Por Sebastián Gelves (Estudiante de Ingeniería Mecánica) y Natalia Oliveros (Estudiante de Física). Divulgadores invitados.

Datos vitales

El telescopio espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) es un observatorio que detecta en infrarrojo en órbita que va a complementar y ampliar los descubrimientos del telescopio espacial Hubble. Este tiene fecha tentativa de lanzamiento para octubre del 2018, cumpliendo así con una vida útil entre 5 y 10 años. Su espejo primario está compuesto por 18 segmentos de espejos de berilio recubierto con oro, que juntos obtienen un diámetro de aproximadamente 6.5 m, un claro de abertura de 25 cm$ ^{2}$ y una masa de 705 kg. Adicionalmente tiene una longitud focal de 131.4 m, una resolución óptica de 0.1 segundos de arco y puede en conjunto puede tener una masa de hasta 6200 kg, incluyendo observatorio, consumibles en órbita y el adaptador de vehículo de lanzamiento.

Los objetivos generales de esta misión son:

• Buscar las primeras galaxias luminosas u objetos formados después del Big Bang .
• Determinar cómo las galaxias han evolucionado desde su formación hasta el momento.
• Observar la formación de las estrellas desde las primeras etapas de la formación de sistemas planetarios.
• Medir las propiedades físicas y químicas de los sistemas planetarios, incluyendo nuestro propio sistema solar, e investigar la posibilidad de vida en esos sistemas

Los instrumentos empleados para el funcionamiento:

• La cámara de infrarrojo cercano (NIRCam)
• Infrarrojo Cercano espectrógrafo (NIRSpec)
• Instrumento de infrarrojo medio (MIRI)
• Sensores de Guía Fina / Cerca de imágenes por infrarrojos y slitless espectrógrafo (FGS / NIRISS)

Las innovaciones más importantes:

• La óptica ligeros
• Parasol desplegable
• Espejo plegable segmentado
• Detectores mejorados
• Actuadores criogénicos y control del espejo
• Microobturadores

Ver simulación del despliegue del telescopio aquí.

El Observatorio

El Observatorio del telescopio espacial James Webb se compone de tres elementos; el módulo integrado de Ciencia e Instrumentos (ISIM), el elemento óptico del Telescopio (OTE) que incluye los espejos y el plano posterior, y la nave espacial elemental que incluye el bus nave espacial y el parasol.

La OTE es el ojo del Observatorio. La OTE recoge la luz que viene del espacio y la proporciona a los instrumentos científicos que la analizan. La placa madre es como la «columna vertebral» de Webb. Es compatible con los espejos. El subsistema de parasol separa al observatorio, protegiéndolo de la radiación solar, con el lado que da al sol cálido y el otro frío.

El parasol mantiene el calor del Sol, la Tierra, y la electrónica del bus nave espacial lejos de la OTE e ISIM de modo que estas piezas del Observatorio se pueden mantener muy frías (la temperatura de operación tiene que ser mantenido bajo 50 K o -370 F).

El bus de la nave espacial proporciona las funciones de apoyo para el funcionamiento del Observatorio. En este se encuentran los seis principales subsistemas necesarios para operar la nave espacial: poder eléctrico, de control de actitud, de comunicación, de Manejo de comandos y de datos, de propulsión, y de control térmico.

La aleta de impulso equilibra la presión solar en el parasol, como una aleta de ajuste en la navegación. No es ajustable en órbita, pero es mientras está en el suelo.

Lanzamiento

El telescopio espacial James Webb será lanzado en el cohete Ariane 5. El cual hace parte de la contribución europea a la misión. El historial de este cohete para lanzamientos consecutivos ha tenido éxito del 80% (a partir del 28 de junio de 2017). El JWST será lanzado desde el complejo de lanzamiento ELA-3 situado cerca de Kourou, en la Guayana Francesa. Es beneficioso ya que se encuentran cerca del ecuador (la rotación de la Tierra puede ayudar a dar un impulso adicional).

