Impresión artística del telescopio espacial James Webb, plegado en el cohete Ariane 5 durante el lanzamiento desde el puerto espacial europeo en la Guayana Francesa. Webb es el próximo gran observatorio de ciencias espaciales, diseñado para responder preguntas pendientes sobre el Universo y realizar descubrimientos revolucionarios en todos los campos de la astronomía. Webb verá más a fondo nuestros orígenes, desde la formación de estrellas y planetas hasta el nacimiento de las primeras galaxias en el Universo temprano. Webb es una asociación internacional entre NASA, ESA y CSA. Créditos: ESA / D. Ducros

Mientras el equipo continúa trabajando en el despliegue del Webb, nos tomamos un momento para aprender más sobre el lanzamiento de la mano de dos representantes de la Agencia Espacial Europea (ESA), Daniel de Chambure, Director Interino de Adaptación y Misiones Futuras de Ariane 5 para la ESA y Maurice Te Plate, JWST. Ingeniero de sistemas NIRSpec y AIV para la ESA. Proporcionan detalles sobre la trayectoria del lanzamiento, que es la primera fase del viaje de Webb antes de las correcciones de rumbo planificadas adicionales:

El Ariane 5 europeo entregó a Webb, con una masa de lanzamiento de aproximadamente 13.700 libras (6.200 kg), en la primera fase de su trayectoria planificada hacia su posición final orbitando el punto L2 Lagrange. Mientras todos contuvimos nuestra respiración colectiva, el despegue fue el 25 de diciembre de 2021 a las 7:20 am EST desde el puerto espacial europeo en Kourou, Guayana Francesa, para un vuelo que duró unos 27 minutos antes de la separación de la nave espacial.

Aproximadamente siete segundos después del inicio del encendido del motor criogénico de la etapa principal, se encendieron los dos propulsores de propulsor sólido, lo que permitió el despegue. El lanzador primero subió verticalmente durante unos 13 segundos y luego giró hacia el este. Los propulsores sólidos se desprendieron 2 minutos y 14 segundos después del despegue.

Créditos: NASA TV

El carenado que protegía a Webb de las tensiones acústicas, térmicas y aerodinámicas durante el ascenso, se eliminó 3 minutos y 19 segundos después del despegue. Para proteger las delicadas mantas de protección solar térmica de Webb, el carenado se modificó para minimizar el impacto de la despresurización en la separación. Los puertos de ventilación actualizados permitieron que la presión dentro del carenado se igualara adecuadamente antes de la apertura. La presión residual registrada estuvo satisfactoriamente por debajo del máximo permitido requerido.

Una vez que se completó la parte atmosférica del vuelo, las computadoras a bordo de Ariane optimizaron la trayectoria en tiempo real y llevaron el lanzador a la órbita intermedia apuntada al final de la fase de propulsión de la etapa principal, a los 8 minutos y 35 segundos después del lanzamiento. Diez segundos más tarde, el motor HM7B de la etapa superior criogénica, con Webb todavía en la parte superior, se encendió y se hizo funcionar durante 16 minutos. Después de la parada del motor, la etapa superior se sometió a una serie de maniobras de posicionamiento con su sistema de control de actitud para separar Webb en la actitud requerida.

Créditos: NASA TV

Después de la separación, la etapa superior se sometió a una delicada serie de maniobras para evitar la contaminación y la colisión, asegurándose de que sus columnas de propulsión no chocaran contra Webb y su preciosa óptica.

Finalmente, se realizó una maniobra de final de vida útil para evitar posibles riesgos de colisión a largo plazo con Webb.

El mismo dia 25 de diciembre, el equipo de Webb ejecutó con éxito la primera de las tres correcciones de órbita planificadas para que Webb entrara en su órbita de halo alrededor del segundo punto de Lagrange, L2. Para saber más sobre estas importantes maniobras, aquí están los comentarios de Randy Kimble, el científico del proyecto de integración, prueba y puesta en servicio de Webb, en NASA Goddard:

Al enviar el Observatorio Webb a su órbita alrededor del punto L2 Sol-Tierra, la gran mayoría de la energía requerida fue proporcionada por el cohete Ariane 5. Después de la liberación del observatorio del cohete, se planean varios pequeños ajustes a la trayectoria, para facilitar el observatorio en su órbita operativa aproximadamente un mes después del lanzamiento.

