Webb se închide la destinație împreună cu o oglindă importantă la clic – Spaceflight Now

O poveste scrisă pentru Știri CBS & folosit cu permisiunea

La treizeci de zile după decolarea de pe Pământ, telescopul spațial James Webb va aluneca luni pe orbită la un milion de mile distanță, un loc ideal pentru a scana cerul pentru lumină infraroșie slabă de la stelele și galaxiile de prima generație.

Dar ajungerea acolo – și răspândirea cu succes a unei umbrele uriașe, oglinzi și alte accesorii pe parcurs – a fost doar jumătate din distracție.

Oamenii de știință și inginerii trebuie acum să transforme Webb de 10 miliarde de dolari într-un telescop eficient, aliniind cu precizie cele 18 segmente de oglindă primară, astfel încât să funcționeze împreună ca o singură oglindă de 21,3 picioare lățime, cea mai mare lansată vreodată.

La începutul acestei săptămâni, echipa de operațiuni de la distanță a misiunii a finalizat o operațiune de mai multe zile pentru a ridica fiecare parte, oglinda secundară a telescopului, cu o lățime de 2,4 picioare, la o jumătate de inch de lacătele de lansare care îl țineau pe loc în ziua de Crăciun la observator. Plecând în spațiu la bordul unei rachete europene Ariane 5.

Acum că este complet implementat, 18 clipuri sunt în prezent aliniate la aproximativ un milimetru. Pentru ca telescopul să obțină o focalizare extrem de clară, această aliniere trebuie ajustată la 1/10000 lățimea unui păr uman, folosind mai multe dispozitive de acționare pentru a înclina și chiar a schimba forma secțiunii, dacă este necesar.

„Oglinda noastră principală este segmentată, iar aceste segmente trebuie să alinieze doar o mică parte din lungimea de undă a luminii”, a spus Lee Feinberg, directorul Elementului de telescop optic la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA. „Nu vorbim în microni, vorbim despre o fracțiune de lungime de undă. De asta este atât de greu de rezolvat în Webb.”

NASA spune că, odată ce instrumentele sale sunt aliniate și calibrate, Webb va fi de 100 de ori mai puternic decât Hubble și este atât de sensibil la lumina infraroșie încât poate detecta căldura slabă a bondarului la distanță de Lună.

Fiecare piesă de oglindă a fost frezată conform unei prescripții care ține cont de efectele de distorsionare ale gravitației pe măsură ce este fabricată pe Pământ și de contracția sa așteptată la temperaturile extrem de scăzute din spațiu. Ei erau foarte conștienți că, dacă cineva ar fi aruncat în aer la dimensiunea Statelor Unite, Munții Stâncoși de 14.000 de picioare ar avea mai puțin de 2 inci înălțime.

Dar dacă Webb ar viza astăzi o stea strălucitoare, rezultatul ar fi 18 imagini separate „și ar arăta îngrozitor, ar fi foarte neclare”, a spus Feinberg într-un interviu, „pentru că segmentele oglinzii primare nu sunt încă aliniate”.

Acesta este următorul obstacol major pentru echipa lui Webb, cartografierea și apoi înclinarea fiecărei părți în trepte mici, îmbinând acele 18 imagini pentru a forma un punct de lumină perfect focalizat. Este un proces iterativ, în mai mulți pași, care se așteaptă să dureze câteva luni.

Dar, mai întâi, telescopul trebuie să intre pe orbita în jurul punctului Lagrange 2, la 930.000 de mile de Pământ, unde gravitația Soarelui și a Pământului se combină pentru a forma un buzunar de stabilitate care permite navei spațiale să rămână pe loc cu cheltuieli minime de combustibil.

Este, de asemenea, un punct în care baldachinul lui Webb de mărimea unui teren de tenis poate funcționa la maximum, blocând căldura de la Soare, Pământ, Lună și chiar praful interplanetar cald care altfel ar inunda detectoarele sensibile în infraroșu ale telescopului.

De sâmbătă, părți ale oglinzii s-au răcit la aproximativ minus 340 de grade Fahrenheit, în drum spre o temperatură de funcționare de aproximativ minus 390, sau puțin sub 40 de grade peste zero absolut.

În timp ce timpul de răcire continuă, un propulsor de corectare a traiectoriei de 4 minute și 58 de secunde este planificat să fie lansat luni la 2 p.m. EDT pentru a modifica viteza navei spațiale cu 3,4 mph, suficient pentru a o pune pe orbită îndepărtată în jurul punctului Lagrange 2.

