La increíble ingeniería del telescopio ‘James Webb’ | Ciencia

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Cuanto más grande, más complejo, más caro. El telescopio espacial James Webb (JWST) se queda sin superlativos. Su impresionante espejo plegable y su enorme parasol extensible son las dos estrellas que más comentarios han atraído. Pero en el interior de esa nave hay docenas de dispositivos muy ingeniosos, desarrollados solo para cumplir con los estrictos requisitos de esta misión.

Al ser un telescopio infrarrojo, el Webb debe trabajar a muy bajas temperaturas. La sombrilla se encarga de ello, protegiéndolo de la luz directa. En un par de meses, el frío en el espacio lo habrá enfriado a unos 220 grados centígrados, lo suficiente para hacer funcionar tres de sus cuatro instrumentos.

El cuarto, el espectrógrafo de infrarrojo medio, es más desafiante. Debe operar a solo 7 Kelvin, no más de 266ºC bajo cero. Para ello, necesita algunos medios adicionales de enfriamiento.

La primera idea fue utilizar un termo (técnicamente, un vaso Dewar) con helio líquido como refrigerante. Era una solución simple y confiable: ya se había utilizado a bordo de satélites más pequeños. Pero el helio se consume, lo que limita la vida útil del observatorio. En 2007 se tomó una decisión drástica que obligaría al rediseño de numerosas porciones del satélite (para esto, entre otras cosas, costó la fortuna que costaba): sustituir el sistema de refrigeración por un crioenfriador acústico.

¿Acústica en el vacío del espacio? Una onda de sonido es básicamente una serie de áreas donde el aire se comprime y expande posteriormente. Cuando se comprime, se calienta. Recogiendo este calor y eliminándolo en radiadores especiales, y con la ayuda de otros sistemas más convencionales, se pueden alcanzar temperaturas extremadamente bajas.

La onda de sonido se genera dentro del tubo lleno de helio. Esto requiere medios mecánicos. Específicamente, dos pistones que comprimen y expanden el gas creando una onda estacionaria en su interior. Pon tu mano en la puerta del frigorífico de casa. ¿Notas la vibración? A Webb, que debe apuntar hacia las estrellas con absoluta precisión (y mantener su posición estable durante horas) tal traqueteo sería intolerable. Los dos pistones, que se mueven en direcciones opuestas para cancelar el temblor, han sido equilibrados con el cuidado de los mejores cronómetros suizos. Son una de las pocas piezas móviles a bordo.

El sistema de orientación del telescopio utiliza seis giroscopios para detectar pequeños movimientos angulares. Tres serían suficientes; pero son tan críticos que muchos otros se incluyen como reserva para ofrecer cierto nivel de redundancia en caso de falla. Un giroscopio tradicional (esencialmente una peonza de precisión) también tiene al menos una parte móvil, el rotor gira a alta velocidad. En caso de Webb, eso también ha sido eliminado. En su lugar, utiliza nuevos diseños de «resonador hemisférico».

Imagina una copa de vino que vibra, como cuando se hace «cantar» pasando un dedo mojado por el borde. Bajo ciertas condiciones, el vuelco en el aire induce una deformación mínima en el vidrio vibrante. Son microscópicos, solo detectables por iluminadores láser muy precisos. Cuanto mayor sea la rotación, más pronunciado será el efecto. De esta forma es posible simular el comportamiento de un giroscopio mecánico, con la ventaja de que, al no tener partes móviles, no sufren desgaste. Se supone que funcionan durante años, mucho más, por supuesto, que los de Hubble, son mecánicos, que ya muestran signos de envejecimiento.

En términos de miniaturización, el JWST ha promovido desarrollos espectaculares en muchos campos, algunos con aplicaciones prácticas inmediatas. Se han desarrollado circuitos integrados que pueden operar a temperaturas criogénicas, técnicas de control durante el pulido del espejo para asegurarse de que se adapten a la forma deseada, sistemas de verificación con tolerancias nanométricas … Estos últimos ya han saltado a la oftalmología, para mapear con precisión la forma de la córnea o el cristalino antes de la cirugía refractiva.

Calibrar el espejo del telescopio requerirá tanta o más precisión que una operación de globo ocular. Una vez desplegado, sus 18 segmentos estarán desalineados. En otras palabras, cuando apunten a una estrella específica no formarán una, sino tantas imágenes. Deberá ajustar los hexágonos uno por uno hasta que coincidan en uno. Para ello, cada segmento está retenido por tres puntos de ajuste que permiten correcciones del tamaño de una diezmilésima parte del grosor de un cabello. Esto llevará semanas; Cuando termine, los 16 segmentos formarán una superficie continua como si estuvieran esculpidos a partir de un solo bloque de vidrio.

El Webb fue tratado entre algodones. Tiene demasiados mecanismos cuyo funcionamiento depende de unas pocas micras. Fue construido en entornos hiperlimpios. Baste recordar que todos los técnicos que se le acercaron lo hicieron con batas y mascarillas quirúrgicas. Así permaneció durante el transporte terrestre y marítimo y también durante su instalación en el booster, también realizado en el interior de una carpa de aislamiento.

Ya en el barco que lo llevó a Kouru luego de cruzar el Canal de Panamá, su contenedor estaba equipado con un sistema de estabilización para que el oleaje no lo molestara. Y en una ocasión cuando se rompió una de las correas de sujeción, los técnicos volvieron a inspeccionarla de arriba a abajo para comprobar que el pequeño golpe no tuvo consecuencias. Todas estas precauciones contrastan con el traqueteo que sufrió durante los veinte minutos de lanzamiento, sujeto a todo tipo de vibraciones y aceleraciones del recorrido.

Ahora comienza un mes de momentos críticos, ya que los componentes del Webb Se desplegarán: El panel fotoeléctrico (cuya apertura podría seguirse en directo por televisión), la antena, la puerta de compensación de presión de radiación solar, la extensión y tensado de la pantalla térmica, la Araña sosteniendo el espejo secundario, las alas laterales del espejo … Un mes de tensión hasta llegar a su órbita final en Lagrange 2. No en vano en esta coreografía se han anotado cuatrocientos puntos críticos; un fallo en uno de ellos podría arruinar toda la operación.

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