El ingeniero Erin Wilson agrega cinta de aluminio a cables eléctricos para protegerlos del frío durante las pruebas ambientales de equipo óptico especial. Estas pruebas verificarán la alineación real del instrumento de vuelo que volará a bordo del Telescopio Espacial James Webb de la NASA.
“Debido a que los instrumentos científicos de vuelo detectan luz infrarroja, deben ser extremadamente fríos para trabajar, por lo que el entorno donde se prueben debe ser demasiado frío también”, dice Wilson.
Wilson está trabajando en el Simulador de Ambiente Espacial cámara de vacío térmico en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland. El tema de la prueba es el elemento del Telescopio Óptico (OTE) Simulador, u OSIM. El hardware visto en el fondo es el Analizador de Imagen Beam, que será usado para medir la OSIM, que está bajo la plataforma en la que Wilson está trabajando. La OSIM es de unos dos pisos de altura y casi tan ancho como la cámara de prueba entera.
El trabajo de la OSIM es generar un rayo de luz al igual que el verdadero telescopio óptico se alimentará en los instrumentos científicos de vuelo. Debido a los instrumentos reales de ciencia de vuelos serán utilizados para probar el Telescopio real de Vuelos, su alineación y rendimiento tiene que ser verificado primero, utilizando OSIM, y antes de que esto suceda, el OSIM deberá ser probado y verificado.
En el espacio, el telescopio óptico actúa como los ojos del Telescopio Webb, y en la tierra, el sustituto de OSIM para el telescopio óptico, dice Robert Rashford, administrador del OSIM, asi como para el área de electrónica del Módulo de Instrumentos Científicos Integrados (ISIM por sus siglas en ingles). Este Hardware está siendo probado en un medio ambiente que imita el vacío alto y las bajas temperaturas que Webb experimentará en el espacio. Después Erin y otros hicieron poner las cosas en la cámara de prueba, los ingenieros de prueba sellaron arriba, evacuado todo el aire y se redujo la temperatura del equipo siendo probado a 42 grados Kelvin (-384 punto 1 grados Fahrenheit o -231 punto 1 grados Celsius).
“Se ha tardado un poco más de un mes para conseguir temperaturas lo suficientemente frías como para duplicar las temperaturas que Webb verá cuando opere en el espacio”, dice Rashford.
En las próximas semanas Rashford y el equipo de ingenieros de Goddard medirá la OSIM con el Analizador de Imagen Beam. Este proceso de verificación extremadamente frío o pruebas ópticas “criogénicas”, probablemente tomará 90 días para completarse.
El Observatorio Europeo del Sur, aprobó el proyecto para que en el desierto de Atacama (Chile) sea construido el telescopio óptico/infrarrojo más grande del mundo, European Extremely Large Telescope (E-ELT). En su desarrollo participarán 14 países europeos, tendrá un costo estimado de 1.083 millones de euros y deberá estar terminado en el año 2022.
El espejo primario de este telescopio tendrá un diámetro de 39.3 metros y el secundario de 6 metros de diámetro, será 4 veces más potente que el Very Large Telescope (VLT) construido en el mismo desierto y que actualmente es el telescopio más grande del mundo.
Con este telescopio gigante, los astrónomos tendrán la oportunidad de profundizar más en los estudios de planetas lejanos, agujeros negros, galaxias e investigar sobre la naturaleza de la materia y energía oscura.
A principios de este año, la NASA concluyó con las pruebas de congelamiento de los 18 segmentos de espejos que integrarán el espejo principal del telescopio espacial James Webb.
Los espejos fueron montados en grupos de 6 en un soporte especial y trasladados a la cámara de pruebas criogénicas, en cuyo interior se alcanzó y mantuvo un frío de -414 grados Fahrenheit (-248 grados Celsius). El frío dentro de la cámara criogénica, es similar al frío hostil del espacio.
Cuando el telescopio James Webb esté terminado, su espejo será un poco mayor de 6 veces comparado con el espejo del telescopio espacial Hubble y además será más liviano gracias a su tecnología de espejos segmentados de Berilio.
El telescopio James Webb, está diseñado para mirar más lejos y tendrá mayor capacidad para detectar la luz de las galaxias distantes.
