El Telescopio Espacial James Webb (JWST) está ocupado desenvolviéndose, haciendo una gran entrada a su nuevo hogar a unas 930.000 millas (1,5 millones de kilómetros) de la Tierra. JWST observará objetos distantes tenues en luz infrarroja, y debido a que el calor también viaja como radiación infrarroja, JWST necesita operar bajo condiciones de temperatura muy delicadas.
“No puede tener otras fuentes de calor”, dice James Cooper, un ingeniero de la NASA. “Simplemente hundirá la ciencia que estás tratando de obtener”.
El espejo y los instrumentos del telescopio deben mantenerse por debajo de los -370 ° F (-223 ° C), lo suficientemente fríos para congelar el nitrógeno. No es una tarea fácil cuando los rayos del sol y el autobús de la nave espacial, que contiene la computadora central y las comunicaciones de JWST, pueden calentar el telescopio y su instrumentación hasta una temperatura tropical de 230 ° F (110 ° C).
Afortunadamente, JWST tiene un dispositivo de enfriamiento propio: un parasol
Conseguir que ese parasol funcione ha sido una tarea larga y tortuosa. Cooper ha ayudado a liderar el desarrollo del parasol durante más de una docena de años, y ha visto muchas de las pruebas y tribulaciones que superó la estructura para funcionar.
La planificación de JWST llevó décadas, y sus diseñadores sabían que querían un parasol desde el principio del proceso de desarrollo, incluso antes de que Cooper subiera a bordo. Para construir el parasol, los diseñadores observaron varios materiales similares al plástico antes de decidirse por uno llamado Kapton.
Kapton no es un material nuevo, es un pilar en el mundo de la criogenia, ya que sus propiedades térmicas son buenas para mantener frescas las cosas muy frías. Además, Kapton, dice Cooper, es “más resistente que la mayoría de similares [materials] y no se rompe tan fácilmente, y sobrevivirá mejor al entorno espacial “.
JWST no es el primer vuelo de Kapton al espacio. Se utilizó para aislar los motores de los módulos lunares de Apolo; los humanos lo han esparcido liter almente por la luna. Allí, los módulos lunares tenían una tendencia a volar cuando los astronautas despegaban para comenzar sus viajes de regreso. Neil Armstrong recordó
Más recientemente, New Horizons Kapton usado para mantener estable su temperatura mientras viajaba desde la Tierra para volar junto a Plutón y Caronte en los gélidos confines exteriores del sistema solar.
El parasol de JWST está fabricado con cinco capas de Kapton, cada una del grosor de un cabello humano. Las capas están separadas por espacios de vacío para evitar que el calor pase a través de todo el escudo.
Cada capa está recubierta con aluminio y las dos capas más cercanas al sol también están recubiertas con silicona dopada. Además de hacer que el parasol sea más reflectante, estos metales mejoran su conductividad eléctrica para evitar la acumulación de electricidad estática dentro de las láminas.
Además, los bordes de cada capa tenían que alinearse y cada capa tenía que tensarse y aplanarse. El espacio tenía que ser uniforme para evitar que el calor quedara atrapado en el medio del escudo.
Cuando llegó el momento de montar el parasol, el equipo de la NASA se enfrentó a otro obstáculo. “El Kapton viene en secciones de 4 pies de ancho, y necesitamos un parasol de 70 por 45 pies, aproximadamente”, dice Cooper. “Así que tuvimos que unirlo”.
Hicieron esto esencialmente derritiendo los bordes juntos y agregando tiras adicionales como “topes de rip” para ayudar a prevenir rasgaduras. Incluso si un área se rompe, los topes aislarán el problema y permitirán que el resto del parasol funcione según lo planeado, o eso esperan los diseñadores.
Armar el parasol era solo la mitad del desafío. Para que el telescopio encaje en el Ariane 5 cohete que se lanzó desde la Guayana Francesa el día de Navidad, era necesario plegar el parasol y sujetarlo con alfileres. Era un rompecabezas: el escudo tenía que estar asegurado cuando estaba doblado, operativo cuando estaba desplegado, todo mientras se evitaba dañar el delicado material.
“Terminas con 25, 30 capas de membrana, y tienes la [pin] todos los orificios se alinean, por lo que puede pasar un alfiler a través de ellos, y deben alinearse cada vez que los dobla ”, dice Cooper. “Y desarrollar las herramientas para hacer eso fue un desafío enorme, porque tampoco es posible que esos agujeros se alineen entre sí cuando está desplegado, o el sol entra directamente”.
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Necesitaban perfeccionar el sistema para soltar el parasol. El despliegue del escudo se basa en 107 dispositivos de liberación diferentes. Si incluso uno de esos dispositivos falla, todo el telescopio está comprometido. Y los ingenieros de la NASA tenían que asegurarse de que las ataduras que lo sujetaban no se rompieran ni rozaran accidentalmente el escudo. “Así que tuvimos que esforzarnos mucho en buscar en cualquier lugar al que pudiera llegar un cable”, dice Cooper. Y tuvieron que probar todo esto en el suelo, lejos de la microgravedad donde realmente se desplegará el escudo del telescopio.
Pero ahora, todo eso quedó atrás. El lanzamiento ha ido sin problemas hasta ahora; de hecho, usó mucho menos propulsor de lo esperado, lo que la NASA predice que extenderá el la vida del observatorio por años. El martes, JWST comenzó a desentrañar el parasol. Si todo va según lo planeado, continuará desplegando con cautela su armadura de enfriamiento hasta el 3 de enero.