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El telescopio espacial más complejo concebido por el ser humano

Pocos objetos hay en el mundo que cuesten u$s 10.000 mil millones. Uno de ellos es el Telescopio Espacial James Webb (JWST).

El James Webb (JWST) es el instrumento astronómico más caro y complejo jamás diseñado por el ser humano. Después de quince años e innumerables retrasos y sobrecostos, el JWST despegará el próximo viernes 24 desde la Guayana Francesa en un cohete Ariane 5. El observatorio espacial llegó al puerto de Pariacabo de la Guayana a bordo del buque MN Colibrí, que transportó el preciado objeto desde las instalaciones de Northrop-Grumman en California a través del Canal de Panamá. Normalmente, los satélites se transportan en aviones de carga como el C-17, pero el Webb es tan grande que se tuvo que llevar en barco. 

El traslado no ha estado exento de polémica, después de que se decidiese ocultar la fecha del viaje para evitar un posible secuestro por parte de… piratas. Sí, ¡piratas! Es que cuando se lleva algo cuyo valor es u$s 10.000 millones, cualquier exceso de paranoia es comprensible.

Historia de tropiezos

El James Webb nació a finales de los años ´80 como una idea de observatorio espacial para estudiar las radiaciones del infrarrojo medio y complementar la labor del Hubble, que observa el ultravioleta, el visible y el infrarrojo cercano. El infrarrojo medio es una región del espectro que permite ver a través de las nubes de polvo y gas interestelares y comprender mejor los procesos de formación estelar y de planetas. Además, permite estudiar objetos muy lejanos con alto corrimiento al rojo que existían al comienzo del Universo, como las primeras estrellas y galaxias. 

La aparición de una nueva generación de telescopios terrestres de gran tamaño hacía difícil justificar el enorme coste de un telescopio espacial que operase en el visible, como el Hubble, pero el ultravioleta y el infrarrojo medio son, y serán, regiones del espectro electromagnético vetadas a estos observatorios por culpa de nuestra atmósfera. 

El telescopio contaría con un avanzado sistema de refrigeración pasiva que permitiría observar en el infrarrojo sin enfriar los instrumentos con helio o hidrógeno, prolongando su vida útil de forma considerable. A diferencia del Hubble, situado en la órbita baja, el nuevo telescopio estaría situado en el punto de Lagrange L2, lugar donde se equilibran las fuerzas gravitatorias del sistema Tierra-Sol. Así se podrían controlar mejor las temperaturas del telescopio, aunque, a cambio, las posibles misiones de reparación como las que se lanzaron al Hubble serían casi imposibles.

En 1996 el proyecto sufrió un cambio de diseño. El administrador de la NASA Dan Goldin consideró que un espejo de 4 m era demasiado pequeño y presionó para volver a aumentar el tamaño hasta los 8 m. Como el espejo no cabría en la cofia de ningún lanzador, se optó por construir un espejo segmentado y plegable. El diseño tenía una masa de 3,3 toneladas, frente a las 11 toneladas del Hubble, y su lanzamiento debía realizarse entre 2007 y 2011. 

El presupuesto despega, el telescopio no

Pronto el coste del proyecto se disparó de los cerca de u$s 1.000 millones originales a casi u$s 3.500 millones. La razón era que jamás nadie había intentado construir un telescopio espacial tan ambicioso y complejo. Fue diseñado como un origami metálico para que cupiese en la cofia del lanzador Ariane 5, con multitud de elementos desplegables que no podían fallar, o la misión terminaría en fracaso. Por si fuera poco, debido a su gran tamaño era imposible probar el despliegue de muchos sistemas en una cámara de vacío. Asegurarse de que todas estas partes se desplegarán correctamente a 1,5 millones de km de la Tierra en el momento preciso tiene un precio o, mejor dicho, un precio que nadie supo calcular.

Para 2002 el observatorio se bautizó oficialmente como James Webb, en honor del segundo administrador de la NASA y uno de los mayores impulsores del programa Apolo. En 2005, el tamaño del espejo se redujo otra vez a los 6,5 m de diámetro. El coste del JWST continuó subiendo y subiendo hasta alcanzar los u$s 6.500 millones. En 2011 estuvo a punto de ser cancelado por el Congreso de los EEUU, aunque finalmente se logró un compromiso gracias a una intensa campaña de la comunidad científica. 

Como resultado, se estableció una cifra límite de u$s 8 mil millones, una línea roja que el proyecto no debía superar. Al mismo tiempo, la fecha de lanzamiento se retrasó de 2016 a 2018. Para entonces, el JWST ya se había "comido" todo el presupuesto de la división astronómica de la NASA, lo que obligó a cancelar o posponer muchas otras misiones. Durante unos años las cosas parecían ir bien, pero en septiembre de 2017 el lanzamiento se pospuso para junio de 2019. En 2018 y, para sorpresa de nadie, el lanzamiento se volvió a posponer. 

Este retraso trajo consigo la superación de la sacrosanta barrera de los u$s 8 mil millones impuesta por el Congreso. Ahora el telescopio debía despegar en mayo de 2020, aunque casi inmediatamente se retrasó de nuevo hasta 2021. Lógicamente, nadie se sorprendió cuando el proyecto se retrasó por enésima ocasión a octubre de 2021. Esta vez, la excusa fue la pandemia, que tuvo impacto considerable en la factoría Northrop-Grumman. Y, no, no sería el último retraso, pues finalmente se pospuso la fecha de lanzamiento para este mes.

Fallos y más fallos

En 2018 se hicieron públicas varias "historias de terror" del contratista del proyecto, Northrop-Grumman. Por un lado, en las pruebas de despliegue de las membranas de kaptón del escudo térmico aparecieron grietas por un "error humano". Luego se comprobó que uno de los seis sistemas encargados de desplegar el escudo se bloqueaba, por lo que hubo que cambiar la configuración de los cables para el despliegue (el nuevo diseño sería aprobado en 2019). 

