Finaliza la operación del satélite Observatorio Espectroscópico de Planetas Hisaki
Diez años de contribución de la rejilla de difracción de Shimadzu

En diciembre de 2023, el satélite espectroscópico de observación planetaria, Hisaki, finalizó su periodo de servicio de 10 años. El núcleo del espectrómetro necesario para las observaciones es una rejilla de difracción desarrollada por Shimadzu Corporation.

Investigadores de JAXA y la universidad, así como personal Shimadzu, reflexionaron sobre el proyecto Hisaki, que duró 15 años, y se expresaron agradecimientos mutuos.

En marzo de 2025, seis investigadores de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), la Universidad de Tokio, la Universidad de Tohoku y la Universidad de Rikkyo visitaron Shimadzu Corporation Shimadzu informar a sus empleados sobre los logros del Hisaki y anunciar el concepto para el desarrollo del modelo de próxima generación. Además, interactuaron con miembros del equipo de desarrollo original y con personal Shimadzu que inició el proyecto hace 15 años.

 

Rejilla de difracción de Shimadzu compatible
Observaciones para determinar el origen de los planetas

Presentaciones de investigadores de JAXA en Shimadzu Corporation

Se dice que cuando se formó el sistema solar, Venus y Marte eran muy similares a la Tierra, con abundante aire y agua. Sin embargo, hace varios miles de millones de años, Venus se transformó en un planeta abrasador con temperaturas superficiales superiores a 450 °C, y Marte en un planeta gélido con temperaturas inferiores a -50 °C.

¿Qué causó una diferencia de temperatura tan grande? ¿Por qué la Tierra es el único lugar del universo con un entorno que puede albergar vida? Quizás si pudiéramos responder a estas preguntas, podríamos hablar de cómo será la Tierra en un futuro lejano. Esas son algunas de las ideas de los investigadores que inspiraron el lanzamiento de Hisaki al espacio.

Hisaki es el primer telescopio espacial del mundo diseñado para la observación planetaria, equipado con un espectrómetro ultravioleta extremo desarrollado por JAXA. Aunque se le conoce como telescopio, Hisaki no obtiene imágenes fotográficas de planetas. Se limita a investigar las propiedades atmosféricas y del campo magnético de los planetas objetivo mediante mediciones espectrales espectrométricas. El Departamento de Dispositivos de Shimadzu fue la organización encargada del desarrollo de la rejilla de difracción, el dispositivo clave del espectrómetro.

Shimadzu comenzó a fabricar rejillas de difracción, Aparatos Ópticos que brillan como un arcoíris, hace 50 años.

Las rejillas de difracción son elementos ópticos esenciales para las tecnologías que separan (monocroman) la luz en sus respectivas longitudes de onda. La monocromatización es una tecnología analítica esencial no solo para la química, la biología y otras investigaciones, sino también crucial para lograr avances en una amplia gama de otras industrias, como la de semiconductores, materiales, láseres y comunicaciones ópticas.

La fabricación de rejillas de difracción requiere tecnologías de procesamiento muy sofisticadas que consisten en hornear una película delgada sobre un sustrato y cortar ranuras a nivel micrométrico (1/1000 de milímetro). Shimadzu comenzó a colaborar con RIKEN, una Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, en una investigación conjunta desde aproximadamente 1975, lo que resultó en la creación y patente de nuevas técnicas de fabricación. Posteriormente, Shimadzu comenzó a fabricar rejillas de difracción de forma independiente. A medida que las tecnologías de fabricación de rejillas de difracción mejoraron, estas se convirtieron en un componente esencial de los exclusivos sistemas espectrométricos de Shimadzu.

Desarrollado a partir de una determinación singular de satisfacer las necesidades del cliente

Se requieren especificaciones extraordinarias para las rejillas de difracción utilizadas en circunstancias espaciales especiales. El objetivo de las mediciones de Hisaki es la luz ultravioleta extrema, cuyas longitudes de onda son tan cortas que no pueden medirse en la Tierra debido a la interferencia atmosférica. Incluso buscando por todo el mundo, encontrar una fuente para una rejilla de difracción capaz de monocromar longitudes de onda tan cortas no es tarea fácil. Por lo tanto, día tras día, los fabricantes de rejillas de difracción de todo el mundo rechazaban la solicitud del equipo de Hisaki de desarrollar dicha rejilla.

