En 2020, tras el enésimo retraso del telescopio espacial James Webb, el periodista de Ars Technica Eric Berger encuestó a sus seguidores: ¿Qué creéis que pasará primero? 1) El primer vuelo orbital de la Starship de SpaceX. 2) El primer vuelo tripulado de la Starliner de Boeing. 3) El primer lanzamiento de prueba del SLS de la NASA. O 4) El lanzamiento del telescopio espacial Webb.
Con un 4% de los votos, la opción del James Webb fue la menos votada. Aunque el telescopio estaba listo, las minuciosas pruebas de despliegue seguían retrasando el lanzamiento. Nadie confiaba ya en que el proyecto concebido en 1996 fuera a alcanzar el espacio en 2021. La mayor parte de los 4621 votos fueron a parar a SpaceX, seguida de lejos por la cápsula espacial de Boeing:
- Primer vuelo orbital de la Starship – 61%
- Primer vuelo tripulado de la Starliner – 28%
- Primer vuelo de prueba del SLS – 7%
- Lanzamiento del telescopio espacial Webb – 4%
Pero parece que la maldición se rompió. Estamos a 26 de diciembre de 2021, y… 1) el primer lanzamiento orbital de la Starship, que se esperaba para el verano de 2021, ahora está programado para enero de 2022, 2) el lanzamiento de prueba (¡no tripulado!) de la Starliner se ha retrasado a mayo de 2022 porque Boeing ha tenido que cambiar el módulo de servicio de la nave al completo por el defecto de las válvulas de escape, y 3) el lanzamiento del SLS no se espera hasta la primavera de 2022 porque la NASA ha tenido que cambiar el controlador de motor por un problema en los motores.
En cambio, después de incontables bromas y memes, el telescopio espacial James Webb ya está en el espacio, camino de su órbita objetivo, tras un lanzamiento impecable y después de superar con éxito su primera y crucial corrección de trayectoria. Pero todavía queda un mes de terror.
La maldición se ha roto
El telescopio espacial James Webb se planteó en 1996 con un presupuesto de 500 millones de dólares. La primera fecha oficial de lanzamiento fue fijada en 2007. El proyecto sufrió un importante rediseño en 2005 que afectaba principalmente a la parte del parasol, y que supuso un enorme sobrecoste.
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En 2011, un comité del Congreso de Estados Unidos propuso cancelar el Webb para reducir los presupuestos públicos, pero afortunadamente la propuesta sólo sirvió para limitar el presupuesto.
En 2016, una tormenta de nieve en Greenbelt, Maryland, puso al equipo en jaque durante unas pruebas frías que, lógicamente, necesitaban electricidad.
El lanzador elegido para el Webb también tuvo problemas. Arianespace tuvo que rediseñar la cofia del Ariane 5 con 28 puertas de ventilación que permitieran una despresurización gradual para evitar vibraciones demasiado fuertes para el delicado telescopio.
La pandemia también trajo complicaciones. Trasladar el Webb al puerto espacial de la Guayana francesa supuso ocultar en qué barco iba el telescopio para evitar a los piratas. Después hubo problemas en el procesamiento del cohete (una abrazadera que se soltó y provocó vibraciones inesperadas, y un cable defectuoso entre el telescopio y la mesa de control de los operadores).
Todo el proceso se ha tenido que hacer en salas de operaciones con todos los filtros posibles para que no haya ninguna polución sobre los instrumentos, como paredes de filtros HEPA.
El presupuesto final del Webb, asumido principalmente por la NASA y en menor medida por la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense, asciende a 9700 millones de dólares. Pero finalmente se ha lanzado, y las bromas se han terminado.
No es el sucesor del Hubble
El James Webb es el telescopio espacial más grande y potente jamás lanzado (con el parasol desplegado tiene el tamaño de una cancha de tenis). Se llama así en honor a James Edwin Webb, el segundo administrador de la NASA, que jugó un papel clave en el programa Apolo de misiones tripuladas a la Luna.
