El lanzamiento del mayor telescopio enviado jamás al espacio será retransmitido en español por la ingeniera de sistemas que ha desarrollado uno de sus instrumentos y participado en las complicadas pruebas frías realizadas en Canadá y EE UU. Los momentos duros se han alternado con otros emocionantes durante más de una década de trabajo.
La ingeniera de sistemas Begoña Vila en la cámara limpia del centro de vuelo espacial Goddard. / Chris Gunn/NASA
“Desde luego este año van a ser unas Navidades distintas, aunque muy especiales: el 25 despega por fin el James Webb, ¡un buen regalo de Navidad! Mi familia estará viendo el lanzamiento ¡y también a mí comentarlo, así que sentiré que están aquí conmigo!”, comenta desde el Puerto Espacial de Kurú, en la Guayana Francesa, la astrofísica Begoña Vila (Vigo, 1963). Mientras ultima los preparativos, recuerda sus 15 años de relación con el telescopio espacial más grande y potente de la historia.
Tras licenciarse en la Universidad de Santiago, pasar por el Instituto de Astrofísica de Canarias y doctorarse en Reino Unido, en 2006 se trasladó con su familia a Canadá. Su destino fue Ottawa para trabajar en la empresa COM DEV (actualmente Honeywell) en un proyecto que la ha mantenido muy ocupada hasta hoy: un instrumento doble con el que la Agencia Espacial Canadiense (CSA) contribuye al Webb.
“Está constituido por un sensor de guía (FGS, Fine Guidance Sensor) que se encarga de apuntar y mantener al observatorio estable para que otros instrumentos puedan tomar imágenes y espectros correctamente, y de una cámara-espectrógrafo (NIRISS, Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) con la que se analizarán exoplanetas y las primeras galaxias y estrellas que se formaron después del Big Bang”, explica Vila.
He tenido etapas duras: al principio tuve muchas llamadas a mi madre, a mi casa en Galicia, y personalmente también, sobre todo si tienes hijos pequeños
Al principio, la astrofísica realizaba análisis sobre cómo iban a funcionar estos instrumentos en órbita, pero pronto ascendió a ingeniera de sistemas, confirmando que los dispositivos cumplían los requerimientos exigidos y demostrarlo al cliente: la CSA y la propia NASA, que lidera la construcción del enorme observatorio. Los datos del sensor resultan cruciales para controlar su orientación o actitud, una tarea gestionada con equipos de la empresa Northrop Grumman en Los Ángeles, así que a menudo también se reunía con ellos.
Begoña Vila durante una de sus últimas visitas al telescopio en Los Ángeles. / NASA
“La primera vez que conseguimos guiar el sensor apuntando hacia una estrella simulada, y lo confirmamos a través de la telemetría, estaba superemocionada”, recuerda Vila, “de hecho mis compañeros me dijeron que no debía de salir mucho para que me alegrara tanto por eso”.
Después de muchas jornadas de trabajo, eran momentos de felicidad, pero no escondían otros más complicados: “Cuando llegas a un nuevo país, aunque te guste lo que haces, se necesita un periodo de adaptación. He tenido etapas duras: al principio tuve muchas llamadas a mi madre, a mi casa en Galicia, y personalmente también, sobre todo si tienes tres hijos pequeños”.
“Cuando tienes niños o niñas pequeños, tú para ellos eres su madre, no entienden de nada más. Entonces es complicado, aunque lo intentes compaginar —reconoce—. La ventaja que veo es que una vez que se hacen mayores ya te valoran como profesional, y ahí la situación se hace un poco más fácil”.
Llegada al centro Goddard de la NASA
Cada dos o tres meses, Vila y otros colegas canadienses se reunía con el equipo de la NASA, y se fijaron en su profesionalidad, hasta tal punto, que cuando en 2012 entregaron un modelo de vuelo, le ofrecieron un contrato para trabajar en el centro de vuelo espacial Goddard, cerca de Washington (EE UU), como experta en el instrumento FGS-NIRISS. Nadie lo conocía tan bien como ella.
