El emocionante viaje del telescopio espacial James Webb de la NASA está a punto de comenzar

Nota del editor: esta historia se publicó en septiembre. Desde entonces, el lanzamiento del telescopio espacial James Webb de la NASA se ha retrasado nuevamente. Ahora está programado que despegue no antes del 24 de diciembre.

A principios de este mes, la NASA anunció que el 18 de diciembre, después de años de retrasos, el telescopio espacial James Webb finalmente dejará la Tierra en una misión para revolucionar la astrofísica y la cosmología.

Pero antes de que este observatorio de $ 10 mil millones pueda comenzar a funcionar, debe sobrevivir a un viaje desalentador que incluye un viaje en el mar, el lanzamiento de un cohete y un vuelo de 1,5 millones de kilómetros hasta su destino: Lagrange Point 2 o L2. Mucho más allá de la órbita de la luna (y fuera del alcance de cualquier misión de rescate a corto plazo), L2 es una región donde los tirones gravitacionales de la Tierra y el sol se equilibran para crear un lugar de estacionamiento perfecto a largo plazo para telescopios. A medida que Webb deja atrás nuestro planeta y la luna, también debe desplegar componentes clave que se doblaron para caber dentro de su cohete. Este proceso de alta tensión implica unos 178 mecanismos de liberación, cada uno de los cuales debe funcionar sin problemas para que el telescopio complete sus aproximadamente 40 despliegues principales.

“Esta es la misión científica más compleja que hemos realizado”, dice Nancy Levenson, subdirectora del Space Telescope Science Institute (STSci). «Hay muchas cosas que tienen que salir bien».

Webb es sin duda el telescopio espacial más avanzado jamás construido. La mirada infrarroja de la nave penetrará las nubes cósmicas de polvo para revelar los detalles ocultos de los viveros estelares y los protoplanetas embrionarios a mitad de su formación. También reunirá los débiles fotones emitidos por las primeras estrellas y galaxias que se formaron después del Big Bang, que inicialmente se emitieron como luz visible pero desde entonces se han estirado o «corrido al rojo» por la expansión del cosmos.

“Nos ayudará a descubrir algunos de los misterios de nuestro universo”, dice Greg Robinson, director de programas de Webb en la NASA. «Quiero decir que va a reescribir los libros de física».

Pero eso supone que todo va según el plan.

Por tierra y mar

El viaje de Webb comenzará en Redondo Beach, California, en las instalaciones de Northrop Grumman, donde se completaron la construcción y las pruebas finales. Allí, la nave espacial, que actualmente está plegada, se colocará en un contenedor de envío especializado llamado Super Space Telescope Transporter for Air, Road and Sea, o Super STTARS. La cápsula de viaje personalizada protegerá a Webb de la humedad, las vibraciones y las temperaturas fluctuantes.

A finales de este mes, mientras se encuentra dentro de su capullo de alta tecnología, Webb será transportado al puerto de la ciudad y colocado en un bote. La fecha exacta de salida se ha mantenido en secreto para sofocar la piratería, dice Massimo Stiavelli, jefe de la oficina de misión de Webb en STScI.

Los detalles sobre la seguridad que acompaña al telescopio no se han hecho públicos. Aun así, Stiavelli dice que no le preocupa que los piratas roben el valioso cargamento, gracias a numerosas medidas de seguridad no reveladas pero muy reales implementadas para el viaje marítimo. En caso de un intento de atraco en alta mar, dice: «Me preocuparía [the safety of] los propios piratas «.

Después de partir de la costa, el telescopio, todavía contenido en Super STTARS, viajará hacia el sur a lo largo de la costa y a través del Canal de Panamá. Es probable que Webb ingrese al Caribe en algún momento a principios de octubre, es decir, durante la temporada de huracanes.

Se han identificado puertos seguros a lo largo de la ruta de envío de la nave espacial. Y las condiciones climáticas serán monitoreadas de cerca para garantizar que no se encuentre inesperadamente vulnerable en una tormenta, dice Stiavelli.

Después de aproximadamente dos semanas en el mar, el telescopio llegará al puerto y al sitio de lanzamiento de la Agencia Espacial Europea (ESA) de Kourou, Guayana Francesa. Allí Webb se someterá a preparativos para el lanzamiento, que incluyen repostarlo, realizar comprobaciones electrónicas finales y, por supuesto, montar la nave espacial en su corcel celestial: el cohete Ariane 5 de la ESA.

Aún plegado, el telescopio de 6.500 kilogramos estará asegurado dentro de la parte superior del cohete, dentro de una cámara llamada carenado. Una vez posicionado, Webb estará listo para volar.

Despegar

Suponiendo que no haya más retrasos en su camino hacia la plataforma de lanzamiento, temprano en la mañana del 18 de diciembre, Webb despegará con una ligera trayectoria hacia el este sobre el Océano Atlántico. Su cohete Ariane 5 se considera un caballo de batalla confiable, y el telescopio en sí ha pasado pruebas destinadas a imitar las tensiones de un lanzamiento, por lo que hay mucha confianza en que el viaje a la órbita se desarrollará sin problemas, dice Robinson.

