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Lanzamiento espacial del Ariane 5 de Arianespace

Ariane 5 | James Webb

Esperadísima misión de Arianespace lanzando el Telescopio Espacial James Webb («JWST», en inglés) a bordo de un cohete Ariane 5 y partiendo desde el Puerto Espacial de Kourou, Guayana Francesa, en particular del Complejo de Lanzamiento Ariane 3 («ELA-3», en francés), el día 25 de diciembre a las 12:20 UTC. La ventana se extiende hasta las 12:22 UTC.

Parche de la misión «James Webb» en un Ariane 5, para la NASA, ESA y
Parche de misión
(créditos: NASA/ESA/CSA)

James Webb Space Telescope

Conjuntamente, la NASA, la ESA y la CSA han llevado adelante por años este proyecto que culminará poniendo el telescopio espacial más grande jamás lanzado –con un costo récord de USD 10.000M– en una órbita alrededor del punto L2 del sistema Sol-Tierra. Eso es a ~1.500.000 km de nuestro planeta.

Logo de la NASA
Logo de la NASA
(créditos: NASA)
Logo de la CSA
Logo de la CSA
(créditos: CSA)
Logo de la ESA
Logo de la ESA
(créditos: ESA)

Observatorio Espacial

Historia

Hacia finales de los años 1980’s se debatía cómo sería el sucesor del Hubble: otro telescopio espacial –hoy muy conocido y popular– que ha tenido una vida útil de décadas al servicio de la ciencia, ya que fue lanzado el 24 de abril de 1990 a las 12:33:51 UTC.

En 2002 fueron seleccionados los equipos que desarrollarían el nuevo observatorio. En 2004 inició su construcción y un año más tarde fue seleccionado el Ariane 5 como el carguero que lo  llevaría al espacio, y también el Puerto Espacial de Kourou como sitio de lanzamiento.

Para 2011 se había concluído la fabricación de los segmentos del espejo principal. Entre 2012 y 2013 arrivaron partes del telescopio al centro Goddard de la NASA. En 2013 arrancó la fabricación de la barrera solar, y desde ese punto hasta el año 2016 los instrumentos fueron probados extensivamente a temperatura y vibración.

A finales de 2015 e inicios de 2016 se integró estructura y óptica –incluídos los espejos–, para luego en 2017 adicionar los instrumentos y continuar la batería de pruebas. Se llevó al centro Johnson de la NASA, donde se probarían las actuaciones ópticas del aparato.

Tanto el «bus» como la barrera solar se encontraban en California, en instalaciones de Northrop Grumman. A ese lugar fueron enviadas en 2018 las partes antes mencionadas, y ambas ‘mitades’ fueron ensambladas en 2019.

Continuaron las pruebas finales ambientales, eléctricas, funcionales y de comunicaciones, hasta que en 2021 el James Webb se plegó y se despachó para su lanzamiento.

Descripción

Para llevar a cabo las tareas científicas que son su razón de existencia, esta fascinante nave espacial cuenta con dos componentes principales:

  • Una barrera solar: compuesta de cinco capas de aislación. Tiene una forma romboidal y un aspecto brillante metalizado, típico de los materiales utilizados para esta clase de elemento. Su función será permitir que los espejos no capten radiación proveniente del Sol, de forma de poder realizar una observación con mínimas interferencias.
  • Una óptica: formada por dos conjuntos de espejos que tomarán la luz en los espectros infrarrojos medio y cercano, y la redireccionarán hacia los instrumentos. El espejo principal está hecho con los icónicos hexágonos dorados, fabricados en berilio recubierto con oro.
Impresión de un artista del telescopio «James Webb» en su configuración operacional.
Impresión artística del James Webb (créditos: ESA/ATG medialab)

Adicionalmente, hay cuatro instrumentos científicos que son los encargados de llevar adelante las tareas para las que fue diseñado el «JWST»:

  • MIRI («Mid-InfraRed Instrument»): Instrumento de Infrarrojo Medio.
  • NIRCam («Near-Infrared Camera»): Cámara de Infrarrojo Cercano.
  • NIRISS («Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph»): Sensor de imágenes de Infrarrojo Cercano y Espectrógrafo sin Ranura.
  • NIRSpec («Near-Infrared Spectrograph»): Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano.