Aceptó la oferta, aunque su familia se quedó en Canadá. Al principio tuvo que superar todo el papeleo, las trabas burocráticas y la estricta normativa estadounidense con los extranjeros en este tipo de proyectos. En ocasiones podía presentar sus informes, pero no escuchar lo que se decía en las reuniones, e incluso tenía que ser ‘escoltada’ cuando se movía por algunos edificios. “Es un control que hay que tener hasta que los papeles están aprobados por los distintos organismos —aclara Vila—, pero una vez que tuve la Green Card (tarjeta de residente permanente en EE UU), todo fue muchísimo más fácil”.
La NASA premió a esta ingeniera de sistemas con una medalla por sus logros excepcionales con el sensor de guía y el instrumento NIRISS del Webb, además de por su trabajo en las complicadas pruebas frías
La ingeniera no tardó en asumir responsabilidades más allá del instrumento doble. Estableció un equipo local en la NASA y llegó a encargarse de coordinar todos los instrumentos científicos del James Webb (integrados en un módulo común) para realizar las pruebas frías. Estos test criogénicos han marcado su trayectoria en este proyecto.
“Simulamos las condiciones a las que se verá sometido el telescopio en el espacio, donde reina el vacío y temperaturas de –230 ºC, y tomamos mediciones para comprobar que todos los instrumentos se comportan de forma correcta”, apunta Vila, quien fue la directora de la tercera prueba fría realizada con todos los equipos en 2016, “un año en el que, a lo duro que resulta preparar estos test, se sumó la complicación de una gran tormenta de nieve”. Aquel año la NASA le otorgó una medalla por sus esfuerzos.
Fuera de esos días de tensión, su rutina en Goodard consistía en estar en su oficina pegada al ordenador y un montón de papeles, asistir a las reuniones y, cuando se realizaba alguna prueba, coordinar a su equipo desde el centro de control, al frente de una de las consolas.
La ingeniera con uno de los muchos documentos que utilizaba para las pruebas y trabajando en un centro de control (en este caso un selfi desde la Guayana Francesa). / NASA
Solo en momentos puntuales se enfundaba el traje blanco para realizar alguna inspección en la sala limpia donde se ensamblaba el telescopio, pero no era lo habitual.
Huracán en Houston
En 2017 Vila se desplazó a Houston, justo cuando la ciudad estaba azotada por un huracán, para participar en una de las pruebas criogénicas más complicadas a la que se ha enfrentado. Se realizó en la gigantesca cámara del centro espacial Johnson, donde ya estaban juntos los instrumentos y los 18 dorados espejos del Webb.
No te voy a decir el número de horas que estuve en la prueba fría de Houston, porque probablemente no debo, pero cuando la acabamos con éxito fue un momento inolvidable
“Hicimos la primera prueba con el telescopio —explica—, en concreto del sensor de guía con el instrumento de control de actitud de Northrop. Yo era la responsable en la consola. Tienes un documento con todos los pasos a seguir y los vas llamando: paso 1, ¿está todo el mundo de acuerdo con hacer esto?, ok; paso 2, lo mismo, etc. Me encargué de eso, y la prueba fue muy muy larga. No te voy a decir el número de horas que estuve allí porque probablemente no debo, pero cuando la acabamos con éxito, fue un momento inolvidable, que te llena”.
Cámara del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Los instrumentos científicos y los espejos del Webb están suspendidos para la fase de pruebas criogénicas de aproximadamente 100 días, que garantiza que todos los sistemas funcionen correctamente en un entorno frío y sin aire similar al del espacio. / Chris Gunn/NASA
Más tarde, en las instalaciones de Northrop Grumman en Los Ángeles, Vila ha seguido participando en las últimas pruebas del observatorio completo antes de que embarcara rumbo a la Guayana. “Trabajando todos estos años para el James Webb he tenido momentos increíbles”, recuerda Vila, “y aunque mi familia se quedara en Canadá, en ocasiones pude compartirlos con ellos: mis hijos vinieron a ver el telescopio a Goddard y a Houston, aunque a Los Ángeles ya no pudo ser por el tema de la covid”.
