Bienvenidos a nuestro Universo

Toda misión científica empieza con una pregunta más o menos sencilla a priori, pero muy difícil de responder: ¿De dónde venimos? ¿Cómo se originó la vida en la Tierra? ¿Hay vida en algún otro lugar del Universo? Solo en nuestra galaxia hay entre 200.000 y 400.000 millones de estrellas. Así que si pudiéramos calcular cuántas galaxias hay en el Universo y estimar el número de estrellas a partir de ese número, el resultado nos bloquearía totalmente la mente. Pero si algo es obvio es que, con tantas estrellas en el Universo, los ciclos de formación estelar tienen que formar un papel fundamental en la evolución de las galaxias y del Universo en sí. Y por tanto, estudiar las estrellas parece una buena manera para buscar respuestas a estas preguntas. Más aún si nos paramos a pensar que todos los átomos que forman nuestro cuerpo se originan en las estrellas. Incluso el agua, esencial para la vida tal y como la conocemos, se puede encontrar en discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes.

La cultura de JPL y de NASA es soñar cosas imposibles y trabajar en equipo para conseguirlas

El comienzo de la era espacial
‘Bienvenidos a nuestro Universo’ es el mensaje que reza debajo del icónico logo de NASA y que uno se encuentra a la entrada del Jet Propulsion Laboratory (JPL), el centro más antiguo de la agencia espacial americana, creado en 1936, más de 20 años antes de que la propia NASA fuera fundada a finales en 1958. De hecho, la era espacial comenzó aquí, en JPL, propulsada por el sueño de un grupo de estudiantes liderados por Frank Malina, del Instituto Tecnológico de California (Caltech), que en Halloween de ese año consiguieron llevar a cabo la primera demostración de un nuevo motor para cohete de propulsión líquida, diseñado con el objetivo de que en el futuro esa tecnología pudiera llevar instrumentos científicos el espacio.

Solo unos años después, en 1945, Estados Unidos consiguió lanzar su primer cohete capaz de alcanzar el límite del espacio (~80 km de altitud). Poco más tarde, en enero de 1958, y como respuesta al lanzamiento del Sputnik 1, JPL desarrolló en solo tres meses el satélite Explorer 1, incluyendo un detector de rayos cósmicos para medir la radiación en órbita diseñado por el Dr. James van Allen, y que acabaría con el descubrimiento de los cinturones de Van Allen, llamados así en su honor.

Hoy en día, JPL lidera la exploración robótica del sistema solar, y más allá, para NASA. Misiones como las Voyager, Galileo, Cassini, así como los sobradamente conocidos róveres de exploración de Marte (Sojourner, Spirit, Opportunity, Curiosity y Perseverance), por citar sólo algunos ejemplos, han sido desarrolladas aquí.

Cuando uno empieza a conocer la historia de JPL, y lo que representa para NASA en la actualidad, uno entiende perfectamente el lema del centro ‘Dare Mighty Things’ (atreveos a hacer cosas poderosas). Decía el Dr. Charles Elachi, director del JPL durante mis primeros años aquí, que la cultura de JPL se podía definir como una situación que ocurría constantemente. JPL se asemeja mucho a un campus universitario americano, con una gran zona ajardinada central que los más de 6,000 empleados podemos usar para tomar café, comer o incluso tener reuniones al aire libre.

Esta es la cultura de JPL y de NASA en general: soñar cosas imposibles y trabajar en equipo para conseguirlas. Y es que solo con trabajo en equipo se puede llegar a pisar la Luna, a aterrizar robots de exploración en Marte o a visitar todos los planetas del sistema solar y llegar incluso a salir de él con la misiones Voyager (que hoy, más de 40 años después, todavía siguen mandando datos).

Estar a la altura
‘Welcome to our Universe’, ‘Dare Mighty Things’… La fuerza de los mensajes y de la historia de JPL es algo que impresiona e intimida a partes iguales cuando uno llega a trabajar aquí. Sobre todo para los ingenieros y científicos que nos hemos formado en universidades fuera de EE.UU., en mi caso en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (ETSIT) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).

Una de las inseguridades que yo tenía al llegar aquí, era si la preparación que recibimos en España está a la altura de las prestigiosas universidades americanas. Y la respuesta es un rotundo sí

Una de las inseguridades que yo tenía, hace hoy justo 11 años al llegar aquí, era si la preparación que recibimos en teleco o en universidades españolas en general está a la altura de las prestigiosas universidades americanas que todos conocemos. Y la respuesta es un rotundo sí. Hasta diría que la tremenda formación interdisciplinar que recibimos en teleco nos pone en una situación de ventaja, permitiéndonos trabajar en prácticamente cualquier ámbito de una misión.

En mi caso, mi especialización como Ingeniero de Telecomunicación fue en Radar y Radiocomunicaciones, seguida de un doctorado, también en la UPM, en tecnologías de muy alta frecuencia y estancias pre-doctorales y post-doctorales en la Universidad de Roma Tor Vergata y en el Observatorio de París. Mi tesis de doctorado estaba enfocada al desarrollo de modelos físicos de semiconductores para el diseño de receptores heterodinos en bandas de submilimétricas (o terahercios).

