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Artículo de José Manuel Urech Rivera, ex-Director del Centro de Comunicaciones Espaciales de la NASA en Madrid. Publicado en la Revista de Aeronáutica y Astronáutica en octubre 2007, número 767 (título original: "Historia de las estaciones espaciales en España"). Fotografías cortesía de NASA/ESA/INTA.

 

Historia de las estaciones de investigación espacial en España

Casi desde el principio de la Era Espacial, España ha participado intensamente en esa gran aventura, con las múltiples Estaciones de Comunicación Espacial establecidas en su territorio. Esta participación de personal español, a través del INTA dependiente del Ministerio de Defensa, sigue vigente y seguramente por muchos años más.

La primera estación en España

En 1959, recién creada la NASA y su ambicioso programa de poner un hombre en órbita alrededor de la Tierra, hacía necesaria una red de estaciones de seguimiento en latitudes bajas, para dar máxima cobertura a la trayectoria orbital.

La situación estratégica de las Islas Canarias con respecto a la base de lanzamiento de NASA en Cabo Cañaveral (Florida), era una candidata clara para una de las 14 estaciones del Proyecto Mercury.

En 1960 se iniciaron las negociaciones entre los gobiernos, actuando el INTA como interlocutor de NASA, y en poco mas de un año, la primera Estación estaba construida y operativa en el área de Maspalomas al sur de Gran Canaria, soportando todos los vuelos orbitales de dicho Proyecto, incluyendo el histórico MA-6 de John H. Glenn, primer americano en orbitar la Tierra.

Finalizado este proyecto en 1963, la Estación se amplió y reconfiguró para la siguiente fase de vuelos tripulados, el Proyecto Gemini con 10 vuelos en 1965-66.

Para evitar interferencias con el desarrollo turístico, se negoció el cierre de la Estación original y la construcción de una mayor y mejor, pero mas alejada de la costa. Esta continuó la participación en las siguientes misiones tripuladas: Apollo (1968 – 1972), Skylab (1973 – 1974), y la misión conjunta ruso-americana Apollo-Soyuz Test Project.

Al finalizar esas misiones, NASA decidió desactivar la Estación y transferírsela a INTA, que había tenido una participación activa en las fases anteriores. En 1979 se reabrió como estación netamente española, ofreciendo sus servicios a agencias internacionales y proyectos españoles como HISPASAT y MINISAT (figura 1).

La Estación, propiedad de INTA y operada por su compañía INSA, cuenta con los siguientes recursos y actividades:

• ESA-ESOC: 15 m TT&C
• ESA-ESRIN: 10 m + 1.8 m RX
• EUMETSAT: 9.3 TT&C
• COSPAS-SARSAT: 2 X 4.8 m + 2.4 m RX
• NASDA-JAXA: 10 m TT&C
• HISPASAT: 3.8 m
• XTAR: 16.4 m + 2 X 6.3 m TT&C
• HELIOS: 10 m

Complejo de la NASA en Madrid

El comienzo con la Estación de Robledo

Con las relaciones ya establecidas, NASA solicitó la búsqueda de un área idónea para instalar una antena para el programa de exploración planetaria recién iniciado. Debía tener una latitud similar a la instalada en Goldstone (California), cerca de una gran ciudad con aeropuerto internacional, pero suficientemente lejos para evitar interferencias radioeléctricas. Se exploraron muchas zonas, cerca de Madrid, Sevilla, Málaga, y otras, seleccionando finalmente una a 47 km al Oeste de Madrid, cerca de Robledo de Chavela.

En 1964, ambos gobiernos firmaron un importante Acuerdo de Cooperación para la construcción y desarrollo de la Estación de Seguimiento y Adquisición de Datos, y un Contrato de reembolso de costes entre INTA y NASA, con énfasis en que los técnicos americanos entrenarían a personal español contratado por INTA, para en su momento transferir la responsabilidad técnica y directiva a la agencia española.

Después de 43 años, el histórico Acuerdo sigue vigente, con lógicas adaptaciones a la incesante evolución de la Era Espacial.

