La incre¨ªble ingenier¨ªa del telescopio ¡®James Webb¡¯

El m¨¢s grande, el m¨¢s complejo, el m¨¢s caro. El telescopio espacial James Webb (JWST, por sus siglas en ingl¨¦s), que fue lanzado al espacio el pasado d¨ªa 25 desde la Guayana Francesa, agota los superlativos. Su fant¨¢stico espejo plegable y el enorme parasol extensible son las dos estrellas que han atra¨ªdo m¨¢s comentarios. Pero en las tripas de esa nave se esconden docenas de dispositivos muy ingeniosos, desarrollados solo para atender a los estrict¨ªsimos requisitos de esta misi¨®n.

Siendo un telescopio infrarrojo, el Webb debe funcionar a temperaturas muy bajas. De eso se encargar¨¢ el parasol que lo protege de la luz directa. En cosa de un par de meses, el fr¨ªo del espacio lo habr¨¢ llevado hasta unos 220 grados bajo cero, suficiente para operar tres de sus cuatro instrumentos.

El cuarto ¡ªel espectr¨®grafo de infrarrojo medio¡ª es m¨¢s exigente. Debe operar a solo 7 Kelvin, no m¨¢s de 266 grados bajo cero. Para eso necesita alg¨²n medio adicional de refrigeraci¨®n.

La primera idea fue utilizar un termo (t¨¦cnicamente, un vaso Dewar) con helio l¨ªquido como refrigerante. Era una soluci¨®n simple y fiable: se ha usado otras veces a bordo de sat¨¦lites m¨¢s peque?os. Pero el helio se consume, limitando as¨ª la vida del observatorio. En el 2007 se tom¨® una dr¨¢stica decisi¨®n que obligar¨ªa al redise?o de numerosas porciones del sat¨¦lite (por eso, entre otras cosas, ha costado la fortuna que ha costado): cambiar el sistema de refrigeraci¨®n por un crioenfriador ac¨²stico.

?Ac¨²stico en el vac¨ªo del espacio? Una onda de sonido es b¨¢sicamente una serie de zonas donde el aire se comprime y expande sucesivamente. Al comprimirse, se calienta. Recogiendo ese calor y elimin¨¢ndolo en unos radiadores adecuados ¡ªy la ayuda de otros sistemas m¨¢s convencionales¡ª pueden alcanzarse temperaturas baj¨ªsimas.

La onda sonora se genera en el interior del tubo lleno de helio. Para ello hacen falta medios mec¨¢nicos. En concreto, dos pistones que comprimen y expanden el gas creando una onda estacionaria en su interior. Ponga la mano sobre la puerta de la nevera de su casa. ?Nota la vibraci¨®n? En el Webb, que ha de apuntarse hacia las estrellas con absoluta precisi¨®n (y mantener su posici¨®n estable durante horas) semejante traqueteo ser¨ªa intolerable. Los dos pistones, que se mueven en sentido opuesto para cancelar temblores, han sido equilibrados con el mimo del mejor cron¨®metro suizo. Son de las poqu¨ªsimas piezas m¨®viles a bordo.

El sistema de orientaci¨®n del telescopio utiliza seis gir¨®scopos para detectar peque?os movimientos angulares. Tres ser¨ªan suficientes; pero son elementos tan cr¨ªticos que se incluyen otros tantos como reserva para ofrecer cierto nivel de redundancia en caso de que falle alguno. Un gir¨®scopo tradicional (en esencia, un trompo de precisi¨®n) tambi¨¦n tiene al menos una pieza m¨®vil, el rotor que gira a gran velocidad. En el caso del Webb, hasta esa se ha eliminado. En su lugar usa unos nov¨ªsimos modelos de ¡°resonador hemisf¨¦rico¡±.