También se debieron sustituir 8 válvulas defectuosas de las 16 en los propulsores del vehículo y un técnico inutilizó los sensores encargados de medir el nivel de combustible de la nave al aplicarles un voltaje demasiado elevado, entre otros problemas. Northrop-Grumman se quejó de que estos contratiempos habían salido a la luz para usarlos como chivos expiatorios de los retrasos pero, en cualquier caso, la integración del observatorio siguió su curso.

En 2011 ya se habían fabricado los 18 segmentos del espejo primario del JWST y en 2013 comenzó la fabricación de las láminas del escudo térmico. La óptica se integró en 2016 y en 2017 se finalizó la integración de instrumentos con el telescopio propiamente dicho. Durante 2020 y principios de 2021 el telescopio fue sometido a todo tipo de pruebas antes de ser plegado y empaquetado para el traslado a la Guayana Francesa. 

Objetivos para una máquina única 

Es una máquina excepcional que revolucionará todos los campos de la astrofísica, como en su día hizo el Hubble. Sus objetivos principales son la detección directa de la luz de las primeras estrellas y galaxias, los procesos de formación estelar y de planetas, la evolución y la dinámica de las galaxias y el estudio de exoplanetas, incluyendo, en algunos casos, el análisis de la composición de atmósferas y búsqueda de biomarcadores. También observará cuerpos de nuestro sistema solar y contrapartidas ópticas de sucesos de altas energías, entre otros muchos fenómenos celestes. 

El JWST logrará todo esto gracias a cuatro instrumentos principales: NIRCam NIRSpec, MIRI y FGS/NIRISS, que cubrirán el rango del espectro electromagnético de 0,6 a 28,5 micras. NIRCam es una cámara que trabajará en el infrarrojo cercano, mientras que NIRSpec es un espectrómetro para la misma región del espectro. MIRI funcionará como cámara y espectrómetro en el infrarrojo medio, mientras que FGS/NIRISS se encargará del guiado fino que requiere el telescopio y también servirá como espectrómetro de infrarrojo cercano.

Al operar en el infrarrojo, el JWST es una herramienta única que ningún observatorio terrestre podrá igualar, sin importar su tamaño. Aunque, lógicamente, trabajará codo con codo con otros observatorios, incluido el Hubble. El James Webb es un observatorio de 6,2 toneladas —casi el doble de lo inicialmente previsto— con dimensiones de 21 x 14 m una vez desplegado el escudo térmico. El espejo principal de 6,5 m está formado por 18 segmentos hexagonales de berilio, cubiertos por una fina capa de oro de solo 700 átomos de espesor (sí, 700 átomos). 

El escudo solar para control térmico tiene cinco capas de kaptón que permiten mantener una temperatura de -234ºC en la parte interior, a pesar de que la exterior estará a 125ºC. NIRCam, NIRSpec y FGS/NIRISS funcionarán a esta temperatura de -234ºC, mientras que MIRI, que observa longitudes de onda más largas, requerirá refrigeración mediante helio para alcanzar -266ºC, o sea, solo 7 grados kelvin por encima del cero absoluto. 

La Agencia Espacial Europea (ESA) contribuye con el 15% del presupuesto del telescopio y, por tanto, recibirá el mismo porcentaje de tiempo de observación. La ESA contribuyó con el instrumento NIRSpec y la mitad del instrumento MIRI, además de proporcionar el lanzador Ariane 5. Por su parte, Canadá contribuye con el instrumento FGS/NIRISS y recibirá el 5% del tiempo de observación. El centro Goddard de la NASA está a cargo de la gestión del proyecto.

La angustia durará un mes más

Los nervios acumulados después de tantos años no desaparecerán una vez que el James Webb alcance la órbita el próximo 24 de diciembre. En ese momento comenzarán los "treinta días de terror" hasta llegar al punto L2, durante los cuales una serie de sucesos críticos deberán tener lugar, cada uno en el momento justo, para asegurar el éxito de la misión (ver infografía). 

Primero se desplegará el único panel solar y, 12 horas después del lanzamiento, tendrá lugar la primera maniobra de corrección de trayectoria. Un día más tarde se desplegará la antena de alta ganancia. Dos días después se llevará a cabo la segunda maniobra, y a los tres días comenzará el despliegue del escudo térmico delantero, horas después el trasero. A los cuatro días la torre con la óptica y los instrumentos se separará del bus y el escudo térmico, mientras que al día siguiente comenzará el crítico despliegue de las membranas del escudo. 

En el sexto día de misión se tensionarán y separarán estas membranas. En el día 11 se desplegará el espejo secundario y, al día siguiente, las dos "alas" de tres segmentos del espejo principal. Luego comenzará un arduo proceso de puesta en servicio del observatorio y, ya en 2022, veremos las primeras imágenes de esta máquina alucinante.

Si este proyecto no te emociona es que no tienes sangre en las venas. Porque, dejando a un lado sus retrasos y complicaciones, el James Webb representa lo mejor de la tecnología humana y es un ejemplo de las maravillas que este grupo de simios puede hacer cuando nos ponemos a trabajar. Durante los próximos años y décadas hablaremos sin parar de las imágenes que nos proporcionará esta extraordinaria máquina y nos sorprenderán los espectaculares descubrimientos que hará. Hemos llegado hasta aquí después de tres décadas de arduo trabajo por parte de miles de hombres y mujeres. El próximo 24 de diciembre la humanidad pondrá en órbita la mejor herramienta que ha concebido para desentrañar los misterios del Universo. La era del James Webb está a punto de comenzar.