Dimensiones

Básicamente, hay dos juegos de medidas, ya que no solamente debe contar con el tamaño adecuado para su función, sino también debe ser capaz de caber dentro de las cofias del cohete.

Replegado –cuando viaje dentro del Ariane 5– tendrá un alto de 10,66 m y un ancho de 4,5 m. Por el contrario, cuando despliegue la barrera solar presentará un ancho de 14,2 m y un largo de 21,2 m; mientras que el espejo principal será de un alto de 8 m.

Dimensiones del telescopio «James Webb», plegado y desplegado.
Dimensiones del James Webb (créditos: NASA/ESA/CSA)

Instrumentos

MIRI

Este Instrumento de Infrarrojo Medio –desarrollado conjuntamente por la NASA y la ESA– observará objetos fríos y lejanos en la banda del infrarrojo medio, a la vez que servirá para realizar mapeos por espectroscopía. Su correcta operación requiere ser refrigerado a 6 K –¡sólo seis grados (Kelvin) por sobre el cero absoluto!

MIRI en prueba de alineación.
Prueba de Alineación de MIRI (créditos: STFC/RAL Space)
NIRCam

Por parte de la NASA se desarrolló esta Cámara de Infrarrojo Cercano que capturará imágenes de los objetos más alejados que se hayan captado en dicha zona del espectro. Tomará la luz de las primeras estrellas y galaxias, además de tener un rol esencial en la alineación del telescópio.

Dibujo 3D de ingeniería de NIRCam.
Dibujo 3D de ingeniería de NIRCam (créditos: NASA)
NIRISS

Aquí es la CSA quien desarrolló el Sensor de imágenes de Infrarrojo Cercano y Espectrógrafo sin Ranura, el que servirá para determinar la temperatura, masa y composición química de objetos celestes. Así, será capaz de determinar qué moléculas componen las atmósferas de distintos exoplanetas. Adicionalmente, permitirá al «JWST» apuntar con gran precisión.

NIRISS en prueba criogénica.
NIRISS en prueba criogénica (créditos: John A. Brebner Communication Research Centre)
NIRSpec

Por último, el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano desarrollado por la ESA también permitirá tanto determinar la temperatura, masa y composición química de objetos celestes, como realizar mapeos por espectroscopía, capturando los espectros lumínicos emitidos por unos 200 objetos a la vez.

Las entrañas de NIRSpec.
Las entrañas de NIRSpec (créditos: EADS Astrium)

Ciencia

Gracias a sus capacidades y a su posicionamiento, esperamos que el «JWST» realice observaciones inigualables en el ámbito de la astronomía: desde el estudio de cuerpos celestes en nuestro sistema solar con un detalle sin precedentes, hasta las galaxias que primero se formaron; desde estrellas jovencísimas, apenas naciendo, hasta abismales agujeros negros.

Este observatorio espacial sondeará el espectro infrarrojo, vital para ver a través de mares de polvo y gas, y así desvelar conocimientos que aguardan ser descubiertos. Continúa de esta manera los legados de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer.

Luego de un mes de viaje hacia el punto de Lagrange 2, durante el cuál realizará parte de la puesta en servicio, desplegando la barrera solar y el espejo, el James Webb. Ya en la órbita destino aguardará alcanzar la temperatura criogénica operativa, realizará calibraciones y alineamientos y completará la entrada en funcionamiento. Finalmente, pasados unos seis meses desde su lanzamiento, el telescopio comenzará con sus objetivos científicos:

  • Búsqueda de las primeras galaxias formadas en el universo.
  • Estudio de galaxias próximas y distantes para informarnos de la evolución de las mismas.
  • Observaciones de la formación de estrellas, desde jóvenes criaderos estelares a la formación de sistemas planetarios.
  • Medición de propiedades físicas y químicas de sistemas planetarios, incluyendo nuestro sistema solar, e investigar el potencial de vida en dichos sistemas.

Segundo Punto de Lagrange o L2

Como dijimos, se encuentra a unos 1,5 millones de km de la Tierra y cuenta con algunas particularidades muy útiles para esta misión.