La creación del Telescopio Espacial James Webb de próxima generación sólo fue posible como resultado de la imaginación y el desarrollo de las máquinas industriales que lo convertirían en una realidad. En un futuro cercano, algunas de estas tecnologías industriales podrían estar en una exhibición de un museo de Industria y Tecnología.
Imagine caminar en un museo de industria y tecnología en 10 años a partir de hoy, viendo una de las máquinas increíbles que ayudaron a perfeccionar los espejos del telescopio Espacial James Web. Esos espejos nos permitieron ver las primeras galaxias en el universo. Se podría estar mirando a la “Estación de Prueba Óptica”, que fue esencial en la formación de los espejos del telescopio a la perfección.
Su guía de turistas primero explicaría que los espejos del telescopio Webb pasaron a través de un largo proceso de fabricación y de pruebas rigurosas para asegurar que mantienen su forma mientras operan en el frío extremo del espacio. Los espejos deben ser capaces de proporcionar a la NASA con las más nítidas imágenes posibles de objetos en el espacio, y para hacerlo, necesitaron ser pulidos a una precisa “prescripción”. Sin embargo, el desafío es que los espejos son pulidos a temperatura ambiente, pero tienen que cumplir su forma prescrita a una temperatura cercana a los -240 °C o más fría.
Usted aprendería que la fabricación de los espejos para Webb tomó 6 años y comenzó con placas de metal hechas de berilio, un metal extremadamente duro que mantiene su forma en el frío extremo del espacio. El pulido es fundamental para el éxito de los espejos del telescopio Webb, y fue realizado en el centro de L-3 Tinsley en Richmont, California.
Es ahí donde la “estación de prueba óptica” fue creada y permitió que los espejos fueran hechos con la precisión extrema. Su guía de turistas podría permanecer en frente de su máquina grande, brillante, en tonos de acero, y explicar que Tinsley también creó una técnica del espejo y un centro de pulido que incluyó los hornos de temperatura en ciclos, sistemas de medición sofisticados y nueve únicos sistemas de superficie óptica controlada por computadora, capaces de pulir los espejos a una precisión de 18 nanómetros. Eso significa que si el territorio continental de los Estados Unidos fuera pulido suave con las mismas tolerancias, ¡el país entero – desde Maine hasta California – no variaría en espesor un poco más de cinco centímetros!.
Esta precisión fue importante para ayudar al telescopio Webb a ver las primeras galaxias que alguna vez se formaron, y los planetas alrededor de estrellas distantes. El telescopio Webb es la próxima generación de observatorios espaciales del mundo y sucesor del Telescopio Espacial Hubble. Se trata de un proyecto conjunto de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense.
Esta exhibición futura puede incluir un video de la entrevista con Patrick Johnson, que era el supervisor de prueba de óptica del telescopio Webb en el centro de L-3 Tinsley, en Richmond, California. Patrick proporciona respuestas a las preguntas sobre que es exactamente lo que la Estación de Prueba Óptica hace, y cómo se utilizó para medir las superficies de los espejos de Webb. Comenzaría a explicar que en 2011, el último juego de espejos del telescopio Webb, en vuelo terminaron de ser pulidos y recubiertos.
Patrick explicaría la interferometría, las técnicas en las que las ondas electromagnéticas se superponen de tal manera que podemos aprender acerca de la luz. Un interfetómetro permite mediciones precisas de las superficies a una fracción de la longitud de onda de luz visible.
Vamos a escuchar como Patrick responde algunas preguntas rápidas acerca de la Estación de Prueba Óptica. El narrador pregunta “¿Que mide la Estación de Pruebas Ópticas?” Patrick responde, “La prueba óptica fue diseñada para probar muchos de los parámetros de alineación con prescripción (o especificaciones de superficies ópticas)”. Una de las formas en las que se hizo fue estableciendo la distancia desde el punto de enfoque del interferómetro para la superficie del espejo. Esa fue medida usando un ADM, conocido como un Medidor de distancia absoluta (Absolute Distance Meter). Un ADM es básicamente una cinta métrica de alta-tecnología que utiliza rayos láser para medir distancias. Una vez que el espaciamiento se midió, entonces el radio del espejo se midió tan bien como la superficie circular del espejo. Se trata de ser preciso.
