El elemento de la nave espacial del telescopio espacial James Webb de la NASA completó recientemente sus dos primeras pruebas ambientales de lanzamiento importantes en Northrop Grumman Aerospace Systems en Redondo Beach. California, y pronto se someterán a más pruebas para asegurarse de que manejará los rigores del lanzamiento y el duro entorno del espacio.

La primera prueba del elemento de la nave espacial simuló el impacto mecánico causado por la separación del adaptador de carga útil de la nave espacial después del lanzamiento. La segunda prueba sometió a la nave espacial al sonido extremo y la vibración resultante del entorno de lanzamiento. Estas pruebas acústicas y de separación de impactos son rutinarias para todas las naves espaciales.

Las inspecciones detalladas del hardware después de la prueba acústica mostraron que el hardware de sujeción que sujeta las cubiertas de la membrana del parasol en su lugar se había aflojado.

"La NASA está revisando las opciones de reparación y los próximos pasos en las pruebas del entorno de lanzamiento de elementos de la nave espacial, "dijo Greg Robinson, Director del programa de Webb. "El equipo está revisando los datos de prueba y la configuración del hardware y está trabajando activamente hacia acciones correctivas en el futuro cercano. Esperamos volver al flujo de pruebas ambientales en breve y continuar avanzando de manera segura y metódica hacia el éxito de la misión".

Descubrimientos como este no son infrecuentes en el desarrollo de una nave espacial compleja y única. "Este es un ejemplo de por qué los sistemas espaciales se prueban de forma exhaustiva y rigurosa sobre el terreno para descubrir imperfecciones y corregirlas antes del lanzamiento, "dijo Robinson.

El elemento de la nave espacial de Webb es el bus de nave espacial y el parasol combinado del observatorio. El elemento de la nave espacial y el elemento óptico e instrumentos científicos combinados de Webb, llamado su carga útil científica, formará el observatorio completo. Las dos mitades residen actualmente en Northrop Grumman, Contratista del observatorio de la NASA.

El impacto de la separación de la carga útil

Cuando Webb se lanza al espacio, debe doblarse como origami para que quepa dentro del carenado de carga útil de su cohete Ariane 5, que mide aproximadamente 15,1 pies (4,6 metros) de ancho. El carenado también llamado cono de la nariz del cohete, protege a Webb de las fuerzas y el calor de la atmósfera a medida que el cohete acelera hacia el espacio.

Dentro del carenado, el adaptador de carga útil conecta físicamente Webb a la parte superior del Ariane 5. El adaptador tiene dos mitades:una que está conectada permanentemente a Webb y la otra que está conectada a la segunda etapa del cohete. Cuando el cohete alcanza una altitud específica en la atmósfera superior de la Tierra, el carenado de la carga útil se desecha y vuelve a caer a la Tierra. Siguiendo esto, la primera etapa del Ariane 5 gasta su combustible y también se desecha.

Después de que la segunda etapa del cohete le da a Webb un empujón final para enviarlo en su camino a su órbita en el segundo punto de Lagrange Sol-Tierra (L2), las dos mitades del adaptador de carga útil están separadas, liberando a Webb del cohete. El lanzamiento envía un choque mecánico, una serie de vibraciones de alta frecuencia, a través del observatorio.

"El choque mecánico es una sacudida rápida del sistema, como cuando cierras la puerta de tu auto y el auto se estremece un poco, "explicó Keith Parrish, el Gerente del Observatorio de Webb en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Los componentes electrónicos de Webb están diseñados para resistir este impacto del mismo modo que una computadora portátil está diseñada para resistir los golpes y caídas de la vida cotidiana.

Para simular esta separación en la Tierra, Los ingenieros de Northrop Grumman primero suspendieron el elemento de la nave espacial en el aire con el adaptador de carga útil adjunto. Luego liberaron de forma remota la mitad inferior del adaptador de carga útil, que es la mitad que se unirá al cohete durante el lanzamiento. La mitad inferior cayó aproximadamente 8 pulgadas (unos 20 centímetros) sobre un área de retención acolchada en el piso de la sala limpia donde se estaba realizando la prueba.

Los ingenieros monitorearon las fuerzas causadas por el lanzamiento para asegurarse de que estuvieran dentro de los valores esperados. y cámaras de video de alta velocidad grabaron la separación para asegurarse de que fuera fluida. Durante el vuelo y la separación reales, 12 resortes empujarán suavemente a Webb lejos del Ariane 5.

El sonido y la vibración del lanzamiento.

Después de completar la prueba de choque, Los ingenieros envolvieron la nave espacial en una carpa de plástico y la trasladaron a la Gran Instalación de Pruebas Acústicas de Northrop Grumman. La carpa protegió a la nave espacial de la contaminación durante el traslado y durante la prueba acústica.

Durante el examen, Los ingenieros sometieron el elemento de la nave espacial a frecuencias de sonido que van desde 25 Hertz a 2, 500 hercios que es lo que experimentará Webb durante el lanzamiento. Estas frecuencias van desde los graves bajos (similares a los de un bombo) a los agudos bajos (aproximadamente el mismo nivel que la tecla E7 de un piano). También se probó a niveles de sonoridad de hasta 142,5 decibeles, aproximadamente 3 decibelios más de lo esperado durante el lanzamiento. La carga útil científica de Webb pasó por una prueba acústica similar en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, en 2017.

Los ingenieros instalaron varios micrófonos dentro y fuera de la carpa para monitorear el ambiente acústico durante las pruebas. También montaron alrededor de 500 acelerómetros alrededor del elemento de la nave espacial para monitorear las respuestas vibratorias que experimentó. Un acelerómetro mide las fuerzas o el estrés que experimenta el hardware durante la prueba.

Después de esta primera serie de pruebas, El elemento de la nave espacial de Webb se someterá a pruebas de vibración para garantizar que sobrevivirá a la intensa sacudida del lanzamiento.

El telescopio espacial James Webb de la NASA será el próximo gran observatorio de ciencias espaciales del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

Parte de la contribución de la ESA es el vehículo de lanzamiento Ariane 5, que es operado por Arianespace. El subcontratista de Arianespace RUAG Space proporcionó el adaptador de carga útil del cohete.