Estas jornadas especiales con la familia o con los amigos –algunos nacidos del propio entorno laboral– compensaban en parte otros días más duros y los sacrificios personales que ha tenido que superar la ingeniera: “He trabajado muchas horas y continúo haciéndolo. De hecho, es una de las cosas que saben de mí, que trabajo muchas horas”.
Centro de control en Baltimore
Durante las semanas anteriores y posteriores al lanzamiento, el trabajo de la ingeniera se ha desplazado al centro de control de operaciones de la misión en Baltimore. Ha sido nombrada la ‘diputada de operaciones para los instrumentos’ y será responsable de una de las salas, donde se trabaja por turnos las 24 horas los siete días de la semana.
“Me encargaré de revisar qué los instrumentos ejecuten las tareas programadas durante el periodo de comisión [seis meses tras el lanzamiento], algo que hemos ensayado con simuladores en Baltimore desde hace 5 o 6 años”, señala Vila, que recuerda: “Al principio encontramos cosas que no funcionaban, suponían una presión, pero cuando descubríamos por qué y lo solucionábamos llegaban los momentos de euforia”.
Begoña Vila en la Guayana Francesa, con el telescopio plegado al fondo. / NASA
Desde el pasado 6 de diciembre, está en la Guayana Francesa como parte del equipo internacional que prepara el lanzamiento del Webb. La NASA lidera el telescopio, pero la Agencia Espacial Europea (ESA), además de algunos instrumentos, se encarga de enviarlo al espacio en un Ariane 5.
El rollout o desplazamiento del cohete, con el observatorio dentro, desde el edificio de ensamblaje al de lanzamiento ha sido otro “momento especial” para la ingeniera. Una vez colocado en la plataforma, se han realizado todas las configuraciones y pruebas eléctricas necesarias, tarea en la que también ha participado.
Sin embargo, el día 25 de diciembre esta libre para disfrutar del esperado despegue y transmitirlo en español a todo el mundo. Desde Vigo, su madre y sus hermanas estarán muy pendientes, su hermano desde Inglaterra y sus hijos desde Canadá.
Vila ya ha colaborado en el video oficial de la NASA donde se explican los 29 Días al Límite que experimentará el observatorio tras su lanzamiento: “Son 29 días de terror. Este telescopio es el más grande que se puede mandar doblado en un cohete, y se tiene que desplegar en órbita. Si no se abre el parasol, no se va a enfriar y eso es crucial para su funcionamiento; si el espejo secundario no baja, no llegará la luz, y así sucesivamente. Estaremos muy pendientes de este primer mes y de que se enciendan los instrumentos”.
Como ‘diputada de operaciones para los instrumentos’, en los próximos 6 meses Begoña Vila se encargará de revisar que ejecuten las tareas programadas, algo que llevan ensayando durante los últimos años
“Estoy superilusionada con ver sus primeras imágenes —continúa—, porque la última vez que los detectores estuvieron fríos fue en Houston, y además nos van a hacer falta para alinear los espejos durante el periodo de comisión. Luego ya vendrán los temas de ciencia que todos esperamos: las primeras estrellas y galaxias de nuestro universo, buscar bioseñales en atmosferas de otros planetas... Va a ser muy emocionante”.
Después del lanzamiento, Vila vuelve enseguida a Baltimore. Le toca turno en el centro de operaciones justo después de Navidad. “Me haría mucha ilusión hacer una visita rápida a España o Canadá en el camino de vuelta, pero con la situación de la pandemia no es posible, espero que haya oportunidad en primavera”, comenta.
Proyectos futuros
El próximo medio año va a estar muy ocupada comprobando los instrumentos del observatorio espacial más grande y complejo jamás construido. Después, permanecerá un tiempo como personal de apoyo por si surge alguna incidencia, pero probablemente comience en un nuevo proyecto: “Una buena opción es el Nancy Grace Roman Space Telescope —bautizado en honor a una de las primeras mujeres ejecutivas de la NASA—, aunque también hay una misión para traer a la Tierra una muestra de Marte... Ya veremos en 2022”.
