Así es la ingeniería española a bordo del telescopio James Webb

Con ocho metros y medio de altura, siete toneladas, 18 espejos para capturar el universo y décadas de trabajo a sus espaldas, el James Webb se alza como un verdadero hito espacial. El telescopio más innovador que se ha construido nunca, diseñado para observar las profundidades del cosmos como nunca antes se había hecho, navega desde el pasado 25 de diciembre de 2021 a la 13:20 p.m., hora española, por el espacio con la tecnología española más vanguardista a bordo.

Siquiera imaginar lo que este telescopio va a descubrir se antoja imposible: los expertos afirman que este telescopio revolucionará por completo nuestro conocimiento sobre el universo. Desde su entrada en órbita y exitoso despliegue final, el pasado mes de marzo, ya han salido a la luz varias imágenes nunca vistas por la humanidad. En ellas, se aprecia de forma espectacular el Sistema Solar y diversos exoplanetas, es decir, planetas equivalentes a la Tierra pero fuera de nuestro Sistema Solar.

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“Este telescopio es el más grande que jamás se ha puesto en órbita”, explica a National Geographic Margarita Pereira Rodríguez, jefa del proyecto en Airbus Crisa España. “Nos permite ver con mucha precisión y por tanto conocer mucho más”.

Entre los objetivos principales del el James Webb están: descubrir los orígenes del universo; conocer los millones de misterios que oculta o cómo se formaron las galaxias. Si hay miles de millones de estrellas, quiere decir que hay miles de millones de planetas. Debe haber alguno más con vida al margen de la Tierra, y esa es una de las preguntas que aspiran a responder los creadores del James Webb.

“Cuando dicen: ‘Vamos a diseñar un telescopio con el que poder ver el Big Bang’, piensas ‘¿Qué?’”, afirma Matt Mountain, científico del James Webb, en el documental El súper telescopio James Webb que se estrenó el 16 de octubre en National Geographic. “Hemos tardado bastante más de lo que esperábamos en terminar todo, pero este es el telescopio más complejo que ha creado jamás la humanidad”.

Breve historia del James Webb

En 1995, su predecesor, el telescopio espacial Hubble, se adentró en lo que parecía un punto vacío. Tras 10 días observando la oscuridad, de pronto el telescopio mostró miles de galaxias en una fotografía llamada el campo profundo de Hubble. “Había miles de galaxias en una zona del cielo de la que, hasta ese momento, se desconocía incluso su existencia”, afirma Charles Bolden. “Eso nos recordó que no sabíamos nada”.

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“Tienen unas características muy diferentes, el objetivo del Hubble era sobre todo hacer fotos en el visible, y el James Webb está orientado a los rangos ultravioleta e infrarrojo cercano. Esto permite ver, a través del polvo estelar, cosas que están más allá que no se perciben con telescopios normales. Con este telescopio se verán objetos muy lejanos y, por lo tanto, muy antiguos”.

Tras viajar con el Hubble hasta los 500 millones de años luz desde el Big Bang, el James Webb está diseñado para viajar hasta los 200 millones de años luz desde la explosión, y lleva a bordo una tecnología que permitirá ver mucho más allá. Viaja 3000 veces más lejos para revolucionar la manera de ver el universo. Y para ello han participado científicos de todo el mundo, incluidos españoles.

El telescopio origami

Además, “el espejo del Hubble solo tenía 2,4 metros frente a los 6 metros del James Webb. Cuanta más luz recoge, puede percibir información de fuentes de luz más débiles. Un espejo que, al ser tan grande, ni siquiera cabía en ningún cohete, por eso está plegado en fragmentos”, explica Pereira. Este diseño para poder llegar hasta su destino le otorgó el nombre del telescopio origami. Plegado en el morro del cohete que lo transporta, este se abrió en el espacio a 1 600 000 kilómetros de la Tierra.

Su lanzamiento estaba previsto para 2007. Tras muchos años de contratiempos, la primera prueba del telescopio fue en 2017. Para hacerlo posible, hubo que moverlo oor medio Estados Unidos, desde Maryland hasta Houston. Allí, en una cámara construida en los años 60 para realizar las pruebas del programa Apolo, fue la primera vez que todos los espejos del telescopio alcanzaron juntos la temperatura a la que operaría el James Webb. Tan solo para alcanzar la temperatura hicieron falta 30 días. Justo al alcanzar las condiciones para la prueba, el huracán Harvey asoló Houston. Si se hubiera perdido la electricidad en la cámara, los daños para la misión del cambio brusco de temperatura podrían haber sido devastadores.

El aspecto criogénico de la misión

Uno de los mayores retos que presentó este telescopio es esa temperatura tan baja necesaria, precisamente uno de los campos en los que la tecnología española ha entrado en acción. El motivo de tener que trabajar en esas temperaturas casi inimaginables es que, para que los infrarrojos capten la luz en el universo, no pueden verse alterados por el calor que emiten los cuerpos a su alrededor, incluidos los sistemas del propio telescopio. Por eso el diseño del James Webb parece un barco, una forma que permite que mientras el lateral orientado al sol llegue a los 110ºC, el telescopio se mantenga a unos gélidos -236ºC.

