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Espacio

Historia de cómo el Hubble se convirtió en el satélite más asombroso

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En su libro 'Handprints on Hubble: An Astronaut's Story of Invention', la astronauta Kathryn D. Sullivan repasa las innovaciones de ingeniería que han conseguido que este telescopio espacial siga evolucionando y produciendo descubrimientos casi 30 años después de su puesta en marcha

  • por Kathryn Sullivan | traducido por Ana Milutinovic
  • 24 Diciembre, 2019

Se podría decir que el telescopio espacial Hubble y yo crecimos juntos. La mayoría de las personas consideran que los primeros días del Hubble se relacionan con el informe escrito en 1946 por el astrónomo de la Universidad de Princeton (EE. UU.) Lyman Spitzer. Yo nací en Paterson (EE. UU.) el 3 de octubre de 1951. Durante mi infancia y adolescencia, el desarrollo del Hubble se paralizó, aunque las tecnologías de la nueva era espacial maduraron suficiente para cumplir el sueño de Spitzer. Por una maravillosa coincidencia, los dos empezamos el tramo final de nuestros viajes al espacio casi al mismo tiempo. Fui seleccionada como astronauta en 1978, el mismo año que el Congreso de EE. UU. aprobó la construcción del Hubble.

El Hubble es una pieza de ingeniería increíble. Lo que lo hace radicalmente diferente de cualquier cosa construida antes o después es que fue diseñado para que pudiera ser mantenido por dos personas enfundadas en grandes trajes espaciales mientras orbitan a cientos de kilómetros sobre la Tierra. Es como arreglar un coche mientras se lleva un traje hinchable de luchador de sumo y guantes de boxeo, con el detalle adicional de que las herramientas flotan si se sueltan.

Los principios del diseño de mantenimiento son simples y familiares para cualquiera que haya realizado la más mínima reparación en su hogar o vehículo: las cosas son más fáciles de reparar cuando el diseño de las piezas es sencillo y ordenado, no hace falta tocar las piezas que están bien para llegar a la que está mal, los tornillos y conectores están estandarizados, y se necesitan pocas herramientas. ¿Cómo un grupo de personas que nunca había estado en órbita o llevado un traje espacial supo qué significaba "mantenimiento" en un entorno de microgravedad y fue capaz de aplicar ese conocimiento al diseño de este telescopio?

Hay dos innovaciones que demuestran el inventivo y riguroso trabajo realizado durante las primeras etapas del diseño de Hubble. La dificultad de realizar el mantenimiento del Hubble se convirtió en una prioridad para, por un lado, simplificar las herramientas para aumentar la eficiencia y por otro, reducir los gastos generales de la puesta en marcha.

El diseñador Henry Ford (sin relación con la familia de la conocida marca de coches) decidió abordar la primera problemática limitando la variedad de tornillos utilizados en el telescopio. Empezó a buscar el tornillo más pequeño posible con la resistencia necesaria a la alta tensión y un par de arranque razonable. En palabras simples, un tornillo suficientemente fuerte para resistir lo que él supuso que serían las fuerzas durante el lanzamiento del transbordador (que en ese momento no era más que un borrador en papel, por lo que no había datos seguros), pero no demasiado difícil de aflojar con una llave. Al elegir un tornillo concreto de alta resistencia con una cabeza hexagonal de 7/16 pulgadas de doble rosca, Ford empezó a buscar al equipo que instalaría los componentes electrónicos.

El trabajo de este equipo siempre se había limitado a asegurarse de que ninguna caja electrónica se soltara de sus sujeciones; nunca se les había ocurrido destornillar en órbita. Después de varias rondas de debate y análisis, acordaron usar el tornillo elegido para todas las piezas. Luego, Ford pasó al equipo de mecánica, que se encargaba de los paneles solares y de las bisagras y cerraduras de las antenas, y finalmente al equipo de los instrumentos científicos.

Cuando terminó, ya había reunido los necesarios datos de ingeniería para demostrar que el tornillo resultaría adecuado para cualquier aplicación y tenía el compromiso de usarlo por parte del ingeniero principal de cada sistema. Más tarde, la NASA haría que este tornillo fuera el estándar tanto del transbordador como de la estación espacial para cualquier cosa que hubiera que repararse durante un paseo espacial o EVA [actividad extravehicular].

La invención de Tom Fisher se centró en el tiempo necesario para preparar el lugar de trabajo. Conocía mejor que nadie los 38 sitios de trabajo de EVA en el telescopio, ya que había hecho a mano los precisos y detallados planos técnicos de cada ubicación y las posiciones del cuerpo que permitirían a los astronautas alcanzar y operar todos los equipos del mantenimiento. Fisher vio la necesidad de una plataforma operativa móvil, conocida como fijación de pies portátil, que fuera más versátil que la versión que la NASA iba a usar.