“Después de tantos años trabajando con el Webb me va a dar pena. Desarrollas un conocimiento de algo que ya lo tienes instintivamente. Además está el equipo humano: es un telescopio internacional, y siendo yo extranjera, ha sido superespecial para mi trabajar con gente no solo de Canadá —que ya los siento como míos— y de EE UU, sino también de la parte europea: españoles, franceses, alemanes... Se ha hecho un trabajo muy bueno. Esperemos que vaya todo bien”.
Modelo del cohete Ariane en la Guayana Francesa, con Begoña Vila debajo para apreciar las dimensiones. / NASA
Después de un cuarto de siglo de desarrollo, el día de Navidad de 2021 por fin se ha lanzado desde la Guayana Francesa el observatorio más potente y sensible jamás enviado al espacio. Operando con luz infrarroja, podrá observar las primeras estrellas y galaxias del universo, además de exoplanetas en los que podría detectar biomarcadores en sus atmósferas. Los próximos días serán cruciales para el complicado despliegue de sus componentes.
El día de Navidad de 2021 se ha lanzado plegado el telescopio espacial James Webb a bordo de un cohete Ariane. / ESA/D. Ducros
El 25 de diciembre de 2021, a las 13:20 h (hora peninsular española), ha despegado con éxito desde el puerto espacial europeo en Kurú (Guayana Francesa), a bordo de un cohete Ariane 5, el observatorio que está llamado a revolucionar la astrofísica en la próxima década: el telescopio espacial James Webb (JWST, abreviado como el Webb).
El Webb observará una época del universo nunca vista antes, en la que las primeras galaxias y estrellas se estaban formando
El acontecimiento lo han confirmado y retransmitido por sus redes sociales las tres agencias espaciales que han participado en la construcción de este enorme observatorio: la NASA —que lidera el proyecto—, la europea ESA y la canadiense CSA.
Juntas colaboran desde el año 1996, cuando un comité de expertos recomendó desarrollar un telescopio espacial para observar el universo en luz infrarroja. Esta longitud de onda permite ver a través de las nubes de polvo y gas, ampliando la visión más atrás en el espacio y el tiempo, hasta hace unos 13.500 millones de años, respecto a lo que permite el Hubble operando con luz visible (unos 12.500 millones de años).
El Webb llegará más allá en el espacio y el tiempo que el Hubble. / NASA
“El Webb observará una época del universo nunca vista anteriormente en la que las primeras galaxias y estrellas se estaban formando, vamos a explorar un territorio desconocido”, destaca Macarena García Marín, astrofísica de la ESA que trabaja con uno de sus instrumentos.
29 días de tensión para desplegarlo
Pero antes de comenzar sus operaciones científicas, el observatorio se enfrentará a su complejo despliegue en el espacio. Su espejo de 6,5 metros y enorme parasol, aún más grande, se han tenido que doblar en un cohete de 5 m de diámetro.
Este telescopio es muy importante para la ciencia, pero también para la ingeniería espacial, es el primero que vamos a enviar con el espejo y el parasol doblado y hay que demostrar que lo podemos abrir en órbita
Begoña Vila (NASA)
De forma similar a ‘meter un barco en una botella’, el JWST se ha lanzado plegado, pero ahora sus piezas deben abrirse muy despacio en el frío vacío espacial durante las primeras semanas de viaje, los llamados 29 días al límite.
“Este telescopio es muy importante para la ciencia, pero también para la ingeniería espacial”, subraya Begoña Vila, ingeniera de sistemas de la NASA para otro instrumento y presentadora en español del lanzamiento del Webb, “porque hasta ahora estamos limitados por el tamaño del cohete y no podemos mandar nada más grande: es el primero que vamos a enviar con el espejo y el parasol doblado, y hay que demostrar que lo podemos desplegar en órbita. Se abre un campo nuevo para futuras misiones”.
Durante los primeros seis meses de puesta a punto, el llamado periodo de comisión, los científicos y responsables de la misión revisarán que todos los sistemas funcionan correctamente, encenderán los instrumentos, alinearan los espejos y recibirán las primeras imágenes y espectros de prueba desde el telescopio.
