8-octubre-2023
En un proceso que tomó tres décadas desde el diseño hasta el lanzamiento, varias empresas se han unido para ayudar a prevenir la contaminación del histórico telescopio espacial JWST. Las lecciones aprendidas de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense también serán importantes para enviar futuros proyectos al espacio.
En un gran ejemplo de colaboración entre organizaciones, la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense trabajaron juntas en el histórico Telescopio Espacial James Webb (JWST), que se lanzó a finales de 2021.
El telescopio espacial James Webb consta de tres componentes principales: el elemento del telescopio óptico (OTE), el módulo de instrumentos científicos integrados (ISIM) y el elemento de la nave espacial (SCE). Los tres deben estar en perfecto estado de funcionamiento para que el telescopio se lance y funcione correctamente.
Por lo tanto, el control de la contaminación de este proyecto abarcó todo el proceso desde la construcción hasta el lanzamiento, lo cual es necesario debido a la alta sensibilidad de los equipos.
Se han contratado varias empresas para trabajar en elementos que ayuden al proyecto JWST en su recorrido, y a continuación analizamos solo dos de ellas.
Ingeniería Jacobs
Jacobs Engineering ayudó a desarrollar y lanzar el telescopio espacial James Webb de dos maneras.
Jacobs ha apoyado el programa durante más de 14 años, modificando y modernizando la «Cámara A», la cámara de vacío térmico más grande del mundo utilizada para simular las condiciones espaciales para equipos de prueba. El elemento del telescopio óptico JWST y el módulo de instrumentos científicos integrados se sometieron allí a pruebas de vacío criogénico durante más de 100 días en 2017.
Una de las tareas consistía en utilizar CFD para analizar la posible presencia de contaminantes en la sala limpia del lugar de lanzamiento.
Para este proyecto, el equipo de Jacobs tomó las instalaciones de 50 años e incorporó varias tecnologías nuevas que nunca antes se habían utilizado a esta escala. Al final del esfuerzo de renovación de la cámara, Jacobs había instalado tres millas de tubería nueva, una milla de tubería recubierta al vacío y más de 10 millas de cables y alambres ópticos.
Todo esto se hizo a pesar de las difíciles condiciones impuestas por la llegada del huracán Harvey en medio de esta prueba crítica. Jacobs trabajó con el Centro Espacial Johnson para mantener operaciones de prueba estables y completar esta prueba crítica a tiempo, sin interrupción durante el huracán.
Otra forma en que la empresa ayudó al proyecto del telescopio fue realizando análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) durante varias fases del programa de desarrollo JWST. Una de las tareas consistía en analizar la posible presencia de contaminantes en la sala limpia del lugar de lanzamiento y modelar el flujo de aire utilizando partículas de polvo para determinar las trayectorias de las partículas y los puntos de impacto. La tripulación del TG realizó análisis adicionales para determinar las líneas de temperatura y la ventilación del flujo de aire necesarias para proteger el telescopio durante el transporte.
Los miembros del equipo de Jacobs en el contrato de Servicios de Ingeniería de Sistemas Eléctricos (ESES) III en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA brindaron apoyo logístico para garantizar que el desmantelamiento, el almacenamiento seguro y el embalaje del equipo de soporte utilizado en las pruebas del observatorio se completaron de manera segura, correcta y a tiempo.
Empresa de Automatización de la Producción (PAC)
Hay muchas fases en un proyecto tan grande como este y, además del equipo de Jacob que trabajó en la parte de prueba y lanzamiento del proyecto JWST, también se necesitaban salas blancas en otras fases de construcción.
El diseño de la sala blanca de PAC fue una de las etapas finales de la construcción del telescopio Webb. Esta etapa consiste en aislar el telescopio para su montaje en el cohete en preparación para el lanzamiento.
Uno de los proveedores de PAC desde hace mucho tiempo aconsejó a la ESA que lo utilizara para este proyecto, tras el éxito demostrado de la empresa en otros proyectos de naves espaciales y satélites.
Una vez seleccionado para el proyecto, el experto en salas blancas de PAC identificó los requisitos del proyecto y proporcionó los componentes necesarios para la sala blanca. En esta etapa, se creó la propuesta final y se presentó a los equipos en la Guayana Francesa, donde se construirá la sala blanca.