El sistema de fijación de pies portátil es para los astronautas lo mismo que la gravedad para la mecánica terrestre: es lo que les permite anclar los pies para poder tener impulso o aplicar fuerza a sus herramientas. Si intentamos girar un tornillo en la microgravedad del espacio sin una fijación de pies, en lugar del tornillo, lo que giraría sería nuestro cuerpo flotante. Las primeras fijaciones de pies eran básicamente placas y fustes. Se diseñaron para sobresalir directamente de la estructura a la que se unían. La placa de pie solo puede inclinarse en un eje y no se puede ajustar mientras está en uso. A Fisher se le ocurrió añadir pedales a la placa de pie para que los astronautas pudieran girar sus cuerpos con el movimiento de una bota. El concepto inicial de Fisher se perfeccionó mediante una serie de pruebas de flotabilidad neutra a partir de 1985, lo que dio lugar un dispositivo sumamente versátil que voló en cada misión del Hubble y ahora está en uso a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Durante los primeros dos minutos y 15 segundos, el viaje fue turbulento y ruidoso, como una combinación salvaje de un terremoto, un concierto y un avión de combate. Las vibraciones sonaban casi como un traqueteo de huesos; la propulsión empujaba hacia arriba a través de mi espalda de una forma fuerte y constante. Luego sentí que el impulso se desvanecía, escuché a Charlie informar de que los cohetes sólidos se estaban quemando según lo esperado, y después oí el golpe que significaba que habían sido expulsados. Después de eso, el viaje fue tranquilo y tan suave como el de un tren eléctrico. Cuando los motores se apagaron seis minutos después, la ligereza en mis extremidades y las listas de verificación que flotaban al final de sus correas confirmaron que estaba de vuelta en órbita. Me sentí en casa al instante.

La ligereza en mis extremidades y las listas de verificación que flotaban al final de sus correas confirmaron que estaba de vuelta en órbita. Me sentí en casa al instante.

Terminamos nuestro primer día en órbita muy animados. El brazo robótico funcionaba bien, el telescopio no mostraba signos de daños por las duras fuerzas de lanzamiento, y nuestros trajes espaciales fueron verificados perfectamente.

El día de puesta en marcha del Hubble para nosotros empezó con una melodía de despertador y con las tareas rutinarias: vestirse, tomar el desayuno, revisar el paquete de mensajes matutinos, actualizar los datos de navegación del transbordador y asegurarnos de que todos nuestros experimentos en la plataforma intermedia se estaban realizando correctamente. El cuidadosamente elaborado plan de puesta en marcha empezó a ir mal en cuanto Steve comenzó a levantar el telescopio de la sección de carga. El plan era desplegar los extremos del telescopio, es decir los paneles solares y las antenas, pero algo no iba bien. Casi cada paso de este plan reveló que el equipo de control en tierra en el Centro de Control de Operaciones del Telescopio Espacial no había apreciado completamente la complejidad de los sistemas de Hubble y tenía dificultades para lidiar con el ritmo y el estrés de las operaciones de vuelos espaciales reales.

Nuestras altas esperanzas de una primera imagen espectacular del Hubble se vinieron abajo unas semanas más tarde, cuando el mundo se enteró de que aquel telescopio espacial que había costado varios millones de dólares tenía una visión borrosa. Charlie y Steve pasaron muchas semanas preocupados por si habían sido ellos quienes habían causado el problema al golpear el telescopio mientras lo sacaban cautelosamente del compartimento de carga del transbordador. Así que debieron ser las únicas dos personas que se sintieron aliviadas al saber que el espejo primario de Hubble de 2,4 metros de diámetro tenía una forma errónea. Era demasiado plano en el perímetro por 0,0025 milímetros, que es aproximadamente 1/25 del diámetro de un cabello humano o 1/40 del grosor de una típica página de un libro de tapa dura.

Se trataba de una noticia increíble, un error impensable. Una oleada de asombro y angustia se extendió por la NASA y la comunidad científica involucrada en el Hubble. El Congreso y los medios estallaron indignados. El dolor podía notarse claramente en los tristes rostros de los funcionarios de la NASA que dieron la noticia al público. El plan inicial era lanzar la primera misión de mantenimiento dos o tres años después del despliegue, pero nadie se había imaginado que la vida de la misión Hubble estaría en juego nada más salir.

Debieron ser las únicas dos personas que se sintieron aliviadas al saber que el espejo primario de Hubble de 2,4 metros de diámetro tenía una forma errónea.