La siguiente cosa involucrada en la medición es como algo salido de Star Trek – es una prueba basada en un holograma generado por computadora (CGH – Computer Generated Hologram). Un CGH resta la luz reflejada desde el espejo del telescopio Webb para producir ondas de luz que pueden ser analizadas por un interferómetro para medir la superficie del espejo. Cuando es probado y analizado, los datos de la prueba muestran los errores que permanecen en la superficie del espejo que necesitan ser corregidos para que sea perfecto. El holograma generado por la computadora no es sólo una imagen proyectada. Se hayan “características de alineación” construidas en él, lo que significa que hay tres prescripciones o ajustes que se hacen en los espejos.
Patrick tambien menciona que la suavidad del espejo se mide para determinar la cantidad de luz difusa, o de luz de lugares diferentes a donde se dirige el espejo, que puede ser creada por la superficie del espejo.
“Si usted se está preguntando que es el objeto brillante y como una sierra detrás de mi, es un espejo plegable”, dice Patrick. “Debido a las limitaciones del espacio, los 16 metros (52.49 pies) de radio del telescopio Webb tuvieron que ser plegados a la mitad utilizando un espejo muy largo y muy plano, de manera que pueda caber dentro de las instalaciones de ensayo”.
El narrador entonces pregunta a Patrick cómo los espejos se ponen en esa máquina gigante con forma de sierra. “Los espejos son cargados con la cara óptica arriba hacia la máquina. Entonces necesitan ser acoplados, o bloqueados en su lugar. Lo hacemos utilizando las características de montaje en la parte posterior de los espejos y las características de acoplamiento en el Monte del Segmento Principal (PSM – Primary Segment Mount) en la Estación de prueba óptica. Una vez que el espejo está encerrado, el PSM puede ser elevado en una posición vertical y el punto de la superficie reflectante del espejo a lo largo del camino óptico, o básicamente en dirección opuesta a la cámara, para probarlo”.
Entonces pregunta el narrador, “¿Puede la estación de prueba óptica usar láser para probar, o luz infrarroja?” Patrick responde: “Utiliza un rayo láser visible. El interferómetro, que es la cajita blanca a la izquierda de mi cabeza (en la imagen o video), utiliza una longitud de onda de un rayo láser rojo de 632.8 nanómetros para medir la superficie óptica”. El narrador advierte un cartel cerca de Patrick y le dice, “me di cuenta del letreto detrás de ti, ‘Montaje de Segmento Primario’ ¿Eso quiere decir que todos los 18 espejos primarios del telescopio Webb fueron probados aquí?” “Correcto”, responde Patrick. “Todos los 18, además de las numerosas piezas de repuesto”.
Se hace una última pregunta importante. “¿Qué sucede si los espejos no pasan su prueba?” el narrador pregunta en el video. Patrick responde, “Los espejos regresarían a ser trabajados en su superficie óptica y se miden de nuevo una y otra vez hasta que pasan todos los requisitos”.
El recorrido luego pasa a mostrar a los visitantes un espejo de repuesto que no llegó al telescopio Webb, y a continuación, revela muchos secretos del universo que se han estado escondiendo a la humanidad por un tiempo muy largo.
El telescopio espacial T-170M, el más potente del mundo, será lanzado por científicos rusos en el 2015 y estará a una altura de 3000 Kilómetros y podría sustituir en un futuro cercano al telescopio estadounidense Hubble.
Este telescopio ruso será parte del nuevo Observatorio Espacial Mundial-Ultravioleta Spektr-UF, diseñado por la Sociedad Científica de Producción Lavochkin, proyecto en el participan además de Rusia, científicos de España, Alemania y Ucrania.
El telescopio T-170M, tiene un espejo de 170 centímetros de diámetro, está equipado con 3 espectrógrafos de alta y baja resolución y de cámaras para obtener imágenes de alta calidad en los rangos ultravioleta y ópticos del espectro.
Con el Observatorio Spektr-UF, se estudiará el universo en la zona del espectro electromagnético de 100 a 200 nanómetros, éstos imposibles de realizar con dispositivos terrestres.
Además del telescopio T-170M, se crearán para el Observatorio Mundial, segmentos terrestres para controlar la misión y procesar los datos recibidos.
