Fim da operação do satélite Hisaki Spectroscopic Planet Observatory
Dez anos de contribuição da rede de difração de Shimadzu

Em dezembro de 2023, o satélite observatório espectroscópico de planetas Hisaki encerrou sua vida útil de 10 anos. O núcleo do espectrômetro necessário para as observações é uma rede de difração desenvolvida pela Shimadzu Corporation.

Pesquisadores da JAXA, da universidade e funcionários Shimadzu refletiram sobre os 15 anos do projeto Hisaki e agradeceram uns aos outros.

Em março de 2025, seis pesquisadores da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA), da Universidade de Tóquio, da Universidade de Tohoku e da Universidade Rikkyo visitaram Shimadzu Corporation para relatar aos funcionários Shimadzu as realizações do Hisaki e anunciar o conceito para o desenvolvimento do modelo de próxima geração. Além disso, eles interagiram com membros da equipe de desenvolvimento original e outros funcionários Shimadzu que lançaram o projeto há 15 anos.

 

Rede de difração de Shimadzu suportada
Observações para determinar as origens dos planetas

Apresentações de pesquisadores da JAXA na Shimadzu Corporation

Diz-se que, quando o sistema solar foi formado, Vênus e Marte eram muito semelhantes à Terra, com bastante ar e água. No entanto, há vários bilhões de anos, Vênus se transformou em um planeta escaldante, com temperaturas de superfície acima de 450 °C, e Marte, em um planeta congelante, com temperaturas abaixo de -50 °C.

O que causou uma diferença de temperatura tão grande? Por que a Terra é o único lugar no vasto universo com um ambiente propício à vida? Talvez, se pudéssemos responder a essas perguntas, pudéssemos falar sobre como será a Terra em um futuro distante. Esse é um dos pensamentos dos pesquisadores que inspiraram o lançamento de Hisaki ao espaço.

Hisaki é o primeiro telescópio espacial do mundo destinado à observação planetária, equipado com um espectrômetro de ultravioleta extremo desenvolvido pela JAXA. Embora seja chamado de telescópio, Hisaki não obtém imagens fotográficas de planetas. Limita-se a investigar as propriedades atmosféricas e do campo magnético de planetas-alvo por meio de medições espectrais espectrométricas. O Departamento de Dispositivos da Shimadzu foi a organização responsável pelo desenvolvimento da rede de difração, o dispositivo-chave do espectrômetro.

Shimadzu começou a fabricar grades de difração, dispositivos ópticos que brilham como um arco-íris, há 50 anos

Redes de difração são elementos ópticos essenciais para tecnologias usadas para separar (monocromar) a luz em seus respectivos comprimentos de onda. A monocromatografia é uma tecnologia analítica essencial não apenas para a química, biologia e outras pesquisas, mas também crucial para alcançar avanços em uma ampla gama de outras indústrias, como semicondutores, materiais, lasers e comunicações ópticas.

A fabricação de redes de difração requer tecnologias de processamento muito sofisticadas, envolvendo o cozimento de uma película fina sobre um substrato e o corte de ranhuras em nível de micrômetro (1/1000 de milímetro). Shimadzu começou a trabalhar em conjunto com a RIKEN, uma Agência Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento, por volta de 1975, o que resultou na criação e patenteamento de novas técnicas de fabricação. Posteriormente, Shimadzu passou a fabricar redes de difração de forma independente. À medida que as tecnologias de fabricação de redes de difração foram aprimoradas, elas se tornaram um componente essencial dos sistemas espectrométricos exclusivos da Shimadzu.

Desenvolvido a partir de uma Determinação Singular para Satisfazer as Necessidades do Cliente

Especificações extraordinárias são necessárias para redes de difração usadas em circunstâncias especiais do espaço. O alvo das medições de Hisaki é a luz ultravioleta extrema, que possui comprimentos de onda tão curtos que não podem ser medidos na Terra devido à interferência da atmosfera. Mesmo pesquisando em todo o mundo, encontrar uma fonte para uma rede de difração que possa monocromar comprimentos de onda tão curtos não é uma tarefa fácil. Portanto, dia após dia, fabricantes de redes de difração em todo o mundo recusavam o pedido da equipe de Hisaki para desenvolver tal rede de difração.