Dacă totul merge bine, telescopul va rămâne pe această orbită de șase luni pentru restul vieții sale operaționale, trăgând periodic un lansator de conservare a stației pentru a rămâne pe stație.

Cu inserția de orbită arzând în spatele lor, inginerii vor merge mai departe cu alinierea oglinzii, unul dintre cele mai complexe aspecte ale implementării deja complexe ale Webb.

Fiecare clemă de oglindă de bază hexagonală de 4,3 picioare lățime are șase dispozitive de acționare mecanice într-un aranjament „hexagonal” pe spate, permițând mișcarea în șase direcții. Al șaptelea actuator poate împinge sau trage centrul unei cleme pentru a-și deforma ușor curbura, dacă este necesar.

După ce camera cu infraroșu apropiat Webb, sau NIRCam, scade la temperatura sa de funcționare, Webb va viza o stea strălucitoare, astfel încât instrumentul să poată reprezenta reflexiile din toate cele 18 sectoare, creând un mozaic care arată dimensiunea și poziția sa relativă.

Clemele oglinzilor vor fi apoi reglate unul câte unul, folosind un declanșator și apoi altul, pentru a le orienta corect pe fiecare. Mozaicurile suplimentare vor fi realizate pe măsură ce procesul continuă și, în funcție de rezultate, este posibil ca procesul de aliniere să fie repetat.

„Lucrul important este să facem ca cele optsprezece segmente de oglindă primară să îndrepte într-un mod similar, astfel încât imaginile lor să aibă aproximativ aceeași dimensiune”, a spus Feinberg. „Unele dintre ele pot fi foarte defocalizate, astfel încât s-ar putea să obțineți un punct mare (imagine neclară a stelei) în segmentul 5 și o zonă mică în segmentul 3”.

Scopul este de a înclina secțiunile după cum este necesar pentru a reduce dimensiunea imaginilor nefocalizate și apoi de a muta reflexiile multiple în același punct din centrul axei optice a telescopului, toate stivuite unele peste altele pentru a produce un singur fascicul de puternic. lumina focalizata.

„La cel mai înalt nivel, gândiți-vă la asta ca la 18 telescoape separate aliniate aproximativ la același nivel”, a spus Feinberg. „Și apoi ne vom suprapune 18 puncte una peste alta. Numim acea stivuire a imaginilor. Este procesul de înclinare a segmentelor oglinzii primare, astfel încât imaginile să se afle una peste alta”.

Cheia, a spus el, este „într-adevăr trebuie să aveți un control foarte bun asupra acelor motoare, înclinări foarte precise, pentru că avem nevoie de aceste 18 puncte să se suprapună foarte bine unul pe altul”.

Orice piesă poate pierde unul dintre cele șase declanșatoare de înclinare fără niciun efect. Chiar și pierderea unității centrale poate fi compensată într-o oarecare măsură prin mișcarea puțină a clemei în sus sau în jos.

Dar testele ample la sol au arătat că motoarele de înaltă tehnologie sunt foarte fiabile. Procedurile au fost testate înainte de lansare folosind un model la scară al telescopului, iar Feinberg a spus că este încrezător că procesul de aliniere va funcționa conform planificării.

„Când vom avea o imagine a unei stele în faze (stivuite și focalizate corect)? Cred că va fi cândva în martie, poate la sfârșitul lunii martie”, a spus el.

„Dar următoarea întrebare este, când vom obține un telescop perfect aliniat, inclusiv oglinda secundară, optimizat pentru toate cele patru instrumente? Planul inițial ne-a pus să facem asta la patru luni întregi de la misiune. Așa că ar fi ca sfârşitul lunii aprilie.”

Acest lucru încă nu este suficient pentru a începe observațiile științifice.

Odată ce sistemul optic este aliniat, echipa se va concentra pe testarea și calibrarea NIRCam, a unei camere compozite și a spectrometrului și a celorlalte trei instrumente spectroscopice ale telescopului, dintre care unul include senzorul de orientare precis necesar pentru a menține Webb blocat pe țintă.

Acest proces va dura încă două luni sau cam asa ceva. Abia atunci imaginile focalizate „prima lumină” vor fi eliberate publicului.

Jane Rigby, om de știință al proiectului pentru operațiuni web la Goddard, a spus.

„Așadar, plănuim ca o serie de imagini „wow” să fie lansate la sfârșitul punerii în funcțiune, când începem operațiunile științifice normale menite să arate ce poate face acest telescop… și să scoată cu adevărat șosetele tuturor”.