEMY (Method Of Determinig and Understanding Light elements from Unequivocal Stable isotope compositions).....................................................................................22 1.6.2.7 ROLIS (ROsetta Lander Imaging System)..............................................................23 1.6.2.8 ROMAP (ROsetta lander MAgnetometer and sPectrometer)..................................23 1.6.2.9 SD2 (Sampling Drill and Distribution system).........................................................23 1.6.2.10 SESAME (Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiment).....23 2 LOS INSTRUMENTOS GIADA Y OSIRIS..............................................................25 2.1 INTRODUCCIÓN.......................................................................................................25