An drawing of Webb's orbit around the L2 point.
La órbita de Webb está alrededor de L2, un punto de equilibrio gravitacional en el otro lado de la Tierra desde el Sol, pero no reside exactamente en el punto L2. Justo en ese punto, la sombra de la Tierra sobre el Sol sería lo suficientemente grande como para reducir en gran medida la cantidad de energía disponible para los paneles solares de Webb, sin simplificar en gran medida los desafíos de enfriamiento. Además, cuando las antenas de comunicación de Webb apunten a la Tierra para recibir órdenes, quedarán cegadas por la enorme emisión de radio del Sol en la misma dirección. En cambio, como indica el diagrama, Webb opera en una órbita muy amplia (muchos cientos de miles de kilómetros de diámetro) alrededor de L2, con luz solar constante y con comunicaciones limpias con las estaciones terrestres. Créditos: NASA

La corrección de mitad de curso (MCC) más grande e importante, designada MCC-1a, ya se ejecutó con éxito según lo planeado, comenzando 12,5 horas después del lanzamiento. Este momento se eligió porque cuanto antes se hace la corrección de rumbo, menos propulsor requiere. Esto deja tanto combustible restante como sea posible para las operaciones ordinarias de Webb durante su vida útil: mantenimiento de la estación (pequeños ajustes para mantener a Webb en su órbita deseada) y descarga de impulso (para contrarrestar los efectos de la presión de la radiación solar en el enorme parasol).

La combustión no se programó inmediatamente después del lanzamiento para dar tiempo al equipo de dinámica de vuelo para recibir datos de seguimiento de tres estaciones terrestres, ampliamente separadas sobre la superficie de la Tierra, proporcionando así una alta precisión para la determinación de la posición y velocidad de Webb, necesaria para determinar los parámetros precisos para la corrección de quemado. Las estaciones terrestres en Malindi Kenia, Canberra Australia y Madrid España proporcionaron los datos de alcance necesarios. También hubo tiempo para hacer una prueba de encendido del propulsor requerido antes de ejecutar la combustión real. Actualmente estamos haciendo el análisis para determinar cuánta corrección adicional de la trayectoria de Webb será necesaria y cuánto combustible quedará, pero ya sabemos que la colocación de Webb en el Ariane 5 fue mejor que los requisitos.

Un aspecto interesante del lanzamiento de Webb y las correcciones intermedias es que siempre «apuntamos un poco bajo». El punto L2 y la órbita suelta de Webb a su alrededor son solo semi-estables. En la dirección radial (a lo largo de la línea Sol-Tierra), hay un punto de equilibrio en el que, en principio, no se necesitaría ningún empuje para permanecer en posición; sin embargo, ese punto no es estable. Si Webb se desplazara un poco hacia la Tierra, continuaría (en ausencia de un empuje correctivo) acercándose cada vez más; si se alejara un poco de la Tierra, continuaría alejándose más. Webb tiene propulsores solo en el lado cálido del observatorio que mira hacia el Sol. No quisiéramos que los propulsores calientes contaminen el lado frío del observatorio con calor no deseado o con gases de escape de cohetes que podrían condensarse en la óptica fría. Esto significa que los propulsores solo pueden empujar a Webb lejos del Sol, no hacia el Sol (y la Tierra). Por lo tanto, diseñamos la inserción de lanzamiento y los MCC para mantenernos siempre en el lado cuesta arriba del potencial gravitacional, nunca queremos pasar la cresta y desviarnos cuesta abajo por el otro lado, sin capacidad de regresar.

Por lo tanto, la inserción de lanzamiento del Ariane 5 se diseñó intencionalmente para dejar algo de velocidad en la dirección anti-sol que proporcionaría la carga útil. MCC-1a se ejecutó de manera similar para eliminar la mayor parte, pero no toda, de la corrección total requerida (para asegurarse de que esta quema tampoco se sobrepase). De la misma manera, MCC-1b, programado para 2,5 días después del lanzamiento, y MCC-2, programado para aproximadamente 29 días después del lanzamiento (pero ninguno de ellos es crítico en el tiempo), y las quemaduras de mantenimiento de la estación a lo largo de la vida útil de la misión siempre empujarán solo lo suficiente como para dejarnos un poco tímidos de la cresta. Queremos que Sísifo siga haciendo rodar esta roca por la suave pendiente cerca de la cima de la colina; no queremos que nunca ruede sobre la cresta y se aleje de él. El trabajo del equipo de Webb, guiado por Flight Dynamics Facility en NASA Goddard, es asegurarse de que no sea así.

Créditos: NASA TV

A las 7:20 pm EST del 27 de Diciembre, 60 horas después del despegue, comenzó la segunda combustión de corrección de mitad de curso de Webb. Duró 9 minutos y 27 segundos y se completó satisfactoriamente. Esta combustión es una de las tres correcciones de rumbo planificadas para poner el telescopio en la órbita deseada

Articulo divulgativo basado en la información original en Inglés del blog del Webb
Créditos: NASA / ESA / Karen Fox
Daniel de Chambure, Acting Head Ariane 5 Adaptation & Future Missions, ESA
Maurice Te Plate, JWST NIRSpec Systems and AIV Engineer, ESA
Randy Kimble, JWST Integration, Test, and Commissioning Project Scientist, NASA Goddard Space Flight Center

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