¿Es posible reparar el telescopio Hubble sin astronautas?

El viernes día 5 de octubre de 2018 el telescopio espacial Hubble (HST) sufrió un fallo de uno de sus seis giróscopos e inmediatamente la comunidad astronómica entró en pánico. En realidad el problema, incluso si es permanente, no es crucial. El Hubble usa sus giróscopos para medir la velocidad de rotación del telescopio alrededor de sus tres ejes y optimizar así sus observaciones científicas. Estos datos, junto con los proporcionados por otros sensores, se usan para mover el telescopio empleando volantes de inercia. En un momento dado el Hubble solo usa tres giróscopos, aunque podría seguir estudiando el universo con solo uno (eso sí, no igual que ahora). Tras el fallo, el telescopio solo dispone de dos giróscopos operativos, así que probablemente se use solo uno para alargar la vida útil del otro. De hecho, entre 2005 y 2009 el Hubble estuvo funcionando con solo dos giróscopos. Pero más allá de este problema puntual, lo que está meridianamente claro es que solo es cuestión de tiempo que el telescopio deje de funcionar y nos deje huérfanos… astronómicamente hablando (esperemos que para entonces el James Webb ya esté en órbita). Así que una pregunta recurrente que veremos cada vez con más frecuencia es si resulta posible reparar este venerable telescopio en órbita.

El telescopio espacial Hubble visto desde el Atlantis en la misión STS-125 de 2009 (NASA).
El telescopio espacial Hubble visto desde el Atlantis en la misión STS-125 (SM4) de 2009 (NASA).

La cuestión puede parecer absurda porque todos los espaciotrastornados saben que el Hubble ha sido visitado por cinco misiones del transbordador que han reparado problemas más o menos graves e instalado nuevos equipos e instrumentos. Y es que el Hubble fue diseñado para permitir operaciones de mantenimiento en órbita (el principal motivo de su elevado coste). La última de estas misiones fue la SM4 (Servicing Mission 4), llevada a cabo por los astronautas de la STS-125 Atlantis en mayo de 2009. Precisamente, durante esta misión se sustituyeron los seis giróscopos por unidades totalmente nuevas. Lo que pasa es que, obviamente, el transbordador lleva siete años retirado y no hay ninguna nave tripulada en servicio que pueda reparar o mantener el telescopio Hubble. Las naves privadas CST-100 Starliner y Dragon 2 simplemente no están habilitadas para realizar actividades extravehiculares —ni siquiera disponen de trajes EVA— ni llevan brazos robot, mientras que la nave Orión solo realizará misiones más allá de la órbita baja. Con las naves tripuladas fuera de la ecuación, ¿queda alguna posibilidad?

Uno de los giróscopos del Hubble desmontado (NASA).
Localización de uno de los tres pares de giróscopos (NASA).

Sí que hay. En la misión SM4 de 2009 los astronautas instalaron un sistema de acoplamiento a la parte trasera del Hubble para permitir la visita de algún vehículo espacial. El sistema es un mecanismo andrógino de tipo LIDS (Low Impact Docking System) de 1,8 metros de diámetro parecido a los APAS empleados en la Mir y la ISS. La idea era —y es— acoplar un módulo propulsivo al final de la vida útil del telescopio para realizar una reentrada controlada (dicho módulo no se ha diseñado ni aprobado aún). Con once toneladas de masa y una órbita poco inclinada (28,5º), el Hubble no será un peligro de primer orden para la humanidad, pero tampoco es precisamente un satélite pequeño y lo mejor será evitar riesgos innecesarios. Evidentemente, este sistema también se puede usar para acoplar una nave robótica con el objetivo de mantener o reparar el telescopio.

Sistema de acoplamiento del Hubble (NASA).
Localización del sistema de acoplamiento (NASA).

El concepto, como suele ocurrir con todo lo relacionado con el espacio, no es nuevo. La NASA lo estudió seriamente tras la catástrofe del Columbia en 2003. A raíz de la tragedia se decidió que el transbordador espacial solo realizaría el número de misiones mínimo necesario para ensamblar la ISS. Esta decisión dejaba fuera cualquier misión de mantenimiento al Hubble, situado en una órbita distinta a la ISS. La misión SM4 solo sería autorizada in extremis cuando se aprobó un plan de rescate alternativo. Si había algún problema con la STS-125 Atlantis, la misión de emergencia STS-400 Endeavour hubiese despegado con cuatro astronautas para acercarse al Atlantis y rescatar a sus siete tripulantes. Este esquema de misión de emergencia LON (Launch on need) se utilizó en casi todas las misiones del shuttle a partir de la STS-107 Columbia, aunque en el caso de la SM4 era más importante porque el Atlantis no podía usar la ISS como refugio en caso de emergencia.