Aún así, «uno de los mayores suspiros de alivio será un lanzamiento exitoso», dice Heidi Hammel, vicepresidenta de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía. «Como decimos en el negocio, este es ciencia espacial. Estamos poniendo este recurso increíblemente precioso encima de un cohete y preparando la mecha, por así decirlo «.

El florecimiento de Webb

Una vez que está a unos 10,400 kilómetros en En su viaje, Webb se desprenderá de la segunda etapa del Ariane 5, lo que significa el final del lanzamiento. Sin embargo, la parte más angustiosa del viaje de Webb acaba de comenzar: un crucero de 1,5 millones de kilómetros hasta L2, durante el cual el telescopio plegado comenzará a desplegarse lentamente.

“Ahí es cuando comienza a morderse las uñas”, dice Hammel. “No estamos allí. No podemos hacer ajustes, por lo que las cosas deben funcionar bien «.

Momentos después de separarse de su cohete, la matriz de energía solar de Webb se desplegará para comenzar a suministrar electricidad a la nave espacial. Aunque el despliegue de los paneles solares es un procedimiento relativamente simple, su éxito es fundamental para alimentar todas las operaciones siguientes, dice Stiavelli.

El gráfico muestra los elementos clave del telescopio espacial James Webb, como su estructura y órbita y cómo se desarrollará en el espacio.
Crédito: Bryan Christie Design

Aproximadamente 12 horas después del lanzamiento, los propulsores de la nave se dispararán por primera vez para corregir su trayectoria. Las correcciones de rumbo deben ser eficientes para preservar el combustible del telescopio y maximizar su vida útil, dice Stiavelli. La confirmación de una corrección de rumbo exitosa no llegará hasta mucho después del hecho, aunque se pueden hacer ajustes posteriores a la trayectoria de vuelo de Webb si es necesario.

A medida que el telescopio se acerca a su tercer día en el espacio, Webb comenzará a desplegar uno de sus instrumentos más intrincados y prominentes: el parasol. Si se desenrolla sin problemas, una pila de cinco enormes láminas de película de poliimida en forma de cometa impedirá que la luz solar y el calor lleguen a los sensores infrarrojos del telescopio, que deben permanecer a temperaturas criogénicas extremadamente bajas para funcionar correctamente.

El parasol es crucial para mantener el telescopio lo suficientemente frío como para que pueda sentir el brillo infrarrojo del amanecer cósmico, dice Hammel. “El despliegue tiene que ir bien”, añade.

Pero para abrir el parasol, alrededor de 150 mecanismos de liberación deben dispararse correctamente en el transcurso de tres días. El complicado despliegue involucra alrededor de 7,000 piezas, incluidas 400 poleas, ocho motores y 140 actuadores de liberación. El despliegue del parasol es clave para lograr los sueños más salvajes de los científicos para el observatorio. Pero para los ingenieros aeroespaciales, la complejidad del procedimiento y la gran cantidad de fallas de un solo punto son el tema de las pesadillas.

“Es una gran tarea: conseguir que estas cinco capas extremadamente delgadas, cada una del tamaño de una cancha de tenis, se estiren y se separen entre sí”, dice Hammel. Y la ansiedad no se desvanecerá con el despliegue nominal de un parasol. Seis días después de iniciado el vuelo, el espejo secundario del telescopio, colocado al final de tres largos brazos, bajará a su lugar. A pesar de su nombre, el espejo secundario es un componente crítico para el éxito de Webb, dice Hammel. Si otras implementaciones no funcionan perfectamente, puede haber soluciones. «Pero si el espejo secundario no se despliega con éxito, no tenemos telescopio», dice. «No tenemos nada».

En el séptimo día, el espejo primario de 6,5 metros de Webb, una colección de 18 segmentos hexagonales chapados en oro y tallados en berilio, comenzará a desplegarse. Primero, dos «alas» se balancearán hacia afuera y se bloquearán en su lugar como piezas de una mesa plegable. Luego, pequeños actuadores empujarán o tirarán de cada uno de los segmentos del espejo en una alineación precisa de micrones, produciendo el enfoque singular del espejo primario. La implementación y alineación del espejo primario involucrará 132 actuadores y motores, cada uno de los cuales debe funcionar correctamente.

Finalmente, un mes después del lanzamiento, Webb debería alcanzar L2, concluyendo uno de los vuelos espaciales más audaces jamás intentados y permitiendo que los astrónomos del mundo exhalen colectivamente.

«Hemos estado practicando para esto durante años», dice Hammel. “Esto es como un concierto de orquesta con cientos de personas tocando instrumentos diferentes. Todo el mundo tiene que haber practicado su parte y todos los instrumentos tienen que estar preparados. Y luego tocamos la música «.