Componentes del Webb
El conjunto se asienta en una aeronave o spacecraft sobre la que está el gigantesco escudo solar o parasol, tan grande como una pista de tenis y dividido en cinco capas, que lo protegen de la luz y el calor que llegan desde el Sol y la Tierra. La temperatura en la parte orientada hacia nuestra estrella puede rondar los 100 ºC, mientras que detrás, en la lado frio en el que trabajan los instrumentos, alcanzar los -235 ºC.
Su espejo de 6,5 m con 18 piezas hexagonales está revestido de oro, un metal precioso que refleja muy bien la débil luz infrarroja con la que opera el telescopio
Encima del parasol multicapa se sitúa el telescopio en sí mismo, formado por el espejo primario de 6,5 m con 18 piezas hexagonales. Está fabricado de berilio revestido de oro, un metal precioso que refleja muy bien la débil luz infrarroja para su posterior detección.
Justo detrás del gran espejo se ha montado un módulo científico (ISIM) con cuatro instrumentos. Un espejo secundario reflejará la luz del primario en ellos. Además la nave cuenta con otros elementos, como antenas, estabilizadores y un sensor de guiado fino (FGS) para orientarse de forma muy precisa y mantener el observatorio estable.
De los cuatro instrumentos, tres operan en el infrarrojo cercano (NIRCam de la NASA, NIRSpec de fabricación enteramente europea y NIRISS canadiense), y otro en el infrarrojo medio (MIRI,construida al 50% entre la NASA y la ESA).
Los cuatro instrumentos científicos del Webb. / NASA
Dentro llevan cámaras para tomar imágenes de objetos astronómicos, espectrógrafos que descomponen la luz en sus colores para analizarla y coronógrafos para bloquear la luz de las estrellas, lo que permite observar los planetas que orbitan en torno a ellas.
Análisis de atmósferas exoplanetarias
Además de observar las primeras galaxias y estrellas que se formaron tras el Big Bang, las observaciones infrarrojas y espectroscópicas del Webb ayudarán a estudiar esos exoplanetas.
Uno de los objetivos es analizar la composición de sus atmósferas, especialmente la detección de biomarcadores o moléculas asociadas a la vida, como el agua.
Espectros de transmisión de algunas moléculas desde exoplanetas parecidos a la Tierra. / NASA
Las posibilidades de investigación que ofrece el Webb son enormes, y la comunidad científica ha planteado multitud de propuestas para acceder a sus datos.
El factor de presión para conseguir la información que facilita este telescopio espacial es uno de los más altos de la historia. El primer año de observaciones ya está todo aprobado y programado.
Operará en el lejano punto L2
Dentro de aproximadamente un mes, el Webb llegará a su destino. Orbitará alrededor del llamado punto de Lagrange L2, un lugar óptimo del sistema Sol-Tierra donde estabilizar y colocar este tipo de observatorios.
Ese punto se localiza a 1,5 millones de kilómetros, una distancia lo suficientemente grande (por comparar, la Luna está a unos 384.000 km) como para que, si alguna vez se estropea el telescopio, no puedan ir a repararlo los astronautas, como sí hicieron con el Hubble. Los científicos confían en que su sucesor no tenga problemas tras años de test criogénicos y pruebas.
En aquel lejano y frío punto L2 el James Webb escudriñará el universo al menos durante cinco años, pero está previsto que pueda funcionar otros cinco más.
El presupuesto global de este enorme y complejo observatorio espacial, que ha tenido multitud de retrasos e incluso estuvo a punto de cancelarse por temas presupuestarios, ronda los 10.000 millones de dólares, la mayoría aportados por la NASA y unos 700 millones de euros por la ESA, que también se ha encargado del lanzamiento.
Ahora, como ha destacado en alguna ocasión Thomas Zurbuchen, administrador asociado de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA, el Webb “se convertirá en el centro de todo el programa de observación astrofísica durante la próxima década, y nos enseñará el universo como no lo hemos visto nunca”.
Participación española en el Webb
El Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) es uno de los pocos centros a nivel mundial que colabora, junto a varias empresas, en dos de los instrumentos científicos del Webb: NIRSpec y MIRI. Muchos de los investigadores del CAB han participado en su desarrollo o utilizarán sus datos.
NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) es un espectrógrafo construido por la ESA con AIRBUS Defensa y Espacio como contratista principal. La NASA contribuye con los detectores y un innovador dispositivo microelectromecánico que permite la observación de muchos objetos simultáneamente. Las empresas españolas CASA, CRISA (actualmente integradas en el grupo AIRBUS) e Iberespacio han desarrollado componentes como la electrónica de control, el sistema de cableado criogénico y la cubierta del sistema óptico.
El investigador Santiago Arribas lidera uno de los programas científicos de este instrumento para estudiar la formación y evolución de las primeras galaxias y agujeros negros en el universo primigenio mediante espectroscopía 3D: “Esta técnica, que será utilizada por vez primera en un telescopio espacial, consiste en obtener simultáneamente miles de imágenes de una pequeña región del cielo en longitudes de onda ligeramente diferentes. Esto nos permitirá caracterizar con mucho detalle sus propiedades físicas, químicas y cinemáticas”. Pablo Pérez González también usará la espectroscopía 3D del instrumento para entender por qué algunas galaxias han dejado de formar estrellas en épocas tempranas del universo.
Por su parte, Bruno Rodríguez del Pino realizará pruebas después del lanzamiento y coordina un proyecto para caracterizar las propiedades de galaxias con formación estelar intensa. Michele Perna está en los grupos de verificación científica del instrumento, y coordina un proyecto centrado en el estudio de los agujeros negros en épocas tempranas. Estos científicos también forman parte del programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), un gran cartografiado cosmológico que se realiza en colaboración entre los equipos científicos de NIRSpec y NIRCam.
En cuanto a MIRI (Mid-Infrared Instrument), es el instrumento más sofisticado enviado al espacio para trabajar en el rango del infrarrojo térmico o medio. Será mucho más sensible y con mayor resolución angular que su predecesor. “Sus características hacen que sea único para el estudio de exoplanetas, de la química de los discos protoplanetarios y de la formación y evolución de las galaxias”, apunta Luis Colina, uno de sus investigadores principales.
Diversos grupos de ingeniería del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), bajo la dirección de Lola Sabau, Eva Díaz, Ana Aricha, Tomás Belenguer, Luis Gonzalez, Inmaculada Figueroa y David Barrado, junto con la empresa de ingeniería LIDAX, desarrollaron el MTS (MIRI Telescope Simulator), un sistema óptico con el que se simuló la señal óptica del Webb en condiciones de espacio profundo y que se utilizó para la caracterización de MIRI antes de su entrega a NASA en 2012.
Colina lidera el grupo que estudiará la formación y evolución de galaxias a distancias cosmológicas, Almudena Alonso Herrero otro equipo que estudiará las regiones nucleares y agujeros negros en galaxias cercanas, y David Barrado participa en el grupo de caracterización de exoplanetas y discos protoplanetarios. Además, Javier Álvarez y Álvaro Labiano están involucrados en labores de calibración y caracterización orbital de MIRI durante el primer semestre de 2022.
Otros miembros del equipo científico de MIRI participan en proyectos adicionales, como Pablo G. Pérez González, que lo hará en los mayores cartografiados cosmológicos que se realizarán en el primer año de operaciones del telescopio, entre ellos el Cosmic Evolution Early Release Science Survey, CEERS. Por su parte, Javier Álvarez liderará un estudio de galaxias aparecidas en épocas tempranas del universo (cuando tenía un 5% su edad actual).
Además, en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial que tiene la NASA en Baltimore (EE UU) trabajan como científicas de instrumentos del Webb las españolas Macarena García Marín (en MIRI) y Elena Puga (en NIRSpec), junto al resto de investigadores de la ESA desplazados a ese centro.
También hay que destacar los representantes nacionales trabajando en la propia NASA, como la ingeniera de sistemas gallega Begoña Vila Costas, premiada por la agencia espacial estadounidense por su trabajo con el instrumento doble FGS-NIRISS del Webb y que participa en la transmisión en español del lanzamiento.