Hace unos dￜas se anunciￜ en ELMUNDO.es la construcciￜn de dos nuevas antenas en el Complejo de Comunicaciones de Espacio Profundo que la NASA tiene en Robledo de Chavela, en Madrid, en un reportaje que ofreciￜ una visiￜn muy completa de lo que es dicho centro y del trabajo que se realiza en ￜl.

Efectivamente, el de Robledo es uno de los tres complejos de la Red de Espacio Profundo (DSN, Deep Space Network) que la NASA tiene repartidos en el mundo para comunicarse con la prï¿œctica totalidad de vehï¿œculos espaciales dedicados a estudiar el Sistema Solar y el Universo. Los tres complejos estï¿œn emplazados con una separaciï¿œn aproximada de unos 120 grados para asegurar comunicaciones continuas con las distintas naves espaciales segï¿œn rota la Tierra, y se encuentran en Goldstone (California), en Canberra (Australia) y en Robledo de Chavela (Madrid).

Cada complejo cuenta con diferentes tipos de antenas parabï¿œlicas, de 26 metros de diï¿œmetro, de 34 y de 70 metros, donde cada conjunto integrado por una antena y sus equipos asociados forma una Estaciï¿œn Espacial de Comunicaciones, las cuales se identifican con sus siglas en inglï¿œs, DSS (Deep Space Station), seguidas de un identificador numï¿œrico.

Las estaciones se comunican con los vehï¿œculos espaciales por medio de ondas de radio con frecuencias de pocos gigahercios o pocas decenas de gigahercios. Estas frecuenciasï¿œpertenecen al rango del espectro electromagnï¿œtico de las microondas para el que la ionosfera terrestre es prï¿œcticamente transparente.

ￜQuￜ funciones tienen estas estaciones?

A travï¿œs de las distintas DSS de cada complejo de la red se reciben y se procesan los datos de telemetrï¿œa que envï¿œan los vehï¿œculos espaciales mediante sus seï¿œales de radio. La telemetrï¿œa contiene la informaciï¿œn cientï¿œfica -datos e imï¿œgenes- que recaba la sonda a travï¿œs de sus instrumentos cientï¿œficos, junto con datos de ingenierï¿œa que permiten a los equipos de control en tierra conocer el estado de los sistemas de a bordo.

La red tambiï¿œn permite el seguimiento (tracking) de todas estas naves, esto es, permite conocer su posiciï¿œn y velocidad con una gran precisiï¿œn. Gracias al anï¿œlisis Doppler de las seï¿œales recibidas se puede determinar la velocidad radial de las naves mientras que la distancia a ellas (range) se puede conocer a partir del tiempo transcurrido desde que un cï¿œdigo determinado es enviado y recibido. Esto es posible dado que la seï¿œal que transporta dicho cï¿œdigoï¿œviaja a la velocidad de la luz y se conoce el tiempo que la electrï¿œnica a bordo tarda en procesarlo.

Aunque las naves espaciales actuales son bastante autï¿œnomas, en ocasiones es necesario transmitirles ciertas ï¿œrdenes para que realicen alguna acciï¿œn especï¿œfica. Esta funciï¿œn de telecomando tambiï¿œn se lleva a cabo a travï¿œs de las estaciones de la DSN y mediante esta capacidad se puede transmitir ï¿œrdenes o secuencias de ï¿œrdenes de ejecuciï¿œn directa o de ejecuciï¿œn retardada, o modificar incluso el software de la computadora de a bordo. De esta manera se pueden activar instrumentos, cambiar determinados parï¿œmetros operativos, ordenar maniobras para corregir la trayectoria de las naves, etc.

Aparte de estas funciones, cuando no se precisa su uso en comunicaciones con ninguna sonda espacial o en ocasiones puntuales de gran interï¿œs cientï¿œfico, las antenas de la DSN tambiï¿œn se usan a modo de radiotelescopios para realizar observaciones de radioastronomï¿œa, e incluso de astronomï¿œa radarï¿œmediante la que se pueden observar objetos astronï¿œmicos prï¿œximos como asteroides y cometas a travï¿œs de los ecos que reflejan a partir del envï¿œo de seï¿œales de microondas a estos cuerpos.

Sobre las potencias emitidas y recibidas

Los equipos de comunicaciones a bordo de las sondas espaciales son pequeￜos para ahorrar masa y transmiten con potencias muy bajas, del orden de decenas de vatios. Por ejemplo, la sonda Voyager 1, que se encuentra a mￜs de 20.100.000.000 km; esto es, a mￜs de 18,5 horas-luz de la Tierra, ya fuera del Sistema Solar, y que es el artilugio humano mￜs distante de la Tierra, emite con 13 vatios de potencia, lo que viene a ser parecido a la potencia de una bombilla de un frigorￜfico; la sonda New Horizons, que visitￜ Plutￜn en 2015, emite con 12 vatios de potencia.

Al igual que disminuye con la distancia el volumen con el que se oye un grito, la potencia emitida por estas sondas es recibida con menor potencia cuanto mayor sea la distancia a ellas. En ambos casos, tanto la potencia de una seￜal sonora como la de una seￜal de radio disminuyen de forma inversamente proporcional con el cuadrado de la distancia. Por esta razￜn, debido a las enormes distancias a las que se encuentran estas sondas, la potencia de la seￜal que de ellas se recibe en la Tierra puede llegar a ser muchos ￜrdenes de magnitud menor a la que se transmitiￜ desde la nave, hasta billones de billones de veces menor para las sondas mￜsￜlejanas.

