Mecanizado del espejo del telescopio espacial James Webb

Lanzado el 25 de diciembre de 2021, el telescopio espacial James Webb envió las primeras imágenes y espectros, los cuales fueron develados por la NASA el pasado 12 de julio. Fue el inicio de las operaciones científicas del telescopio, que permitirá a astrónomos de todo el mundo observar desde objetos dentro de nuestro sistema solar hasta el universo primitivo.

Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense. El telescopio James Webb tuvo un costo de 10,000 millones de dólares y tardó tres décadas en construirse.

Una de sus principales características es un espejo con un diámetro de 6.5 metros, el cual está compuesto por 18 segmentos hexagonales de berilio. Cabe señalar que la empresa Northrop Grumman fue el contratista principal y encabezó el esfuerzo de diseño y desarrollo del telecopio.

De acuerdo con información de Northrop Grumman, en el primer gran paso, el berilio fundido se comprimió en 18 unidades hexagonales llamadas "espacios en blanco", que pesaban 553 libras y medían 1.5 metros de un extremo a otro. Estos espacios en blanco pasaron por el segundo paso en el proceso de fabricación, mecanizado de precisión y grabado.

“Los espejos pasaron por la fabricación en un proceso que duró unos 53 meses aproximadamente. Después de la producción en bruto, los segmentos del espejo se mecanizaron con precisión en la planta de Axsys Technologies, en Cullman, Alabama”, refiere el comunicado.

Añade que, este paso redujo el peso de cada segmento de 553 libras a 46 libras y colocó la prescripción óptica correcta en el espejo.

Mecanizado de precisión

Axsys eligió a Mitsui Seiki USA para suministrar la tecnología para mecanizar los segmentos.

“Los centros de mecanizado horizontal Mitsui, construidos a medida, para producir los segmentos del espejo del telescopio combinaron una estructura donde la columna pesaba 11 toneladas y la cama 20 toneladas, con la capacidad de posicionarse dentro de unas pocas micras en cualquier parte del mecanizado”, detalla un comunicado de Mitsui Seiki USA.

El comunicado refiere que el mecanizado comenzó con la barra de berilio de 540 libras fijada verticalmente en una placa angular en una de las ocho máquinas de Mitsui. La barra de seis lados contaba con 4" de espesor, 54" de ancho y 62” de punta a punta.

Añade que, el reverso de cada segmento de espejo contaba con 600 cavidades de aproximadamente 2.5” cuadrados cada una. También contaba con 22 pads de montaje y 249 orificios de aligeramiento. La información refiere que, producir las cavidades, los pads y los orificios llevó alrededor de dos meses.

“Después del fresado de cavidades en el reverso, la barra pesaba alrededor de 275 libras. El segmento se trató térmicamente para aliviar las tensiones de mecanizado, y luego se desbastó antes de otro tratamiento de alivio del estrés”, detalla el comunicado.

El desbaste consistió en un corte circular que comenzaba en el centro y eliminó otras 50 a 60 libras de material.

La siguiente operación fue el fresado de acabado del lado de la cavidad, que implicó otras 10 semanas de mecanizado.

“El mecanizado fue eliminando una gran cantidad de material en estos segmentos del espejo. Las condiciones de corte, la trayectoria y cómo los servomotores controlaban la trayectoria para proporcionar la consistencia de la carga de la máquina, fueron las claves para el corte exitoso del espejo”, indica la información.

Agrega que, después de terminar el mecanizado y el fresado químico, las dimensiones finales de los espesores de pared de la cavidad oscilaban entre 0.020" y .299". Terminar el fresado del lado del espejo, cavidades de lado y locator hubs fue lo siguiente.

De acuerdo con la información, cada segmento requirió casi un año de procesamiento que incluyó tiempo de máquina, tratamiento térmico e inspección. Las piezas se inspeccionaron en cada paso del proceso para la precisión dimensional y para las tensiones residuales.

El conjunto completo de las primeras imágenes del telescopio espacial James Webb y los datos espectroscópicos del telescopio están disponibles en el siguiente link.