Puntos del Lagrange del sistema Sol-Tierra.
Puntos de Langrange (créditos: NASA)

Primeramente, como explicación podemos decir que en dicho punto se suman las atracciones gravitatorias del Sol y de la Tierra. Así, esa suma es tal que previene que una nave salga despedida de dicho lugar y, en cambio, mantenga un movimiento circular.

Es decir, uno podría dejar una nave que, idealmente, permanecería en el L2 indefinidamente. Estrictamente hablando, el James Webb seguirá una órbita tipo halo alrededor de dicho punto. Resulta interesante colocarlo allí, ya que:

  • se cuenta con visión sin bloqueos del espacio profundo.
  • orbita el Sol a la misma velocidad que la Tierra, facilitando las comunicaciones;
  • al no orbitar la Tierra, no debe pasar por ciclos de luz y sombra que afecten su funcionamiento;
  • se simplifica, por esto último, su protección contra la radiación solar, ya que la barrera se halla siempre del mismo lado: de cara al Sol;
  • su órbita tipo halo garantiza no pasar jamás por las sombras de la Tierra o de la Luna, permitiéndole a la nave generar electricidad en base a la luz solar.
  • se reduce la cantidad de propelentes necesarios para permanecer en órbita.

Línea Temporal

Aquí les presentamos algunos eventos significativos a lo largo del desarrollo y la campaña de lanzamiento del «James Webb», incluyendo el paso a paso desde el despegue:

Puerto Espacial de Kourou

En preparación para el lanzamiento, la nave espacial –el «JWST»– debe pasar por una serie de eventos previos:

[AAAA/MM/DD]	[Evento]
2021/10/12	Llegada del James Webb a Kourou.
2021/11/06	Inicio campaña de lanzamiento.
2021/11/25	Inicio carga de combustible al «JWST».
2021/11/29	Transferencia del BIF* al BAF*.
2021/12/11	Integración del James Webb al Ariane 5.
2021/12/17	Integración de cofias.
2021/12/19	Ensayo general.
2021/12/21	Revisión de Alistamiento para Lanzamiento («LRR»)
		y armado del Ariane 5.
2021/12/23	Transporte del vehículo, del BAF* a la plataforma.
2021/12/24	Inicio de cuenta regresiva. Carga de propelentes.

*BIF: «Bâtiment d’intégration lanceur», Edificio de Integración del Lanzador.
*BAF: «Bâtiment d’Assemblage Final», Edificio de Ensamble Final.

Lanzamiento

Es el momento de la verdad. Se encienden los motores y…

[hh:mm:ss]	[Evento]
 00:00:00	¡Despegue del Ariane 5!
+00:02:21	Separación propulsores laterales (EAP).
+00:03:26	Sepración cofias.
+00:08:47	Separación 1.ª y 2.ª etapas.
+00:24:53	Inyección en órbita.
+00:27:07	Despliegue del «JWST».

Viaje y Entrada en Servicio

[T+días]	[Evento]
+02,5		Maniobra de corrección de trayectoria.
+03		Inicio despliegue de barrera solar.
+11		Inicio posicionamiento de espejo secundario.
+13/14		Ensamble del espejo primario.
+29		Arribo a L2.

Ariane 5

Otros Lanzamientos Científicos

Desde hace más de veinte años, el vehículo Ariane 5 al servicio de la ESA ha lanzado una buena cantidad de sus misiones abocadas a la ciencia:

  • 1999 XMM Newton.
  • 2004 Rosetta.
  • 2009 Herschel Planck.
  • 2018 BepiColombo.

¿Cómo fue la misión?

¡¡El lanzamiento se ha realizado con éxito!! El telescopio James Webb fue liberado y ahora empieza su viaje hasta el punto L2, a 1,5 millones de km de la Tierra.

Lanzamiento del Ariane 5 llevando al telescopio espacial James Webb
Despegue del Ariane 5 con el James Webb (créditos: ESA)

Así, el cohete Ariane 5 despegó el 25 de diciembre a las 12:20:07 UTC y, tras completar todos los pasos de su vuelo, dejó al observatorio espacial en una órbita de 315 x 1.052.210 km x 4,2° que le permitirá realizar la transferencia al segundo punto de Lagrange en el sistema Sol-Tierra.