La construcción, con una antena de 26 m de diámetro y montura ecuatorial (DSS-61) (figuras 2 y 3), se inició de inmediato para poder llegar a cubrir el acontecimiento histórico de la primera sonda en visitar Marte, el Mariner 4. Finalmente se llegó justo a tiempo de recibir, el 15 de julio de 1965, las primeras imágenes tomadas en la cercanía de otro planeta (figura 4a).

Robledo continuó con otros proyectos interplanetarios, pero con especial dedicación al Lunar Orbiter (figura 4b), para una cobertura fotográfica detallada de nuestro satélite, como preparación del Proyecto Apollo. Actuó también de reserva y apoyo de la cercana Estación Apolo, en Fresnedillas.

En 1970, con una plantilla española, se realizó la transferencia de responsabilidad al INTA.

La Estación de Cebreros

Debido al dinamismo espacial de los años 60, el reciente Acuerdo hubo de modificarse en 1965 para permitir la construcción de dos nuevas estaciones, Cebreros y Fresnedillas. La primera (DSS-62) para aumentar los recursos de la Red de NASA/JPL para el Espacio Profundo (DSN). Se construyó en un tiempo record de 14 meses, casi idéntica a Robledo pero a 12 km al Oeste, cerca del pueblo de Cebreros (Ávila)(figura 5).

Inició su actividad con los Pioners interplanetarios, pero desde el 66 al 68, como su estación gemela, se dedicó también al otro proyecto preparatorio del Apollo, el Surveyor, mostrando la viabilidad de posarse suavemente en la Luna.

El INTA continuó la contratación de jóvenes ingenieros y técnicos para que España aceptara plena responsabilidad sobre la Estación, y en 1969 se realizó la Ceremonia de Transferencia (figura 6).

Inmediatamente después se participó en los encuentros de los Mariner 6 y 7 con Marte.

Como parte de la red DSN siguió participando en otras muchas misiones interplanetarias, siendo la más destacable el Mariner 9 lanzado en 1971 para orbitar Marte, y en la que DSS-62 tuvo un protagonismo muy importante. La misión fue un gran éxito, no solo por ser la primera sonda en órbita de otro planeta, sino por sus descubrimientos inesperados.

La plantilla, muy motivada y preparada, aportó múltiples desarrollos tecnológicos en beneficio de la Red, siendo el más significativo “La primera propuesta y demostración de la combinación de antenas para mejorar la recepción de telemetría”. Esto se realizó en 1969-70 entre las antenas de Robledo y Cebreros, sentando las bases para futuros desarrollos en JPL, y usados en los encuentros con planetas muy lejanos.

También se ofreció el tiempo disponible de la sensible antena de 26 m a la comunidad astronómica española para iniciarse en radioastronomía. Años después, con un programa ya oficial, muchos astrónomos pudieron usar los instrumentos más sensibles disponibles, especialmente en Interferometría de Muy Larga Base (VLBI).

Finalmente, durante la crisis de la exploración espacial (finales de los 70 y principio de los 80), NASA decidió desactivar DSS-62 en 1981 y trasferirla al INTA, que después de varios intentos la cerró totalmente en 1986.

La Estación de Fresnedillas

La construcción se inició simultáneamente a la anterior, entre Fresnedillas y Navalagamella, para la Red de Vuelos Espaciales Tripulados (MSFN), que con las otras dos, en California y Australia, se dedicarían al Programa Apollo para comunicación con los astronautas a distancias lunares. Se montó una antena de 26 m tipo X-Y de movimiento rápido, y estuvo operativa en 1967. Posteriormente se añadió una de 9 m para reserva (figura 7).

Participó en todas las misiones Apollo, desde la 7 hasta la 17, y mantuvo el crítico contacto de los astronautas con Tierra una tercera parte del tiempo de vuelo. El emocionante primer descenso sobre la Luna ocurrió sobre Fresnedillas, aunque la salida de Armstrong fue mas de 6 horas después, ya sobre Goldstone (California) (figura 9).

Una vez alcanzada la plantilla total de 150 a finales de 1972, coincidiendo con la última misión, el Apollo 17, se realizó la cesión de responsabilidades al INTA en 1972, completando así la transferencia del Complejo de NASA en Madrid (figura 8).