El ICM (NASA).
El ICM acoplado a los módulos Zaryá y Unity (NASA).

Pero antes de que la NASA decidiese arriesgarse con la SM4 se plantearon varios escenarios en los que una nave se acoplaría con el Hubble para repararlo de forma remota. Para tal fin la nave debía ir equipada con uno o varios brazos robot que jugarían el papel de los astronautas. Algunas de estas propuestas hacían uso del módulo ICM (Interim Control Module), construido por la NASA a finales de los 90 para mantener la ISS en órbita a raíz del retraso del módulo ruso Zvezdá. Finalmente el ICM no fue necesario y se quedó en tierra, pero se pensó en adaptarlo para una misión al Hubble. La nave basada en el ICM habría sido capaz de reemplazar todos los equipos e instrumentos planeados para la SM4. Por entonces el Hubble no estaba equipado con el sistema de acoplamiento LIDS, así que la maniobra de acoplamiento debía ser mucho más compleja (se usarían para tal fin los raíles de sujeción de los astronautas). El ICM permanecería acoplado al Hubble y se encargaría de su reentrada controlada al final de su vida útil. En las versiones más modestas de esta propuesta el ICM se acoplaría con el Hubble sin repararlo y se limitaría a elevar su órbita hasta el fin de la misión.

Una nave basada en el ICM se acopla con el Hubble para su mantenimiento (David Akin/NASA).

Una versión más elaborada de este proyecto, y con una disposición invertida, fue la HRV (Hubble Robotic Vehicle) de 2004. Este vehículo estaría formado por tres módulos: el EM (Ejection Module), el DM (De-orbit Module) y un sistema robótico. El EM llevaría todos los equipos para reparar y mejorar el Hubble e incluiría un brazo robot de 12 metros de largo, así como un manipulador de precisión adicional similar al Dextre de la ISS para las operaciones más delicadas. Curiosamente, el módulo DM estaría situado entre el EM y el Hubble. Una vez completado el mantenimiento robótico, el módulo EM se separaría y el DM permanecería acoplado para elevar la órbita del telescopio y, llegado el momento, efectuar su reentrada controlada.

Misión HRV (Jiegao Wang et al.)
Elementos del HRV (Jiegao Wang et al.)
Detalle del mantenimiento de la misión HRV (Jiegao Wang et al.).

A finales de la pasada década también se planteó una misión híbrida con vuelos tripulados en la que se acoplaría al Hubble una serie de módulos, incluidos elementos presurizados para permitir la presencia temporal de astronautas. Los astronautas viajarían a bordo de naves tripuladas comerciales que, además,  elevarían la órbita del complejo. Estas misiones usarían el puerto LIDS añadido en 2009, lo que facilitaría las operaciones de captura y acoplamiento. Este esquema de misión sería realizable hoy en día usando las futuras naves Dragon 2 y Starliner, pero el presupuesto de una misión tripulada comparada con una puramente robótica sería increíblemente más elevado.

Propuesta para mantenimiento del Hubble con módulos presurizados y naves tripuladas (en este caso una Crew Dragon de primera generación) (NASA).
Elementos del módulo DSM para mantenimiento del Hubble (NASA).

Todas estas propuestas fueron descartadas, principalmente por su elevado coste, pero demuestran que es perfectamente posible mantener y reparar el Hubble sin el transbordador en caso necesario. Mucho me temo que si el James Webb y el WFIRST siguen acumulando retrasos, algo nada descabellado, en los próximos años veremos nuevas reencarnaciones de estos proyectos para evitar la pérdida del único gran observatorio espacial en el espectro visible del que dispone nuestra especie.

Referencias:

  • Jiegao Wang et al, Modeling and Simulation of Robotic System for Servicing Hubble Space Telescope, Proceedings of the 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems October 9 – 15, 2006, Beijing, China.
  • https://spacecraft.ssl.umd.edu/publications/SM4R_white_paper_r1.pdf
  • https://sspd.gsfc.nasa.gov/images/nasa_satellite%20servicing_project_report_0511.pdf


59 Comentarios

  1. OFF TOPIC:

    Ejección de la Soyuz MS-10 durante el despegue, los cosmonautas a salvo rescatados en Kazajistán. La MS-10 se une a la T-10-1 en usar el SAS del cohete Soyuz en su historia. Por lo visto, hablan de un fallo de motor del cohete que ha ocasionado la activación del procedimiento de seguridad.