Es bastante más ligero que el Hubble (6 toneladas vs. 11), pero tiene un espejo mucho más grande, de 6,5 metros (vs 2,5) formado por 18 fragmentos hexagonales de berilio cubiertos por tres gramos de oro. El Webb es 100 veces más sensible que el Hubble, pero no es exactamente su sucesor.
El Hubble observa partes del ultravioleta, la luz visible y partes del infrarrojo cercano (lo que le permite observar galaxias de hace 12.500 millones de años). El Webb observa el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio (lo que le permite observar galaxias de hace 13.500 millones de años, las primeras galaxias del universo).
Por último, el Hubble está a 570 km, en la órbita baja terrestre, y ha sufrido varias reparaciones, mientras que el Webb estará a 1,5 millones de km, demasiado lejos para poder repararse.
Un lanzamiento impecable
Tras un retraso de un día por mal tiempo, el telescopio espacial James Webb fue lanzado con éxito el 25 de diciembre a las 12:20 UTC. Fue un bonito regalo de Navidad por parte de la Agencia Espacial Europea y la empresa francesa Arianespace, que se encargó de lanzar el telescopio con un cohete Ariane 5 ECA desde el puerto espacial de Kourou, en la Guayana Francesa.
La misión VA-256 (vuelo 256 de un cohete Ariane) fue un éxito rotundo. El Ariane 5 es un cohete muy fiable, a pesar de que empezara con mal pie en 1996, cuando estalló por un fallo de software.
De hecho, fue un lanzamiento tan perfecto que el telescopio desplegó su panel solar cinco minutos antes de lo previsto. La separación del Ariane fue tan suave que no le hizo falta esperar a estabilizarse, su velocidad angular era idónea para desplegar el panel inmediatamente.
El Webb se separó de la etapa superior del Ariane 27 minutos después del despegue, tras unas maniobras de oscilación para evitar el sobrecalentamiento (como una brocheta a la barbacoa). El telescopio va ahora camino del punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol, a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta, donde sus motores lo insertarán en una órbita halo.
Estará lejos para evitar que el brillo de la Tierra y la Luna ciegue los instrumentos. Es una órbita similar a la de otras misiones como la sonda Wilkinson de la NASA o el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea. Ambos han dejado de funcionar. El Herschel se quedó sin líquido refrigerante en 2013, algo que no le ocurrirá al Webb porque tiene refrigeración pasiva.
L2 es una órbita relativamente estable. El Webb necesitará hacer correcciones para mantenerse en L2. Lleva consigo 300 kg de combustibles hipergólicos para un máximo de 10,5 años. Ya se han propuesto formas de ir a reabastecerlo con un vehículo robot, pero es pronto para que la NASA se meta en esos berenjenales.
Un mes de terror
Pasado el lanzamiento, al telescopio espacial James Webb todavía le quedan muchas pruebas de fuego. La buena noticia es que ya ha superado una de las más cruciales: una corrección de trayectoria necesaria para alcanzar su órbita.
Se trata de la maniobra MCC1a. 12 horas y media después del lanzamiento, el Webb encendió sus motores durante 65 minutos para aumentar su velocidad en 22 metros por segundo, justo lo que le faltaba para poner rumbo a L2.
El Ariane 5 lo soltó con menos velocidad de la necesaria a propósito. El Webb no habría tenido forma de frenar si el cohete se hubiera pasado con el impulso. No tiene retropropulsores. Los motores de maniobra están en su parte inferior, la que apunta hacia el Sol, para no contaminar las mediciones y porque si se diera la vuelta se freiría. Siempre está de espaldas a los objetos más brillantes que tiene a mano: la Luna, la Tierra y el Sol.
La comunicación durante esta maniobra se realizó con las antenas de la Red del Espacio Profundo (DSN) de la NASA que se encuentran en Madrid. Todo salió bien, pero aún quedan dos correcciones de trayectoria (MCC1b y MCC2), que se ejecutarán cuando los controladores de la misión consideren que sean necesarias, y de una forma que optimice el uso del combustible.