Listado de Sucesos

Con el paso del tiempo, el telescopio realizó una serie de tareas en preparación para su llegada al punto L2 y su subsecuente entrada en servicio. A continuación las listamos en orden cronológico, más alguna otra entrada relevante:

  • 25 de diciembre a las 12:50 UTC: despliegue de los paneles solares.

  • 26 de diciembre a las 00:50 UTC: encendido MCC-1a, que se extendió hasta la 01:55 UTC y proporcionó unos 20 m/s de «Delta V.»

  • 26 de diciembre a las 15:00 UTC: se desplegó el conjunto de antena basculante a aproximadamente esa hora; el conjunto incluye la antena de alta ganancia que permite comunicación a alta velocidad entre la nave y nuestro planeta.

  • 27 de diciembre a las 19:58 UTC: el «JWST» sobrepasó la órbita de la Luna.

  • 28 de diciembre a las 00:20 UTC: encendido MCC-1b, que se extendió hasta las 00:29 UTC (de las 00:20:00 a las 00:29:27, para precisión de segundos), proporcionando unos 2,8 m/s de «Delta V.»

  • 28 de diciembre a las 18:21 UTC: se desplegó el pallet frontal de la barrera solar.

  • 29 de diciembre a las 00:27 UTC: se desplegó el pallet posterior de la barrera solar.

  • 29 de diciembre a las 21:24 UTC: se colocó en posición el conjunto de antena desplegable.

  • 30 de diciembre a las 14:00 UTC: se extendió la aleta posterior de cantidad de movimiento, poco después de la hora que indicamos.

  • 30 de diciembre a las 17:40 UTC: aproximadamente a esa hora se retrajeron las membranas protectoras que cubrían la barrera solar.

  • 31 de diciembre a las 21:49 UTC: se completó la extensión del poste telescópico medio de babor.

  • 01 de enero a las 03:13 UTC: se completó la extensión del poste telescópico medio de estribor.

  • 04 de enero a las 17:00 UTC: luego de días de trabajo se completó el tensionado de las cinco capas de la barrera solar, como así también el correcto distanciamiento entre ellas.

  • 05 de enero a las 16:52 UTC: se extendió la estructura de soporte del espejo secundario.

  • 06 de enero a las 13:48 UTC: se izó el radiador desplegable posterior.

  • 07 de enero a las 19:11 UTC: se desplegó el ala 1, la de babor, del espejo principal.

  • 08 de enero a las 18:17 UTC: se desplegó el ala 2, la de estribor, del espejo principal, completando el despliegue de dicho instrumento.

  • 19 de enero a las 19:50 UTC: luego de varios días de trabajo (aunque seguramente antes de la hora indicada), se terminó el accionamiento de cada segmento del espejo primario, como del secundario, durante el cual se los sacó de su posición de lanzamiento y se los pasó a una neutral.


Próximamente


  • 24 de enero a las 19:00 UTC: se espera el encendido MCC-2 utilizando los propulsores SCAT-3/4, aportando 1,5 m/s de «Delta V» a lo largo de 298 s y colocando al «JWST» en una órbita tipo halo alrededor del punto L2 del sistema Sol-Tierra.


Agradecemos a Jonathan McDowell (planet4589.org) por su infatigable trabajo como historiador aeroespacial, y por haber sido una fuente principal de información para nuestro texto.
Detalles

Proveedor

Cliente

NASA/ESA/CSA

Carga

Telescopio espacial

Masa de carga

6.173 kg

Destino

Órbita inicial

Transferencia a L2

Nº lanzamiento

1.ª etapa

N/A

Recuperan 1.ª etapa

No

Plazo de retorno

-

Lugar de aterrizaje

-

Recuperan cofias

No

El evento está terminado.

Fecha

25 Dic 2021

Hora

UTC
12:20

Hora local

  • Zona horaria: America/Los_Angeles
  • Fecha: 25 Dic 2021
  • Hora: 04:20

Localización

Puerto Espacial de Kourou
Kourou, Guayana Francesa

Organizador

Arianespace
Website
https://www.arianespace.com/
Retransmisión con RDroneUY

Próximo Evento

1 comentario en “Ariane 5 | James Webb”

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