  2. De todas maneras iba a ocurrir, el prescindir de los cohetes rusos, por parte de EEUU. Pero, parece que cada vez hay más excusas para ejecutarlo cuanto antes. Entre lo de la soyuz en la ISS y el fallo ocurrido hace horas, me parece que la exigencia de usar sólo cohetes de EEUU se va a convertir en un hecho más antes, que después.

    Además que Ariane 5 tuvo hace unos días un fallo.
    http://spaceflight101.com/va241-anomaly-update-scenario/

    ¿Qué está ocurriendo con la industria espacial de otros países ajenos a EEUU?

    Empiezo a preguntarme si el James Webb acabará siendo lanzado por Europa o EEUU.

      1. No elige a ULA en vez de SpaceX, otorga contratos de desarrollo de lanzadores a 3 empresas.

        Son contratos para desarrollar lanzadores nuevos, los de SpaceX ya lo son. Además SpaceX rechazó que la fuerza aérea contribuyera al desarrollo del Falcon Heavy, con el que ya puede competir por los contratos de seguridad nacional (ya le han adjudicado 2).

        1. Y hace picadillo mi predicción de que SpX y ULA serían los dos elegidos al final…
          …pero aún puede cumplirse mi profecía:
          que SpX no haya sido elegido para financiar el desarrollo de un lanzador no significa que, al final, el FH no vaya a ser elegido para el trabajo. Al fin y al cabo, ya está desarrollado.
          Y estará maduro y probado cuando llegue el momento de la elección final.
          Pero sabe mal por el BFR… unos billoncetes no le irían mal.

          Gracias a esta decisión estratégica, para 2025 los USA pueden tener varios súper-lanzadores: New Glenn, Vulcan, Omega, FH, BFR.

    1. Te lo puedes preguntar, pero está diseñado única y exclusivamente para el Ariane 5, o lo lanza este vector o se queda en casa, no hay más que hablar. A parte que lo de sacar un fallo NO catastrófico de Junio, de un vector fiable a más no poder como el Ariane 5 es bastante patético. Como si este mismo año no hubiese habido problemas (catastróficos) con lanzamientos de EEUU:
      https://danielmarin.naukas.com/2018/01/08/spacex-realiza-el-primer-lanzamiento-orbital-de-2018-zuma/

      1. Gracias Txemary por tu réplica. No puedo aportar nada que defienda el punto de vista expuesto anteriormente. Prefiero estar equivocado. A veces ‘temo’ injustificadamente.

      2. Catastrofico? Es vox populi internacional que SpaceX inserto su carga como debia, que el no-desacople de la carga fue culpa del dispositivo de separacion que diseño Grumman, reemplazando el diseñado por SpaceX.

  3. El artículo es muy interesante pero, sin estimaciones de costes de cada opción robótica y tripulada, además de estimaciones del coste de desarrollo del propio Hubble y un sustituto equivalente, queda un poco cojo, la verdad.

  4. Si el James Webb es un éxito y funciona a la perfección creo que muy pronto saldrán nuevos proyectos de telescopios ópticos basados en él y viables economicamente. Construir un telescopio de similar tamaño de espejo sería mucho más barato que el James Webb ya que aparte de tener ya la tecnología necesaria, no necesitaría trabajar a tan baja temperatura al trabajar en el espectro óptico y ultravioleta con el ahorro de costes que esto supone no creen??

  5. Tambien se podría acoplar una Soyuz rusa (similar a la Soyuz TM-16 de 1993: https://orig00.deviantart.net/7bab/f/2016/153/7/5/soyuz_tm_16_by_aedwardbaker-da4oz9q.png) o una Shenzhou china (https://space.skyrocket.de/img_sat/sz-8__2.jpg) al puerto andrógino de tipo LIDS del Hubble y utilizar la función de exclusa del módulo orbital de ambas naves para que los cosmonautas, taikonautas y astronautas hagan las reparaciones e implementen experimentos, mejoras y nuevos sistemas (un telescopio internacional): a Rusia le proporciona una plataforma que supla la deficiencia de observatorios orbitales del espectro visible que el retraso del lanzamiento del Spektr-UF por las sanciones de EE.UU. ha supuesto para Roscosmos, a China le supone un ensayo de las técnicas para su telescopio Xuntian; y a EE.UU. un telescopio que seguir utilizando en el espectro visible antes o después de lo que pase con el James Webb y el WFIRST, descargando la carga financiera de operarlo.

