Detalles de algunos equipos empleados en la investigación espacial en España.

0

RadiotelescopioMadrid, SP, 10 de febrero de 2013.- Desde 1.964 con la firma del convenio sobre cooperación científica entre los gobiernos de EE.UU. y España, nuestro país ha participado muy activamente en la investigación espacial mediante varias Estaciones de Seguimiento ubicadas en distintos lugares de nuestra geografía.

En el término municipal de Robledo de Chavela (Comunidad de Madrid), existe una instalación dedicada a este propósito conocida como MDSCC (Madrid Deep Space Communications Complex).

Los equipos necesarios para llevar a cabo esta tarea son muy variados, sofisticados y a veces espectaculares. Voy a tratar de describir brevemente en este artículo la antena estrella de esta Estación de seguimiento. Se trata de la DSS-63 (Deep Space Station-63), testigo partícipe de importantes acontecimientos en la investigación espacial en nuestro sistema solar y "beyond" como dicen nuestros colegas de el otro lado.

DSS-63

La DSS-63, es un monstruo poco común de 8.000 toneladas y bastante desconocido pero fundamental en la investigación espacial; una antena cuyo plato paraboloide mide aproximadamente lo mismo que el ruedo de la plaza de toros de Las Ventas con la diferencia que tiene que moverse con gran precisión para poder establecer comunicación bidireccional con las naves que viajan por el espacio o para ser usada como radiotelescopio.

Solamente existen otras dos antenas iguales a ésta, una en los EE.UU. y otra en Australia

Voy a tratar de describir una serie de detalles poco conocidos por el público no especializado en este campo, de la forma más sencilla, breve y amena que sea capaz.

DSS-63 Detalle

Algunas características principales de la antena DSS-63:

Tipo de antena: Cassegrain (reflector paraboloide y subreflector hiperboloide).

Fecha de construcción: 1.974 (64 m.), modificada posteriormente en 1.987 (ampliada a 70 m.).

Tipo de ejes: Azimut y Elevación.

Diámetro del reflector paraboloide: 70 metros.

Altura: 71 metros (equivalente a un edificio de aproximadamente 20 pisos).

Peso total de la antena: 8.000 Toneladas.

Peso de la parte móvil: 3.500 Toneladas.

Velocidad: 0,25 grados/s.

Precisión: 0.005 grados.

Frecuencias Tx: Bandas S y X.

Frecuencias Rx: Bandas L, S, X y K.

Máxima velocidad del viento permitida en operación 65 K/h.

Diseñada para soportar vientos de una velocidad máxima de 160 K/h.

Algunos problemas específicos y soluciones:

Antes de seguir adelante, ya se habrán dado cuenta que para mover y apuntar con precisión de milésimas de grado a un punto en los confines de nuestro sistema solar o más lejos, no debe ser tarea fácil con tal monstruo.

En primer lugar un plato de 70 metros de diámetro no está construido de una sola pieza sino de 1.272 paneles de aluminio ajustables individualmente para formar la superficie paraboloide.

Para ajustar estos paneles se utiliza un método holográfico consistente en la recepción simultánea de un satélite geoestacionario de referencia con una antena auxiliar y la antena cuyos paneles hay que ajustar. Los datos recibidos se procesan y el equipo utilizado para tal fin muestra una pantalla con todos los paneles identificados y cuantas vueltas y en que sentido hay que mover los tornillos que sujetan a cada panel para lograr una desviación máxima de unas pocas décimas de milímetro respecto a la posición teórica ideal.

Una vez logrado el ajuste de los paneles del plato para formar una paraboloide casi perfecta, resulta que con tal peso de toneladas, dependiendo de la posición de la antena (Elevación), simplemente por la gravedad se deforma y hay que optimizar el enfoque moviendo el subreflector. Solamente el cuadrípode que soporta el subreflector se puede deformar unas 3 pulgadas lateralmente y ½ pulgada axialmente.

La temperatura exterior también es un factor a tener en consideración, así como la humedad atmosférica para un apuntamiento preciso, sobretodo en la banda K.

Si por la gravedad se deforma más o menos dependiendo de la posición y el viento también la afecta, así como la temperatura ¿cómo apuntamos con la antena donde queremos apuntar y no donde quiere Eolo, Newton o Helios?

La base de la antena que soporta la parte móvil tiene en el centro un hueco donde hay una torre concéntrica que llega casi hasta la base del plato principal. Esta torre central tiene una cimentación individual con objeto de que no se vea afectada por la estructura principal que soporta la antena. Al final de esta torre independiente, hay un dispositivo (Master Ecuatorial) encargado de dirigir la antena con precisión de unos pocos arcosegundos por medio de un sistema óptico (al no estar afectado por agentes externos como viento, deformaciones mecánicas, vibraciones etc.).

El movimiento de Elevación se hace sobre un eje que tiene (cuando la antena está inclinada), en un lado el plato de 70 metros, un cuadrípode para sujetar el subreflector, más unos conos donde van alojados los trasmisores y amplificadores de las distintas bandas, más la estructura que soporta todo ello y en el otro solamente dos ruedas dentadas para el movimiento de elevación que pesan bastante menos. Para equilibrar esta notable diferencia de peso, se suplementa la parte de las ruedas dentadas con varias toneladas de plomo.