Otro despliegue realizado con éxito este domingo ha sido el de la antena de alta ganancia, que se utilizará para enviar al menos 28,6 GB de datos científicos a la Tierra desde el observatorio. Las descargas se realizarán dos veces al día en sesiones de cuatro horas cada una.
Queda pendiente la parte más delicada del proceso: el despliegue y tensado del parasol, que tiene cerca de 300 puntos de fallo. Empezará tres días después del lanzamiento, abriendo la estructura de protección. Cuando la estructura llegue a su posición final, el mecanismo que sujeta las capas de kaptón se soltará, y las varas centrales del parasol comenzarán a extenderse, haciendo que las capas adquieran forma hexagonal. Entonces llegará el momento de tensar las capas, cada una más delgada que un cabello humano.
Aproximadamente a los 11 días del lanzamiento, cuando el parasol ya esté tensado, los espejos se colocarán en su posición final junto con el radiador trasero, que ayudará a liberar calor. El parasol y el radiador son esenciales para que el telescopio pueda funcionar, ya que los instrumentos necesitan temperaturas que no superen los 50 Kelvin para poder ver en el infrarrojo.
Alrededor del día 13, cuando se completen los despliegues, el Webb estará a 85 ºC del lado del radiador y a -233 ºC del lado del espejo. Entonces dará comienzo un proceso de calibración de seis meses en el que los controladores encenderán la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) e iniciarán el meticuloso proceso de alineación de los 18 segmentos de espejos hexagonales. Tienen que estar perfectamente posicionados para funcionar en conjunto como un solo espejo.
La ciencia del Webb
El telescopio espacial Webb tiene varios instrumentos:
- Cámara para el infrarrojo cercano (NIRCam) de la NASA: Observará objetos más lejanos nunca observados y la luz de las primeras estrellas y galaxias. También sirve para la alineación de los espejos.
- Cámara para el infrarrojo cercano y espectrógrafo sin rendija (NIRISS) de la Agencia Espacial Canadiense: Observará moléculas en atmósferas de exoplanetas y la temperatura, masa y composición física de objetos celestes. También sirve como sensor guía de alta precisión.
- Espectrógrafo para el infrarrojo cercano (NIRSpec) de la Agencia Espacial Europea: un prisma para el mapeo espectroscópico capaz de capturar los espectros de 200 objetos simultáneamente.
- Instrumento para el infrarrojo medio (MIRI) de la NASA y la Agencia Espacial Europea: Observar´a objetos fríos y distantes. Necesita trabajar a una temperatura menor que la de los demás instrumentos, de -266 ºC, así que lleva un sistema de refrigeración criogénico basado en helio.
Si todo sale bien, el Webb nos permitirá mirar atrás en el tiempo como nunca antes. El infrarrojo nos permite ver las estrellas en formación a través de las nubes de polvo interestelar que ocultan las nubes en el visible. Además, la luz de las galaxias más lejanas que nos llega del universo en expansión se alarga hacia el infrarrojo.
Podremos observar galaxias recién formadas, las primeras estrellas; y con suerte comprender mejor cómo evolucionan las galaxias y los agujeros negros, así como el ciclo vital de las estrellas, desde su nacimiento hasta su muerte; sin perder de vista a los exoplanetas y sus atmósferas, y también nuestro propio sistema solar (¿hay un Planeta 9?).
Las propuestas de observación las elige el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, dando prioridad a los científicos que ayudaron a diseñar y construir el James Webb y sus instrumentos. Un 30% de estas observaciones serán exoplanetas: veremos de qué están hecho y qué tienen en sus atmósferas entre 60 y 70 mundos lejanos, como los del sistema TRAPPIST-1.
¡Es muy emocionante!
Puedes ver dónde está el telescopio espacial James Webb y en qué fase del despliegue se encuentra en esta web de la NASA.