    Particularmente creo que, fruto de la colaboración entre estadounidenses y rusos, una Soyuz con un puerto andrógino, dos tripulantes y un traje Orlan es la mejor opción para mantener el Hubble.

    1. Si, todo muy bonito, pero EE.UU. no va a permitir nada de eso. Y menos con una misión china, que los tienen totalmente vetados.
      Una misión de mantenimiento o es norteamericana o no sucederá.
      Saludos.

      1. Puede ser lo que dices, pero….

        No obstante, el Hubble y su tecnología tienen cerca de 30 años de antigüedad, no es que Rusia o China vayan espiarles la última tecnología (es más, en el caso de la colaboración con China, aparte de ahorrarse financiar la readaptación del APAS a la Soyuz; EE.UU. conocería el interior de una Shezhou china de 2018 (con elementos en pruebas o similares a los que llevará la futura nave china para 2020); frente a lo que China verá de un telescopio de 1990 (de hace 28 años) con modificaciones hechas en 2009 (hace casi 10 años)); y de este modo dispersan los esfuerzos económicos y materiales de estas dos potencias rivales de su Spektr-UF y su Xuntian, retrasándolos en beneficio del JWT y WFIRST, que les dan mil vueltas. Pero, que acumulan retrasos y sobrecostes crecientes, reduciendo la brecha tecnológica entre EE.UU. y otras potencias espaciales eneste campo día a día.

        Además, dando opciones al programa tripulado estadounidense ante un panorama de retirada de la ISS y constitución de la ROS (único proyecto futuro del programa tripulado ruso actualmente, lo que le da un especial significado y refuerzo moral para Roscosmos y el Kremlin), sumado a un retraso o cancelación de la Gateway (único proyecto futuro (y faraónico) del programa tripulado de EE.UU., Europa y Japón; que no goza del mismo significado moral y apoyo).

        Por último, el contrato (en el caso ruso) por la nave Soyuz tipo TM-16 (aparte de poder descargar el peso económico sobre Rusia en el proyecto, metiéndole más presión económica a Roscosmos con este caramelo envenenado, a cambio de poder sumar sus experimentos al telescopio norteamericano (lo que completaría la motivación de una misión de mantenimiento rumbo al anciano telescopio)) puede incluir, en una etapa cercana e inicial, una negociación encubierta y a-ojos-de-la-opinión-pública justificada de plazas en las naves Soyuz para compensar el fallo de la MS-10 y cubrir posibles retrasos en la V2 y la CTS-100 de cara a los próximos años. Así como, reabre la posibilidad a Rusia desde 1992-1993 de una Soyuz con dos tipos de puertos de atraque opcionales (andrógino y no-andrógino), financiados por EE.UU. y necesarios de cara a su estudio para la nueva nave rusa Federatsia (a la cual quieren añadir esta capacidad y ya se han dado los pasos para ello por parte de RKK Energia).

        De esta manera, Rusia o China ponen el cohete y nave Soyuz/CZ-2F-Shenzhou y sus infraestructuras de lanzamiento y seguimiento (operativos desde 1966/1999), los suministros estándar (en el tercer asiento), los nuevos experimentos (provenientes del IKI/CNSA, por ejemplo) y un cosmonauta/taikonauta. Y EE.UU. aporta la financiación del puerto andrógino (APAS), en el caso ruso (ahorrándose esta partida en el caso chino); los recambios y las herramientas (derivados del Shuttle) para el telescopio, y el otro astronauta. Con que se televise por canales estatales de los países implicados será una buena promoción para la NASA y Roscosmos/CNSA y un refuerzo de la exploración espacial de forma realista y a un relativo bajo precio para ambos países.

        1. Y aunque China o Rusia podrían tener acceso durante la misión a materiales en exposión al espacio durante décadas; dado que no sabrían su estado original, lo que sí tendría que saber la NASA, las observaciones serían de muy pobres resultados para estos países y de poca aplicación para sus Xuntian y Spektr-UF.

          Una misión de una Shenzhou/Soyuz (TM-16) al Hubble en 2026 sería similar a haber capturado la sonda solar ISEE-3 en 2014 para la NASA (https://danielmarin.naukas.com/2014/07/12/isee-3-hemos-perdido-la-tierra/).

  6. Sigo pensando que acoplar una nave con repuestos y dos brazos robóticos de telepresencia podría servir para reparar el viejo Hubble.
    Sólo hay que adaptar lo ya existente al espacio, ¿no?.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 10 octubre, 2018
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Astronomía • NASA