Comentaba al principio que estudiar los ciclos de formación estelar para entender mejor cómo se forman las estrellas es vital en astrofísica. De hecho, sabemos que el 98% de la energía radiante detectable en el Universo se encuentra en el infrarrojo lejano (o bandas de terahercios). Por ejemplo, los indicadores más importantes de formación estelar (carbono ionizado, nitrogeno ionizado y oxígeno atómico) emiten en frecuencias entre 1.4 THz y 4.7 THz. El vapor de agua es detectable más fácilmente a frecuencias alrededor de 557 GHz y 1114 GHz. Por tanto, una de las formas más eficientes de estudiar formación estelar es a través de radiotelescopios de infrarrojo lejano basados en receptores heterodinos en terahercios. Desde que empecé a trabajar en JPL, una de mis tareas fundamentales ha sido emplear esos conocimientos adquiridos en teleco para diseñar los circuitos semiconductores y superconductores que integran estos receptores y que conllevan una complejidad enorme tanto de diseño como de fabricación, debido a su minúsculo tamaño (en general por debajo de unos 500 micrometros).

Como sabemos por nuestra formación, una de las ventajas fundamentales de este tipo de receptores es que nos permiten usar la alta resolución espectral para poder no solo detectar los compuestos que mencionaba anteriormente, sino también resolver las velocidades del gas interestelar (gracias al efecto Doppler) y, por tanto, entender también la dinámica del gas en la región de formación estelar que estemos observando. De la misma manera, podemos detectar emisiones provenientes de distintas nubes moleculares, y atribuir cada detección a cada nube molecular en concreto, según las velocidades del gas detectado.

Una de las formas más eficientes de estudiar formación estelar es a través de radiotelescopios de infrarrojo lejano basados en receptores heterodinos en terahercios

El gran inconveniente de estas señales es que no son detectables desde la superficie de la Tierra, porque el vapor de agua en la atmósfera las bloquea. Esta es una de las razones por las cuales muchos de los radiotelescopios se encuentran en zonas de gran altitud, como por ejemplo Atacama, Chile. ALMA (Atacama Large Millimeter Array) es un observatorio en infrarrojo lejano con 64 antenas, pero solo puede observar frecuencias por debajo de 1 THz. La solución pasa entonces por enviar radiotelescopios al espacio o al borde del espacio, bien a través de aviones o globos estratosféricos.

Misiones desde la Antártida
Este ultimo tipo de misiones ha sido parte fundamental de mi trabajo durante estos últimos años en JPL. Aunque parezca una tecnología rudimentaria, los globos de helio nos permiten enviar radiotelescopios de alta generación a la estratosfera a altitudes de unos 40 km, con pesos de hasta 3.000 kg y todo ello ‘propulsado’ por paneles solares y un globo de helio de unos 150 metros de diámetro. Los vuelos desde la Antártida nos permiten además utilizar el anticiclón del verano antártico para volar alrededor de un mes circunnavegando el continente varias veces y pudiendo aterrizar de nuevo el radiotelescopio sobre la Antártida, una vez concluida la misión. Al ser misiones de coste muy inferior a las de vuelo espacial, nos permiten incorporar tecnología mucho más novedosa en un tiempo más rápido y así validarla para futuras misiones espaciales, y realizar estudios científicos jamás antes intentados.

Desarrollar y lanzar un radiotelescopio a la estratosfera desde el lugar más remoto e inhóspito del planeta, con tecnología diseñada por nuestro equipo, es una experiencia única y hasta romántica. En 2015 y 2016 tuve la suerte de vivir esta aventura como responsable de uno de los sistemas receptores del Stratospheric Terahertz Observatory (STO-2) de NASA, lanzado en diciembre de 2016. Pasé un total de cinco meses en la Antártida y el éxito de la misión nos valió para poder trabajar en una nueva misión, llamada ASTHROS, que planeamos lanzar en 2023 desde la Antártida.

ASTHROS es un radiotelescopio de infrarrojo lejano con la antena más grande jamás lanzada en este tipo de misiones. Uno de los objetivos principales de la misión es estudiar cómo las supernovas regulan los procesos de formación estelar, tanto en nuestra galaxia como en otras. Pero tan apasionante si cabe es cómo surgió ASTHROS. La idea nació en una de esas conversaciones con amigos de JPL compartiendo un café. Y es que, al final, por mucho que nos impresione ese logo de NASA, 11 años después, lo que realmente impresiona es la gente, el equipo, el ‘Dare Mighty Things’.

Dirigir una misión como ASTHROS y trabajar con un equipo excelente de profesionales y amigos es un sueño hecho realidad, posible gracias a la ilusión, al esfuerzo y en grandísima medida a la excelente formación que recibimos como Ingenieros de Telecomunicación. Espero poder compartir la aventura de ASTHROS en Antártida en 2023.