El entonces director del proyecto Hisaki, el profesor asociado de JAXA Atsushi Yamazaki, recordó: «Cuando contactamos por primera vez Shimadzu, en lugar de rechazarnos de inmediato, Shimadzu nos pidió información sobre el proyecto. Así nació».

Las especificaciones de la rejilla de difracción que se instalaría en el Hisaki exigían hornear una película delgada aplicada mediante deposición química de vapor (CVD) sobre un sustrato especial de carburo de silicio (SiC) con una superficie asférica y, posteriormente, cortar 1800 ranuras por milímetro. El ancho de la ranura de pico a valle es de tan solo 0,556 µm*. Además, se añadieron estrictos requisitos de suavidad para las superficies reflectantes después de las ranuras. Yamazaki, entre risas, recordó: «Era ridículo solicitar niveles de especificación que ni siquiera se podían medir con herramientas de verificación convencionales».

*1 µm = 0,001 mm

Naotaka Murata, subgerente de la Unidad de Ventas Industriales, Departamento Nacional de Ventas, División de Ventas y Marketing, Shimadzu Corporation

Naotaka Murata, el vendedor asignado al proyecto en aquel momento, se rió mientras revisaba correos electrónicos antiguos y dijo: «Los requisitos sin duda implicaban el máximo nivel de dificultad posible. Sin embargo, nos había inculcado el espíritu de nuestro fundador, Genzo Shimadzu padre, expresado como: 'Fabricaremos lo que el cliente pida'. Recuerdo que los miembros del equipo, incluyéndome a mí, respondimos positivamente: 'Probémoslo primero y luego hablamos de qué hacer si falla'».

Asumir el reto de nuestro primer proyecto espacial nos llevó a una serie de dificultades

Hiroyuki Sasai, gerente general del Departamento de Dispositivos de Shimadzu Corporation

Se encontraron con una serie de dificultades desde el inicio del desarrollo. Sasai, quien era el ingeniero jefe en ese momento, comentó: «Además de la dificultad de incluso pedir muestras, incluso después de crearlas según el pedido, surgieron todo tipo de problemas, como la falta de producción de datos satisfactorios. En consecuencia, nos llevó aproximadamente un año y medio crear y verificar prototipos repetidamente antes de tener éxito. Sin embargo, ese esfuerzo adicional aumentó aún más la alegría cuando el Hisaki finalmente fue lanzado al espacio».

Hisaki debía garantizar una fiabilidad de un año para las piezas móviles y de tres años para las fijas, pero esto permitió obtener mediciones continuas en el espacio durante un período mucho mayor, de diez años. El número de artículos científicos que han utilizado los datos de medición de Hisaki ha alcanzado los 67 artículos (incluidas las publicaciones en Science y Nature Communications a enero de 2025).

Atsushi Yamazaki dijo: «A pesar de todas nuestras exigentes solicitudes a Shimadzu, siguieron trabajando con nosotros y respondieron con gran experiencia técnica. El hecho de que siempre parecieran divertirse en el trabajo facilitó la interacción. Tuve la misma impresión durante esta visita. Espero que Shimadzu nunca cambie. Para nosotros, quienes nos dedicamos a crear espectrómetros únicos e irrepetibles que no se encuentran en ningún otro lugar del mundo, los consideramos una entidad verdaderamente excepcional».

En la última fila, desde la izquierda, están Masato Kagitani, profesor asistente en la Universidad de Tohoku, Shingo Kameda, profesor en la Universidad de Rikkyo, Go Murakami, profesor asistente en JAXA, Fuminori Tsuchiya, profesor en la Universidad de Tohoku, y Naotaka Murata y Yoshitaka Makino de Shimadzu Corporation.
En la primera fila, desde la izquierda, están Kazuo Yoshioka, profesor asociado de la Universidad de Tokio, Atsushi Yamazaki, profesor asociado de JAXA, y Hiroyuki Sasai y Yuki Oue de Shimadzu Corporation.