La Estación continuó participando en otras misiones tripuladas, Skylab 2, 3 y 4, Apollo Soyuz, y los primeros vuelos del nuevo Trasbordador Espacial (Space Shuttle). NASA, después del Apollo, decidió eliminar algunas redundancias, integrando las redes MSFN y STADAN en una sola, STDN, para satélites terrestres incluyendo los lanzamientos ocasionales del Trasbordador.

El gran cambio vino con el Tracking and Data Relay Satellite System que ponía varios satélites de comunicaciones en órbita geoestacionaria para dar cobertura total al Trasbordador y otros orbitadores terrestres. El final de esta brillante historia fue la desactivación de la Estación y el traslado a Robledo de la antena de 26 m con su equipo asociado y parte del personal.

Las instalaciones de Fresnedillas fueron cedidas al Gobierno Español en 1987 y aceptadas por el Ministerio de Defensa.

La expansión de Robledo y el Viking a Marte

De acuerdo con los planes de NASA para la exploración planetaria, se aprueba la construcción, dentro del recinto original de Robledo, de una antena gigante de 64 m, tipo Az-El con recepción en bandas S y X. Se denominó Robledo II o DSS-63, y estuvo operativa en 1973 (figuras 10 y 11).

Esta y sus homologas en California y Australia permitieron iniciar la exploración de los planetas exteriores, con el Pioneer 10, primero en atravesar el Cinturón de Asteroides llegando a Júpiter en 1973. Un año después, su gemelo Pioneer 11 siguió el mismo camino, pero utilizando la asistencia gravitatoria de Júpiter llegó a Saturno en 1979.

Robledo y Cebreros siguieron muy activas con las misiones mencionadas, así como con el Mariner 10 a Venus y Mercurio, el Helios alemán, los Pioneer 12 y 13 a Venus, la primera fase de los Voyager a los planetas exteriores, pero la misión mas ambiciosa de la década fue el Proyecto Viking a Marte, con tremendas expectativas de detectar posible vida microbiana en la superficie, y en el verano de 1975 despegaron dos grandes naves gemelas, con orbitador y lander, llegando a Marte un año después.

Todo fue perfecto: las primeras sondas en posarse suavemente en la superficie, y en varios años los orbitadores tomaron más de 50000 fotografías y datos científicos, y las sondas de superficie unas magníficas vistas en color del terreno circundante, pero... ¡Los resultados biológicos no fueron concluyentes! (figura 12).

Esta decepción, la resaca del Apollo y la nueva era del Trasbordador Espacial, crearon tiempos difíciles y desde 1978 con los Pioneer 12 y 13 no se lanzó ninguna otra misión interplanetaria en más de 10 años.

No obstante, para adaptarse al futuro y al gran proyecto en curso, los Voyagers, en 1979 la antena original de Robledo tuvo una importante modificación, ampliándola a 34 m e instalando la recepción en banda X.

Los Voyager a los planetas exteriores y la consolidación del Complejo de NASA para Comunicaciones Espaciales en Madrid (MDSCC)

El gran proyecto de la década fue el Voyager que con dos naves lanzadas en 1977 y 78, visitaron Júpiter en 1979, y con la ayuda gravitatoria siguieron a Saturno en 1980 y 81. Como los datos del primero fueron excelentes, el segundo se reorientó para utilizar la gravedad de Saturno y continuar a Urano en el 86 y Neptuno el 89, para eventualmente salir del Sistema Solar, descubriendo antes un maravilloso mundo de planetas gigantes, satélites variadísimos y múltiples anillos (figura 13).

Con pequeñas excepciones, esta fue casi la única misión principal, con cortos y críticos encuentros planetarios separados por largos y tranquilos periodos de crucero.

Una de las destacables excepciones fue el Venus Balloon Project que involucraba a las agencias espaciales soviética, francesa y americana. El Complejo de Madrid tuvo una participación muy importante, no solo por la difícil coordinación técnico- diplomática de los participantes, sino por que se asumió el desarrollo del software para procesar en la DSN las ráfagas fluctuantes de telemetría de los globos soviéticos, dejados en Venus por las naves Vega 1 y 2 en tránsito al cometa Halley.