Para poder 'escuchar' las seï¿œales procedentes de las sondas, las antenas del DSN deben poseer grandes superficies parabï¿œlicas reflectoras ya que la ganancia de una antena es proporcional a su ï¿œrea. Ademï¿œs, estas superficies no deben exceder deformaciones muy pequeï¿œas -de 1/40 de la longitud de onda con la que operan- para concentrar eficientemente la potencia de estas seï¿œales. De este modo, por ejemplo, su deformaciï¿œn no puede ser superior a 0,25 milï¿œmetros para frecuencias de hasta 30 gigahercios. Ademï¿œs, deben tener una capacidad de apuntamiento de gran precisiï¿œn (de milï¿œsimas de grado) ya que estas antenas poseen una gran direccionalidadï¿œen la potencia de forma que su ganancia es mï¿œxima en una direcciï¿œn especï¿œfica, lo que implica que sï¿œlo pueden recibir y transmitir con la mayor potencia en una regiï¿œn espacial muy pequeï¿œa.

Las antenas del DSN no sï¿œlo deben ser capaces de 'oï¿œr' estas dï¿œbiles seï¿œales sino que, ademï¿œs, deben ser capaces de transmitir seï¿œales de alta potencia (del orden de decenas de miles de vatios) para poder ser escuchadas a su vez por los sistemas de comunicaciones de menores prestaciones a bordo de las naves. En otras palabras, las antenas deben poder transmitir con una potencia que es del orden de mil billones de billones de veces superior a la potencia que reciben.

Por otra parte, las seï¿œales de las sondas no sï¿œlo llegan muy atenuadas sino que, ademï¿œs, se reciben tambiï¿œn degradadas por ruido de fondo que es emitido de forma natural por la inmensa mayorï¿œa de los cuerpos presentes en nuestro sistema solar y en el Universo. Es por esto que las estaciones del DSN estï¿œn equipadas con dispositivos receptores extremadamente sensibles que amplifican la seï¿œal recibida y que utilizan tï¿œcnicas especiales de codificaciï¿œn para poder distinguir las seï¿œales emitidas por las naves del ruido de fondo indeseado. Ademï¿œs, los amplificadores deben estar refrigerados a temperaturas de unos pocos grados por encima del cero absoluto para reducir el ruido de fondo que tambiï¿œn es generado por los mismos equipos electrï¿œnicos asociados a las antenas.

En ocasiones, las antenas del DSN tambiￜn pueden usarse conjuntamente con objeto de incrementar la intensidad de la seￜal recibida. Asￜ, por ejemplo, combinando la actuaciￜn de una antena de 70 metros con otra de 34 de alta eficiencia se puede aumentar la intensidad de la seￜal recibida de las sondas Voyager en 0,8 dB (decibelios), o en 1,2 dB si se aￜade una segunda antena de 34 metros al conjunto. Estas asociaciones (arrays) de antenas tambiￜn se pueden dar con radiotelescopios de otros lugares del mundo, formando asￜ una red aￜn mￜs grande y sensible.

Sobre el papel del complejo de Madrid en el Apolo 11

El complejo de Madrid desempeￜￜun papel de enorme relevancia en el programa Apolo ya que hubo de cubrir todas estas misiones un tercio del tiempo; sin embargo, hay un par de afirmaciones en concreto que oigo con asiduidad en lo referente al papel de Madrid en el Apolo 11 que creo que conviene aclarar.

Suelo oï¿œr a menudo decir a mucha gente, e incluso en distintos medios de comunicaciï¿œn, que fue el complejo de Madrid en el que se recibieron las primeras palabras de Armstrong en la Luna; sin embargo, esta afirmaciï¿œn no es cierta. La estaciï¿œn a travï¿œs de la que se recibieron las imï¿œgenes de Armstrong pisando la Luna y sus primeras palabras fue la de Honeysuckle Creek (DSS46), situada en el complejo de Canberra.

Por otra parte, tambiï¿œn suelo oï¿œr que fue el complejo de Madrid el que tuvo el control de las comunicaciones en la misiï¿œnï¿œApolo 11 durante el descenso delï¿œEagleï¿œa la superficie lunar; sin embargo, esta afirmaciï¿œn tampoco es absolutamente cierta, aunque precisa de alguna aclaraciï¿œn.

Durante el descenso a la Luna, tanto Goldstone como Madrid tenￜan visibilidad; esto es, ambos complejos estaban en el campo de visiￜn de las naves de forma que estas podￜan intercambiar seￜales con ambos. Como me cuenta mi amigo Carlos Gonzￜlez, antiguo Jefe de Operaciones y Subdirector del Complejo de Comunicaciones Espaciales en Madrid, Goldstone fue el complejo principal encargado de la comunicaciￜn con el Eagle durante su descenso a la Luna mientras que actuￜ de respaldo para el mￜdulo de mando Columbia, que quedaba en ￜrbita alrededor del satￜlite. Desde Madrid, Fresnedillas fue la estaciￜn principal para las comunicaciones con Columbia mientras que actuￜ de respaldoￜpara el Eagle en caso de que fallara Goldstone. Por otra parte, Robledo actuￜ de respaldo para los dos vehￜculos en caso de que fallaran las otras estaciones. Asￜ pues, durante el descenso a la Luna, Glodstone se encargￜ del mￜdulo lunar y Fresnedillas del mￜdulo de mando.