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“El motivo de la temperatura es el ruido que provocan las partículas en movimiento debido al calor. Por eso siempre se enfrían los telescopios”, explica Pereira.

A pesar de que la prueba de la cámara funcionó como se esperaba, un año más tarde el telescopio sufrió un nuevo percance en la prueba de vibración que simulaba el despegue. Un presupuesto 19 veces mayor del original y un retraso de 14 años no pusieron el terreno fácil para poder seguir adelante.

Pero finalmente, en septiembre de 2021, el James Webb viajó otros 9000 kilómetros por mar para atravesar la costa de sudamérica y llegar hasta la base de lanzamiento de la Agencia Espacial Europea de la Guayana francesa, donde se colocó en el cohete Ariane 5.

Aun así, todo eso era la parte menos complicada de la misión. Según los expertos, en cada misión espacial suele haber entre 5 y 10 cosas críticas que, si fallan, significan un gran problema. En el James Webb, sin embargo, había 344 puntos de fallo. Sumado, otro de los grandes retos es que, si algo falla, estará demasiado lejos como para que ningún astronauta pueda viajar para repararlo.

Pero finalmente, todo fue según el plan y en febrero, el telescopio ya se encontraba a 1 600 000 kilómetros de la Tierra. Solo faltaba alinear los 18 espejos a bordo del James Webb, algo que se logró a mediados del pasado mes de marzo. Los expertos no sabían qué verían, pero sí que no se habría visto jamás.

La contribución española a bordo del James Webb

“Dentro de cualquier satélite hay dos partes: una es el vehículo y otra es la carga útil o los instrumentos. Nosotros hemos trabajado en uno de los instrumentos, que se llama NIRSpec”, explica Pereira.

“La mayoría de los satélites se enfrían con helio líquido, algo que limita la vida del satélite ya que, cuando se acaba el helio, ya no pueden hacer más observaciones”, dice Pereira, que explica que este satélite, sin embargo, está diseñado y colocado en este lugar para evitar el calor.

En este contexto, la aportación del equipo español llevó hasta el James Webb dos contribuciones clave para el éxito de la misión. Por un lado, la unidad electrónica y software de control del instrumento NIRSpec, que estuvo bajo el paraguas de la ESA, que se llama así porque “es un espectrógrafo que mide las emisiones de luz en las distintas frecuencias, por lo que es capaz de identificar dónde hay absorción y qué elementos químicos tiene la estrella o el astro que se esté observando”, explica Pereira.

La caja electrónica – ICE, por sus siglas en inglés - controla los diferentes elementos del instrumento. “Por ejemplo, hay un mecanismo de reenfoque que movemos nosotros, que permite filtrar la luz para poder hacer la adquisición que se requiere, además de una serie de datos de telemetría para el buen funcionamiento del instrumento”, explica Pereira.

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Por otro lado, el equipo es el creador del software que comanda la unidad. Otro de los hitos del equipo es que la ICE recibe los comandos del ordenador central del James Webb, es decir, se trata de un software que está instalado en el ordenador central y que intercambia información de telemetría.

“No es un software que va en el instrumento al margen del sistema global, sino que es un software que va instalado en el ordenador central del telescopio, lo que hace que sea un desarrollo más complejo a la hora de las comprobaciones, ya que cualquier problema con este software podría dar problemas a todo el telescopio. Trabajamos codo con codo con la NASA por la relevancia no solo del software en sí, sino del hecho de que estuviera alojado donde está el resto del control del telescopio. Es algo muy importante que muestra lo que somos capaces de hacer”, explican desde Airbus Crisa.

Este hecho, la instalación del software en la unidad central, “es algo muy poco habitual”, explica Pereira. “Mientras que el desarrollo de la unidad electrónica fue un desarrollo más estándar, el desarrollo del software se hizo en un sistema simulado que nos trajeron de la NASA. En esa parte del proyecto, nuestra colaboración con el equipo de la NASA fue más estrecha”.

Por su parte, Airbus Barajas aportó el cableado criogénico necesario para que los sistemas funcionasen a la gélida temperatura necesaria. Para todo ello, el equipo español comenzaba su andadura por el James Webb a principios del año 2006 y a finales del 2009 ya había entregado las unidades a la NASA.

“Durante todos estos años, hemos dado soporte en ocasiones puntuales. Desde que está en órbita, sabemos que las prestaciones desde el punto de vista científico son muy superiores a lo requerido, por lo que están muy satisfechos”.

Hasta ahora, la luna es el lugar más lejano al que ha llegado el ser humano. El James Webb ha cuadriplicado esa distancia. “Desde el punto de vista de las observaciones científicas y lo que vamos a poder aprender sobre el Sistema Solar, las galaxias y el universo, se trata verdaderamente de un hito comparado con lo que era posible antes de lanzarlo”, explica Margarita.

“Desde el punto de vista de la ingeniería en España es una demostración de nuestras capacidades, ya que la ESA y la NASA han confiado en nosotros para desarrollar un software que va instalado en el computador central del James Webb”, concluye. “Haber participado en esta misión con una unidad de control clave para el funcionamiento, tanto en la parte electrónica como de software, es también un hito para nosotros”.