Estos periodos permitieron a NASA/JPL abordar importantes rediseños tecnológicos de la Red DSN, y reducción de costes por la consolidación de todas las actividades en Robledo, cerrando Cebreros y Fresnedillas. La consiguiente reducción de personal se gestionó muy bien por parte de INTA y NASA, suministrando personal altamente cualificado a la nueva estación de ESA cerca de Madrid, a otras industrias y a JPL.

Las grandes implementaciones abordadas por NASA en aquella época en el Complejo fueron (figuras 14a y 14b):

• Desmontaje, traslado y montaje de la antena de 26 m de Fresnedillas a Robledo (DSS-66)
• Rediseño informático total del Complejo, con control remoto y operación centralizada (Mark IV A)
• Ampliación a 70 m de la antena de 64 m y superficies de mas precisión para el reflector principal y subreflector, con un aumento de ganancia del 59 %
• Una nueva antena (Az-El) de 34 m y alta eficiencia con bandas S/X de recepción y trasmisor de 20 kw en X (DSS-65)

La reactivación: La Era del Galileo a Júpiter y el retorno a Marte y Saturno

Tres importantes proyectos planetarios, Magellan, Galileo y Ulises estuvieron esperando varios años para ser lanzados por el Trasbordador, pero finalmente salieron en el 89 y 90, poniendo a la Red DSN otra vez a pleno rendimiento.

El primero, un orbitador de Venus con Radar de Apertura Sintética, realizó un detallado mapa de la superficie. Por la intensidad operativa supuso un reto para el personal del Complejo.

La participación de la Estación en Ulises, sonda de la ESA para explorar las zonas polares del Sol, fue nominal.

En cuanto a Galileo, durante su viaje de 6 años para entrar en órbita de Júpiter, falló la antena de alta ganancia en banda X quedando la comunicación reducidísima a una pequeña antena de banda S. Aunque la misión estaba prácticamente perdida, la ingeniería de JPL consiguió salvarla parcialmente, con sofisticados rediseños del software de vuelo e importantes cambios en el equipo de Tierra.

El aumento de carga de trabajo, la futura misión Cassini a Saturno y la obsolescencia tecnológica de la antena original DSS-61, fueron la justificación para construir una novísima antena de 34 m (DSS-54) en bandas S, X y Ka, operativa en 1997 para el lanzamiento a Saturno. Este tipo de antena, BWG, tiene un reflector mas limpio y ligero pues la señal es guiada mediante espejos hasta la planta baja donde se sitúan todos los equipos de recepción y transmisión, para facilidad de mantenimiento y flexibilidad (figura 15).

La DSS-61 fue desactivada de sus funciones, pero por acuerdo de INTA/NASA permanece como radiotelescopio para uso remoto vía Internet por colegios españoles, universidades y astrónomos aficionados (Proyecto PARTNeR).

El cambio de filosofía, con vuelta a los lanzadores clásicos, permitió muchos mas proyectos interplanetarios, y sobre todo, reiniciar la exploración de Marte más de 20 años después del Viking, tentativamente con dos proyectos mas sencillos en cada oportunidad de lanzamiento (cada 26 meses).

Misiones destacables de la última época serían:

• Mars Global Surveyor (1996-2006) con excelente cobertura fotográfica/topográfica
• Mars Pathfinder (1996-97) Primero en poner un pequeño vehículo móvil en superficie, descendiendo cubierto por “air bags”
• NEAR (Feb 96-Feb 2001) Primero en orbitar un asteroide (Eros), finalizando posado sobre la superficie
• Cassini/Huygens (Oct 97-Jul 2004- actual). Primera misión en orbitar Saturno (NASA) enviando una cápsula de descenso (ESA) al enigmático satélite Titán.
• Mars Exploration Rovers (Jun/Jul 2003-Ene 04-actual) Dos móviles muy equipados que descendieron de forma similar al MPF, en zonas opuestas del planeta. Con su lento desplazamiento, han superado colinas y cráteres, estudiando su geología, recorriendo alrededor de 7000 y 9000 metros en más de 3 años
• Estas y otras muchas misiones a Marte, Cometas, Medio Solar, etc. suponen una muy importante carga de trabajo para el Complejo de Madrid, y que ha justificado la ampliación en 2003 con otra antena BWG de 34 m (DSS-55) /figuras 16a y 16b)

El Centro ESA en Madrid

Origen de la Estación de Villafranca (VILSPA)

El International Ultraviolet Explorer (IUE) nació a mediados de los 60 como una propuesta europea (RU y ESRO) a la NASA, que se aceptó como un satélite geosíncrono sobre el Atlántico con el control y la observación compartidos: 2/3 por NASA (GSFC en la costa Este) y 1/3 por ESA en una instalación a construir en Europa.