El sistema de diseño de flujo de aire para salas blancas de JWST era un diseño de paso único o de circuito abierto.
PAC seleccionó un sistema de pared blanda para este proyecto. Se trata de una “estructura liviana similar a una tienda de campaña que aísla las operaciones limpias o sucias”. Al utilizar marcos metálicos y paredes transparentes, estos gabinetes son livianos, fáciles de ensamblar y escalables.
El espacio era un bien escaso para este proyecto, ya que el espacio disponible para la sala de montaje del telescopio era limitado. Ésta fue una de las razones detrás de la elección de un sistema de pared de software. «Nuestro proceso inicial incluyó cierta información sobre los requisitos y capacidades de diseño», explicó la empresa.
El sistema de diseño de flujo de aire para sala limpia de JWST era un diseño de paso único o de circuito abierto diseñado para proporcionar un ambiente libre de contaminantes y partículas.
PAC explica: «Los sistemas de flujo de aire de paso único fuerzan el aire a través de filtros HEPA instalados en el sistema de rejilla del techo. Funcionan extrayendo aire de un espacio acondicionado adyacente hacia la sala limpia. Este aire luego está presente a través de rejillas instaladas cerca del piso y no Recíclalo.
Lecciones aprendidas de las agencias espaciales
Desde su lanzamiento, JWST ha recopilado algunas imágenes impresionantes y proporcionado datos para numerosos proyectos. Con la ayuda de varias empresas, las tres agencias espaciales pudieron gestionar este exitoso lanzamiento.
Sin embargo, aún quedan algunas lecciones aprendidas que deben implementarse en futuros proyectos de las propias operaciones de las agencias. En una descripción general de las estrategias de control de la contaminación del proyecto, el equipo destacó algunos aspectos exitosos y no exitosos del programa.
Personas: Muchas de las lecciones aprendidas giraron en torno a la experiencia y gestión del equipo técnico. Ya sea dirigiendo a los miembros del equipo hacia proyectos que satisfagan las fortalezas individuales o gestionando turnos de equipo para evitar el agotamiento.
Un ejemplo de cómo aprovechar las fortalezas individuales fue cuando se seleccionó a un técnico con mucha energía para liderar las mejoras de las instalaciones de lavandería en colaboración con el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES).
Una forma en que la gerencia evitó el agotamiento fue hacer que un pequeño equipo a mitad de turno trasladara las intervenciones a diferentes partes del día en comparación con el resto del departamento de Integración y Pruebas (I&T). Esto también evitó la interferencia entre el mantenimiento del control de la contaminación y la repoblación con otras operaciones.
Instalación: En cuanto a la instalación en sí, hubo dos innovaciones en el control de la contaminación que resultaron importantes para el programa. Una de ellas eran unidades HEPA portátiles que permitían la creación y el mantenimiento de áreas de trabajo más limpias dentro y fuera de la sala blanca. Aunque también se señaló que “el uso futuro debería incluir soportes o áreas de protección frente a las caras del filtro para evitar que el personal obstruya el flujo de aire”.
Se encontraron fibras de escaneo de sala blanca sin sellar dentro del espectrómetro de infrarrojo cercano
Otra innovación fueron las toallitas para salas blancas con bordes sellados. El uso de estos elementos surgió del descubrimiento de fibras de escaneo de sala blanca no selladas que caían en un espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec). Cambiar de abierto a sellado resolvió este problema para el equipo. Este descubrimiento, que solo se descubrió gracias a inspecciones UV periódicas en el cuarto oscuro, también subrayó la importancia de este proceso para cualquier tarea sensible a las fibras.
Sólo el tiempo dirá
La astronomía infrarroja realizada por el telescopio espacial James Webb puede continuar durante cinco a veinte años. Más allá de los confines de nuestra atmósfera, proporcionará datos esenciales para astrónomos y físicos de todo el mundo.
Su duración depende de lo bien que esté diseñado, pero también de lo limpio que se mantenga con el tiempo. Sólo el tiempo dirá qué tan limpio está realmente.
Compañías
«Pensador incondicional. Aficionado a la televisión galardonado. Emprendedor total. Evangelista de la web. Nerd del café».