El segmento de lanzamiento tiene 3 componentes principales: El vehículo de lanzamiento: un Ariane 5 con la etapa superior criogénica. Se proporciona en la configuración de lanzamiento único, con un revestimiento externo de duraluminio con un diámetro máximo 4,57 metros y longitud de 16.19 metros; un adaptador de carga útil, que comprende el Cono 3936 plus ACU 2624, cilindro inferior y la abrazadera de banda, que proporciona la interfaz mecánica y eléctrica de separación entre el Observatorio Webb y el vehículo de lanzamiento. Siendo esta una campaña de responsabilidad mutua de la NASA, la ESA, NGAS y Arianespace.

Una vez lanzado, lo primero que se desplegará es el escudo protector, lo cual durará un día completo. Después se elevará la torre y como si se tratara de una flor abriéndose, los espejos se irán desplegando secuencialmente. Después, y durante el viaje, se empezarán a realizar pruebas de todos los sistemas. Cuando el James Webb llegue a su destino final después de 30 días de viaje se localizará en el punto inicial en la órbita alrededor de L2 empezará un proceso de prueba y calibración que durará seis meses. Después de los cuales, el telescopio empezará a funcionar a pleno rendimiento.

Órbita

A diferencia del telescopio espacial Hubble que se encuentra en órbita al rededor de la tierra, el telescopio espacial James Webb orbitará el Sol, a 1.5 millones de kilómetros de distancia de la Tierra a lo que se llama el segundo punto de Lagrange o L2 . Lo especial de esta órbita es que permite al telescopio mantenerse en línea con la Tierra (pareciendo estacionario) mientras se mueve alrededor del Sol. Esto permite al gran parasol del satélite proteger el telescopio de la luz y el calor del sol y la tierra (y la Luna). Debido a que el JWST deberá trabajar 24/7, había una dificultad puesto que no debía entrar en sombra producida por la Tierra o por la Luna, este pormenor se resolvió creando una órbita, es por esto que el telescopio no estará como tal situado en el L2 sino que estará orbitándolo, dicha órbita aldedor de L2 la completará cada 6 meses.

El JWST observa en la luz infrarroja, que a veces se puede detectar como la sensación de calor . Debido a que el telescopio estará observando las señales de infrarrojos muy débiles de objetos muy lejanos, se necesita que esté protegido de cualquier fuente brillante, caliente(como el Sol y la Tierra), además del satélite en sí, dicha protección es brindada por el gran parasol que tiene el Webb.

El telescopio en sí estará operando a alrededor de 225°C bajo cero. El parasol está formado por cinco láminas de Kapton. Las láminas están sobrepuestas una sobre otra y separadas por unos pocos cm. La primera lámina, la que recibe directamente la radiación solar, es la más caliente. Pero cada lamina está más fría que la siguiente, de modo que se pasa de 85 C a -230 C en apenas unos cm de grosor.

Webb vs Hubble

Con normalidad se dice que el Webb será el reemplazo del Hubble lo cual no es cierto, en vez de esto el término correcto es que el JWST será el sucesor científico del Hubble, este último ha observado el cosmos en la parte visible y ultravioleta del espectro electromagnético por lo que ha dejado muchas preguntas sobre el cosmos que sus capacidades no le permiten responder, los resultados del Hubble son los principales motivos científicos de la existenca del Webb, el cual se basará en numerosos datos recolectados por el Hubble para hacer sus estudios, pero con la gran diferencia de que podrá ir más allá en el tiempo de existencia de nuestro universo bajo la idea de que los objetos más lejanos (Primarios a la hora del Big Bang) emiten en longitudes de onda de infrarrojo; por esto a continuación presentamos un cuadro de comparación entre el JWST y el telescopio espacial Hubble.

Datos adicionales

El telescopio espacial James Webb es una colaboración internacional por parte de La NASA, La Agencia Espacial Europea ESA y La Agencia Espacial Canadiense CSA, el costo de este proyecto ronda los 8.800 millones de dolares en donde el mayor aporte lo hace Estados Unidos. Este proyecto surgió bajo el nombre de Next Generation Space Telescope (NGST) en 1996, después en el 2002 cambio su nombre al actual, es evidente entonces que este gran proyecto lleva 21 años en la mira de los mas destacados y brillantes físicos e ingenieros del mundo, tiempo durante el cual se ha desarrollado tecnología del más alto nivel requerido por el proyecto, lo que permite concluir que el Telescopio Espacial James Webb empezó a hacer su trabajo en la ciencia desde que surgió como idea.