La existencia de tres estaciones NASA cerca de Madrid y la experiencia operativa de INTA con disponibilidad de personal entrenado, favoreció la decisión de ubicarla en España. Así, en 1974 se firmó el acuerdo con ESA para construir y operar la estación terrena del IUE cerca de Madrid en la zona de Villafranca del Castillo (Villanueva de la Cañada), y que fue inaugurada en 1978 (figura 17).

Las funciones principales de VILSPA eran: seguimiento y control del satélite, control de las operaciones científicas con astrónomos visitantes actuando en tiempo real, y el proceso y distribución de datos a la comunidad científica.

El plan inicial era para 3 años, pero por el interés de las observaciones, lo consiguieron mantener activo 18 años, tomando mas de 100.000 imágenes de 9.300 objetos astronómicos.

Evolución y Proyectos Principales

Como estación de la red ESTRACK de ESA, además del IUE ha participado en otras muchas misiones, en parte con antenas y equipo dedicado. Los más destacables, en orden cronológico, son:

• OTS 2 (Orbital Test Satellite)-1978-91
• GOES 1 (Geostationary Operational Environmental Satellite)-Dic 78-Nov 79
• MARECS (Maritime Communication Satellite)-81 y 84 hasta 96. Precursores de la Organización INMARSAT
• EXOSAT (European X-Ray Observatory)-1983-86
• ISO (Infrared Space Observatory)-Nov 1995- May 98. Observatorio geosíncrono muy importante para la expansión de la Estación, con 3 Centros como en IUE, para control del satélite, operaciones científicas y proceso y distribución de datos
• XMM-Newton (X-ray Multi Mirror)-Lanzado en 1999 se ha extendido hasta 2010, con centros para operaciones científicas y datos (figura 18)
• CLUSTER Cuatro satélites idénticos en órbita polar (2000-2009)
• Además de otros muchos proyectos, el apoyo a la fase de lanzamiento e inyección en órbita de algunos más

El haber sido Villafranca un observatorio astronómico para algunas misiones, dio lugar en 1991a la creación dentro de ese entorno del Laboratorio de Astrofísica Espacial y Física Fundamental (LAEFF), como colaboración de INTA, CSIC y ESA para facilitar la interacción de científicos españoles.

ESAC (European Space Astronomy Centre) y la Estación de Espacio Profundo en Cebreros

Basado en la evolución histórica de VILSPA, con centros de operaciones científicas y archivos de varias misiones, y el interés mutuo de España y la ESA, en 2004 la veterana estación se ha designado oficialmente como Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC). Este nuevo Centro comienza con las mismas funciones, instalaciones y personal de Villafranca, más la reciente inaugurada Estación de Cebreros, pero en el futuro albergará los centros de operaciones científicas y archivos para todas las misiones de ESA en el campo de la astronomía y la exploración planetaria (figura 19).

Al iniciarse en misiones planetarias, ESA decidió desarrollar su red DSN para no depender de la sobrecargada red de NASA, y poder cooperar con ésta. La primera estación se instaló en Australia, pero para la segunda, ESA pensó en la vieja estación de NASA en Cebreros, propiedad del INTA pero cerrada desde 1986. Finalmente en 2003 se firmó el acuerdo con el Gobierno Español y 26 meses después se inauguraba la Estación ESA, totalmente rehabilitada y con una nueva y moderna antena de 35 m BWG, dando servicio, de momento, al Venus Express, y con varias misiones previstas para el futuro (figura 20).

Conclusión

La situación geográfica y la capacidad e interés del INTA hicieron posible que España, a través de estas Estaciones, participara intensamente en la gran aventura de la Era Espacial, y que muchos españoles estén orgullosos de su protagonismo en ella.

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