O gerente do projeto Hisaki na época, o professor associado da JAXA, Atsushi Yamazaki, lembrou que "quando contatamos Shimadzu pela primeira vez, em vez de nos rejeitar imediatamente na porta, Shimadzu pediu para ouvir sobre o projeto. Foi assim que o projeto começou."

As especificações para a grade de difração a ser instalada no Hisaki exigiam o cozimento de uma fina película aplicada por deposição química de vapor (CVD) sobre um substrato especial de carboneto de silício (SiC) com superfície asférica e, em seguida, o corte de 1.800 ranhuras por milímetro. A largura da ranhura, do pico ao vale, é de apenas 0,556 µm*. Além disso, requisitos rigorosos de lisura para superfícies reflexivas após as ranhuras também foram adicionados. Yamazaki riu ao lembrar que "era ridículo exigir níveis de especificação que nem sequer eram mensuráveis com ferramentas de verificação comuns".

*1µm=0,001mm

Naotaka Murata, Gerente Adjunto, Unidade de Vendas Industriais, Departamento Nacional de Vendas, Divisão de Vendas e Marketing, Shimadzu Corporation

Naotaka Murata, o vendedor designado para o projeto na época, riu enquanto revisava e-mails antigos e disse: "Os requisitos definitivamente envolviam o mais alto nível de dificuldade possível. Mesmo assim, fomos incutidos com o espírito do nosso fundador, Genzo Shimadzu Sr., que expressou: 'Fabricaremos o que o cliente solicitar'. Lembro-me de que os membros da equipe, inclusive eu, responderam positivamente, dizendo: 'Vamos tentar primeiro e depois podemos conversar sobre o que fazer se falhar.'"

Aceitar o desafio do nosso primeiro projeto espacial levou a uma série de dificuldades

Hiroyuki Sasai, Gerente Geral, Departamento de Dispositivos, Shimadzu Corporation

Eles enfrentaram uma série de dificuldades assim que o desenvolvimento propriamente dito começou. Sasai, que era o Engenheiro-Chefe na época, refletiu que "Além da dificuldade de encomendar amostras, mesmo depois de criadas conforme o pedido, todos os tipos de problemas ocorreram, como a não produção de dados satisfatórios. Consequentemente, levou cerca de um ano e meio criando e verificando protótipos repetidamente até obtermos sucesso. No entanto, esse esforço extra tornou a alegria ainda maior quando o Hisaki foi finalmente lançado ao espaço."

Hisaki precisava garantir uma confiabilidade de um ano para partes móveis e três anos para partes imóveis, mas isso resultou na obtenção de medições contínuas no espaço por um período muito mais longo, de dez anos. O número de artigos científicos que utilizaram os dados de medição de Hisaki chegou a 67 (incluindo publicações na Science e na Nature Communications até janeiro de 2025).

Atsushi Yamazaki disse: “Apesar de todos os nossos pedidos exigentes à Shimadzu, eles continuaram trabalhando conosco e nos atenderam com competência técnica. O fato de sempre parecerem se divertir no trabalho facilitou a interação. Tive a mesma impressão durante esta visita. Espero que Shimadzu nunca mude. Para nós, que estamos envolvidos na criação de espectrômetros únicos e únicos, que não podem ser encontrados em nenhum outro lugar do mundo, os consideramos uma entidade verdadeiramente rara.”

Na última fileira, da esquerda para a direita, estão Masato Kagitani, professor assistente na Universidade de Tohoku, Shingo Kameda, professor na Universidade Rikkyo, Go Murakami, professor assistente na JAXA, Fuminori Tsuchiya, professor na Universidade de Tohoku, e Naotaka Murata e Yoshitaka Makino da Shimadzu Corporation.
Na primeira fila, da esquerda para a direita, estão Kazuo Yoshioka, professor associado da Universidade de Tóquio, Atsushi Yamazaki, professor associado da JAXA, e Hiroyuki Sasai e Yuki Oue da Shimadzu Corporation.