Como suele ocurrir, el truco para encontrar una solución fue reformular el problema. ¿El espejo en sí realmente se tenía que reparar? ¿Y si, en cambio, el verdadero reto fuera corregir la luz que reflejaba en los instrumentos? Una circunstancia positiva, la pequeña y solitaria porción de buenas noticias en ese verdaderamente horrible fiasco, sugirió que esto podría ser posible. La forma del espejo estaba mal, pero estaba precisa. Esto significaba que los ingenieros podían calcular con mucha precisión la diferencia entre su forma real y la que debía ser. Esta información se podía usar para calcular la corrección que arreglaría la visión del telescopio, de la misma manera que un optometrista determina la forma de las lentes graduadas que se necesitan para unas gafas.

Para octubre, el equipo ya tenía los esquemas de un plan de recuperación. Uno de los cuatro grandes instrumentos científicos en el extremo de popa del Hubble iba a ser reemplazado por una caja idéntica con la óptica correcta: pequeños espejos en el caso de Hubble, en lugar de lentes. Estos espejos proporcionarían una luz enfocada adecuadamente a los sensores de guía del telescopio y a los tres instrumentos adicionales. Se introdujeron espejos similares en la unidad de reemplazo para el principal instrumento de visión del Hubble, la cámara planetaria y de campo amplio, que ya estaba en construcción.

Otras cuatro tripulaciones visitaron el Hubble en los siguientes 16 años. Cada misión mejoró los métodos existentes e inventó nuevos dispositivos para hacer frente a reparaciones cada vez más complejas, pero todos se basaron en gran medida en las herramientas y equipos producidos por el equipo original. En la cuarta misión, los equipos de reparación del Hubble hacían cosas que nunca hubiéramos contemplado en 1990, como quitar la tapa de un delicado instrumento científico montado a unos pocos centímetros debajo del espejo primario para cambiar las placas de circuitos individuales.

Mientras realizaban sus tareas vitales, los astronautas que caminaban por el espacio y mantenían el telescopio dejaron sus huellas en él.

En el transcurso de las cinco misiones de mantenimiento, 16 caminantes espaciales pasaron un total de 165,8 horas, solo seis minutos menos de siete días completos, montando el brazo robótico del transbordador o trepando por el telescopio. Gracias a estas misiones, el telescopio actual se ha convertido en un instrumento mucho mejor que el que desplegamos por primera vez el 25 de abril de 1990. Su fiabilidad, almacenamiento de datos y tasas de transmisión de datos aumentaban a medida que las tripulaciones reemplazaban la electrónica original de la década de 1970 con los componentes de estado sólido de última generación.

Un aumento triple en la sensibilidad le permite ver más profundamente en el universoLas cámaras del Hubble son 100 veces mejores ahora que al principio, y sus espectrógrafos son 10 veces mejores. Todos estos avances permitieron al Hubble medir la tasa de expansión del universo, conocida como la Constante del Hubble, casi cinco veces más precisamente que el objetivo de diseño previo al vuelo. Por eso ha sido reconocido como el observatorio más productivo jamás construido.

En esencia, todo lo que queda del Hubble que llevamos hacia arriba en 1990 son los dos espejos y la armadura de medición que los sostiene, los pasamanos amarillos de EVA y los conectores de fijación de los pies, y la piel exterior plateada brillante que hace que esta magnífica máquina voladora sea tan fácil de detectar cuando pasa por encima en el crepúsculo. Esa piel plateada brilla mucho menos que el día que vi por primera vez al Hubble en abril de 1985. Gran parte de la descomposición se debe simplemente al duro entorno del espacio. Todos los satélites se "meteorizan", ya que son bombardeados constantemente por micrometeoroides, fragmentos de desechos espaciales, radiación intensa y las partículas cargadas en el viento solar. El Hubble es el único entre los satélites afectado por otra fuerza meteorológica: el contacto humano. Mientras realizaban sus tareas vitales, los astronautas que caminaban por el espacio y mantenían el telescopio dejaron sus huellas en él.

Estas visibles huellas de manos son como la punta de un iceberg, indicios dramáticos de una masa más grande que está fuera de la vista. Para mí, simbolizan las innumerables manos terrestres que diseñaron la capacidad de mantenimiento en el telescopio, construyeron las herramientas y el equipo necesario para hacer realidad el servicio en órbita, capacitaron a las tripulaciones de vuelo y trabajaron en cada misión tan incansablemente como los propios astronautas. Cada una de estas personas no reconocidas puede afirmar que también ha dejado sus huellas en el Hubble.

*Kathryn D. Sullivan fue astronauta de la NASA, subsecretaria de Comercio de Océanos y Atmósfera de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), y miembro del Salón de la Fama de los Astronautas. Este ensayo está adaptado y extraído de su libro ​'Handprints on Hubble: An Astronaut's Story of Invention', publicado el 19 de noviembre de 2019 por MIT Press.

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