Después de casi 16 años de explorar el cosmos con luz infrarroja, El telescopio espacial Spitzer de la NASA se apagará permanentemente el 30 de enero 2020. Para entonces, la nave espacial habrá operado durante más de 11 años más allá de su misión principal, gracias a la capacidad del equipo de ingeniería de Spitzer para abordar desafíos únicos a medida que el telescopio se aleja cada vez más de la Tierra.

Administrado y operado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, Spitzer es un observatorio pequeño pero transformador. Captura luz infrarroja, que a menudo es emitida por objetos "cálidos" que no son lo suficientemente calientes como para irradiar luz visible. Spitzer ha levantado el velo sobre los objetos ocultos en casi todos los rincones del universo, desde un nuevo anillo alrededor de Saturno hasta observaciones de algunas de las galaxias más distantes conocidas. Ha espiado estrellas en todas las etapas de la vida, mapeó nuestra galaxia de origen, capturó magníficas imágenes de nebulosas y sondeó planetas recién descubiertos que orbitan alrededor de estrellas distantes.

Pero como subdirector de misión de Spitzer, Joseph Hunt, dijo, "Puedes tener una nave espacial de clase mundial, pero no significa nada si no puede recuperar los datos en casa ".

Spitzer orbita el Sol en un camino similar al de la Tierra, pero se mueve un poco más lento. Hoy se encuentra a unos 158 millones de millas (254 millones de kilómetros) detrás de nuestro planeta, más de 600 veces la distancia entre la Tierra y la Luna. Esa distancia junto con la curva de la órbita de Spitzer, significa que cuando la nave espacial apunta su antena fija a la Tierra para descargar datos o recibir comandos, sus paneles solares se inclinan lejos del sol. Durante esos períodos, la nave espacial debe depender de una combinación de energía solar y energía de la batería para funcionar.

El ángulo en el que los paneles apuntan en dirección opuesta al Sol ha aumentado cada año que la misión ha estado operando. Estos días, para comunicarse con la Tierra, Spitzer tiene que colocar sus paneles en un ángulo de 53 grados lejos del Sol (90 grados estarían completamente mirando hacia afuera), a pesar de que los planificadores de la misión nunca tuvieron la intención de que se inclinara más de 30 grados del sol. Spitzer puede comunicarse con la Tierra durante aproximadamente 2,5 horas antes de tener que girar sus paneles solares hacia el Sol para recargar sus baterías. Esa ventana de comunicaciones se acortaría año tras año si Spitzer continuara operando, lo que significa que hay un límite en cuanto al tiempo que sería posible operar la nave espacial de manera eficiente.

Un esfuerzo duradero

Enseñar a la nave espacial a aceptar nuevas condiciones, como el ángulo creciente de los paneles solares durante las comunicaciones con la Tierra, no es tan simple como accionar un interruptor. Hay varias formas en que estos cambios podrían activar mecanismos de seguridad en el software de vuelo de la nave espacial. Por ejemplo, si los paneles se inclinaban más de 30 grados del Sol durante los primeros años de la misión, el software habría pulsado "pausa, "poner la nave espacial en" modo seguro "hasta que el equipo de la misión pudiera averiguar qué estaba mal. El ángulo cambiante del Spitzer al Sol también podría activar mecanismos de seguridad destinados a evitar que las partes de la nave espacial se sobrecalienten.

Entrar en modo seguro puede ser particularmente peligroso para la nave espacial, tanto por su creciente distancia de la Tierra (que dificulta la comunicación) como porque los viejos sistemas a bordo podrían no reiniciarse una vez que se apaguen.

Para hacer frente a estos desafíos, Los ingenieros y científicos del proyecto de JPL y Caltech han trabajado con el equipo de ingeniería del observatorio en Littleton de Lockheed Martin Space, Colorado, facilidad para encontrar un camino a seguir. (Lockheed Martin construyó la nave espacial Spitzer para la NASA). Bolinda Kahr, Gerente de misión de Spitzer, lidera este equipo multicéntrico. A lo largo de los años, ella y sus colegas han descubierto con éxito cómo anular los mecanismos de seguridad diseñados para la misión principal y, al mismo tiempo, asegurarse de que tales alteraciones no introduzcan otros efectos secundarios no deseados.

Pero a medida que Spitzer envejece y se aleja de la Tierra, el desafío de mantener la nave espacial en funcionamiento y el riesgo de que sufra una anomalía importante están aumentando.

"Puedo decir sinceramente que nadie involucrado en la planificación de la misión pensó que estaríamos ejecutando en 2019, "dijo Lisa Storrie-Lombardi, Gerente de proyectos de Spitzer. "Pero tenemos una nave espacial increíblemente robusta y un equipo increíble. Y hemos tenido suerte. Tienes que tener algo de suerte, porque no puedes anticiparlo todo ".

Manteniendo fresco

La mayoría de los detectores de infrarrojos deben enfriarse a temperaturas muy bajas, porque el exceso de luz infrarroja de los objetos "cálidos", incluido el Sol, Tierra, la nave espacial e incluso los propios instrumentos pueden saturar los sensores infrarrojos. Este enfriamiento generalmente se realiza con un refrigerante químico.

The Spitzer planners instead came up with a passive-cooling system that included flying the spacecraft far from Earth (a major infrared heat source). They also chose materials for the spacecraft exterior that would both reflect sunlight away before it could heat the telescope and radiate absorbed heat back into space. En esta configuración, coolant is required only to lower the instrument temperatures a few degrees further. Reducing the onboard coolant supply also drastically allowed the engineers to cut the total size of the spacecraft by more than 80% and helped curtail the anticipated mission budget by more than 75%.

Although Spitzer's coolant supply ran out in 2009, rendering two of its three instruments unusable, the team was able to keep half of the remaining instrument operating. (The instrument was designed to detect four wavelengths of infrared light; in the "warm" mode, it can still detect two of them.)

Lasting more than twice as long as the primary mission, Spitzer's extended mission has yielded some of the observatory's most transformational results. En 2017, the telescope revealed the presence of seven rocky planets around the TRAPPIST-1 star. En muchos casos, Spitzer's exoplanet observations were combined with observations by other missions, including NASA's Kepler and Hubble space telescopes.

Spitzer's final year and a half of science operations include a number of exoplanet-related investigations. One program will investigate 15 dwarf stars (similar to the TRAPPIST-1 star) likely to host exoplanets. An additional 650 hours are dedicated to follow-up observations of planets discovered by NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), which launched just over a year ago.

Final Voyage

Every mission must end at some point. As the challenges associated with operating Spitzer continue to grow and as the risk of a mission-ending anomaly on the spacecraft rises, NASA has made the decision to close out the mission in a controlled manner.

"There have been times when the Spitzer mission could have ended in a way we didn't plan for, " said Kahr. "I'm glad that in January we'll be able to retire the spacecraft deliberately, the way we want to do it."

While Spitzer's mission is ending, it has helped set the stage for NASA's James Webb Space Telescope, set to launch in 2021, which will study the universe in many of the same wavelengths observed by Spitzer. Webb's primary mirror is about 7.5 times larger than Spitzer's mirror, meaning Webb will be able to study many of the same targets in much higher resolution and objects much farther away from Earth than what Spitzer can observe.

Thirteen science programs have already been selected for Webb's first five months of operations, four of which build directly on Spitzer observations. Webb will greatly expand on the legacy begun by Spitzer and answer questions that Spitzer has only begun to investigate.