Imagine una copa de vino en vibraci¨®n, como cuando se la hace cantar pasando el dedo h¨²medo por el borde. Bajo ciertas condiciones, al voltearla en el aire se inducen unas m¨ªnimas deformaciones en el cristal que vibra. Son microsc¨®picas, solo detectables mediante iluminadores l¨¢ser muy precisos. Cuanto mayor es la rotaci¨®n, m¨¢s acusado es el efecto. As¨ª puede simularse el comportamiento de un gir¨®scopo mec¨¢nico, con la ventaja de que al carecer de piezas m¨®viles estos no sufren desgaste. Deber¨ªan funcionar durante a?os, mucho m¨¢s, desde luego, que los del telescopio Hubble ¡ªesos s¨ª que son mec¨¢nicos¡ª que ya dan s¨ªntomas de envejecimiento.

En cuanto a miniaturizaci¨®n, el JWST ha promovido desarrollos espectaculares en numerosos campos, algunos con aplicaciones pr¨¢cticas ya inmediatas. Se han desarrollado circuitos integrados capaces de funcionar a temperaturas criog¨¦nicas, t¨¦cnicas de control durante el pulido de los espejos para asegurar que se adaptaban a la forma deseada, sistemas de verificaci¨®n con tolerancias de nan¨®metros... Estos ¨²ltimos han saltado ya a la oftalmolog¨ªa, para mapear con gran precisi¨®n la forma de la c¨®rnea o el cristalino antes de realizar una intervenci¨®n de cirug¨ªa refractiva.

Calibrar el espejo del telescopio requerir¨¢ tanta o m¨¢s precisi¨®n que una operaci¨®n en globo ocular. Una vez desplegados, sus 18 segmentos estar¨¢n desalineados. En otras palabras, cuando se apunten a una estrella en concreto formar¨¢n no una sino otras tantas im¨¢genes. Habr¨¢ que ir ajustando los hex¨¢gonos uno a uno hasta hacerlas coincidir en una sola. Para ello, cada segmento se sujeta en su parte posterior por tres puntos de ajuste que permiten correcciones del tama?o de una diezmil¨¦sima del espesor de un cabello. La operaci¨®n llevar¨¢ semanas; cuando termine, los 16 segmentos formar¨¢n una superficie continua como si hubiesen sido tallados en un ¨²nico bloque de cristal.

El Webb ha sido tratado entre algodones. Tiene demasiados mecanismos cuyo funcionamiento depende de unas pocas micras. Se construy¨® en ambientes hiperlimpios. Basta recordar que todos los t¨¦cnicos que se le aproximaban lo hac¨ªan vistiendo batas y m¨¢scaras de quir¨®fano. Se mantuvo as¨ª durante el transporte por tierra y mar e incluso durante su instalaci¨®n sobre el cohete portador, que se hizo tambi¨¦n dentro de una tienda de aislamiento.

Ya en el barco que lo llev¨® a Kourou (Guayana Francesa) despu¨¦s de atravesar del canal de Panam¨¢, su contenedor iba equipado con un sistema estabilizador para que las olas no lo desajustasen. Y en una ocasi¨®n en que se rompi¨® una de las cinchas de sujeci¨®n, los t¨¦cnicos volvieron a inspeccionarlo de arriba abajo para comprobar que el peque?o golpe no hab¨ªa tenido consecuencias. Todas esas precauciones contrastan con el traqueteo que sufri¨® durante los veinte minutos del lanzamiento, sujeto a toda clase de vibraciones y aceleraciones del viaje.

Ahora empieza un mes de momentos cr¨ªticos, a medida que los componentes del Webb se vayan desplegando: el panel fotoel¨¦ctrico (cuya apertura pudo seguirse en directo por televisi¨®n), la antena, la aleta de compensaci¨®n de la presi¨®n de radiaci¨®n solar, la extensi¨®n y tensionado del escudo t¨¦rmico, la ara?a de soporte del espejo secundario, las alas laterales del espejo... Un mes de tensi¨®n hasta alcanzar su ¨®rbita final en Lagrange 2. No en vano en esa coreograf¨ªa se han detectado casi cuatrocientos puntos cr¨ªticos; un fallo en cualquiera de ellos podr¨ªa echar a perder toda la operaci¨®n.

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