Mediante unas potentes bombas hidráulicas, toda la parte móvil de la antena (3.500 toneladas) se desliza o mejor, flota en el moviendo de Azimut sobre una película de aceite del grueso de una hoja de papel de solamente 25 centésimas de milímetro. Si el grosor de esa película disminuyese la antena se para inmediatamente.

¿Quiénes trabajan con esta antena?

  • – En lo que a mantenimiento concierne, permanentemente hay un equipo de electro-mecánicos haciendo mantenimiento preventivo y correctivo.
  • – También hay otro equipo atendiendo la parte electrónica de control de antena.
  • – Otro grupo lo forma el personal de mantenimiento de los transmisores de alta potencia y amplificadores de bajo nivel de ruido tipo MASER, HEMT etc. situados en el foco del subreflector (conos).
  • – Electricistas y técnicos de aire acondicionado.
  • – Personal de comunicaciones. Hay infinidad de teléfonos, intercomunicadores y altavoces distribuidos por toda la antena, desde la parte más alta hasta el sótano.
  • – Personal de seguridad y salud. Recuperar un accidentado a 70 metros con accesos muy difíciles en algunos casos puede ser muy complicado.
  • – Personal del servicio contra incendios.
  • – Casi permanentemente, personal de Control de Calidad.
  • – Y como usuario de esta antena está el Departamento de Operaciones, siendo un "Link Controller" quien normalmente la utiliza para hacer seguimientos bien de naves espaciales o trabajos de Radioastronomía (VLBI, CAT M&E, etc.) asistido en ocasiones por un radioastrónomo.

Curiosidades:

Curiosidades

Toda la antena está pintada de color blanco y cuando se trabaja, sobretodo en el plato principal, la intensidad de la luz solar reflejada es tan intensa que es imprescindible utilizar unas gafas de seguridad especiales parecidas a las que se usan en la nieve para evitar que se produzcan daños en la vista.

Cuando se sale al plato principal para subir a la plataforma del subreflector, hay que ir por un camino estrecho marcado sobre algunos paneles para no deteriorar al pisar, el ajuste del resto de paneles que componen la superficie paraboloide.

Paraboloide

Las vistas desde la plataforma del subreflector de la antena DSS-63 son espectaculares, parecidas a las observadas desde la cumbre de una montaña.

Dentro de la estructura de la antena hay oficinas, equipos electrónicos, talleres, etc. que están permanentemente con personal y giran con la antena cuando está haciendo algún seguimiento.

Una de las joyas guardadas en el interior de esta antena es un tipo de amplificador MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) de bajo nivel de ruido refrigerado por helio y que trabaja a -269 grados centígrados.

Para acceder a los distintos niveles de la antena hay escaleras y un ascensor hasta la parte inferior del plato. Para seguir ascendiendo hay que utilizar escaleras únicamente.

Los pájaros sienten una especial atracción por la estructura de esta antena para pernoctar y criar, supongo que se sienten más protegidos en esas alturas y recovecos. Los excrementos de estas aves crean un problema serio de corrosión de la antena, deteriorado del cableado, conectores, olor desagradable etc. Después de haber probado varios sistemas de disuasión, parece ser que lo que mejor funciona es el servicio de una compañía de halconeros como las que se utilizan en algunos aeropuertos.

En muchos lugares de la antena se han colocados unos sensores para grabar las vibraciones que se producen en puntos clave, y posteriormente analizarlos con un computador con objeto de detectar problemas presentes o predecir futuras anomalías.

Periódicamente se extraen muestras de los aceites empleados y se examinan con un microscopio para detectar partículas metálicas o no metálicas, tamaño, composición, etc. ayudando a programar el mantenimiento tanto preventivo como correctivo.

Parte de los paneles del plato paraboloide están perforados para que la antena no se convierta en una súper piscina olímpica con la lluvia, pero en caso de una nevada copiosa, y por estas latitudes se suelen dar, los aproximadamente 4.000 metros cuadrados de su plato podrían acumular varias toneladas de este meteoro pudiendo deformar su estructura por lo que hay que tomar la precaución de moverla para vaciar la indeseada carga.

Con una superficie en torno a 4.000 metros cuadrados que tiene el plato principal se podría construir un excelente barco de vela. Con esta observación quiero hacer notar que el viento tiene una gran influencia sobre la antena, deformando ligeramente la estructura y es algo que hay que tener muy presente, teniendo que parar el seguimiento si se sobrepasan ciertos límites.

Espero haber desvelado algunas curiosidades (sin entrar en profundidades técnicas), de estas desconocidas maravillas que tenemos en nuestro país y que he tenido el privilegio de tenerlas muy cerca por haber trabajado tanto en Estaciones de Seguimiento de Vuelos Tripulados MSFN (Manned Space Flight Network) como en la red de investigación del Espacio Profundo DSN (Deep Space Network) durante muchas muchas horas.

J.M.M.C.

Deja un comentario