Rigorøs testning er kernen i enhver vellykket rummission. James Webb-rumteleskopet (JWST) vil være en million miles væk, når det frigiver sit missionskritiske solskærm, og hvis det ikke fungerer som planlagt, så er det det. Game over.
Webb er det mest avancerede rumteleskop nogensinde bygget. Det er et infrarødt teleskop og et yderst følsomt. Men for at opnå den ekstreme følsomhed, der giver den mulighed for at studere eksoplaneter og det fjerne, tidlige univers, skal det holdes køligt. Meget sejt. Og det er solskjoldets job.
Solafskærmningen er kritisk ved design af teleskopet. James Webb vil være ved Lagrange Point 2 (L2), i en halo-bane, der holder Jorden, Månen og Solen bag sig. Solen er teleskopets vigtigste varmekilde, og Jorden og Månen er kun sekundære kilder. Skjoldet blokerer effektivt for all den energi, der kommer fra alle disse tre organer og holder 'omfanget ved sin driftstemperatur, under -220 Celsius (-370 F; 50 K.)
Der vil være en ekstrem temperaturforskel mellem solskærmssiden af JWST og 'omfangssiden. NASA siger, at solafskærmningen kan nå temperaturer på 110 C (230 F; 383 K,) varme nok til at koge et æg, mens den skraverede teleskopside vil være kold nok til at fryse ilt.
”Dette var første gang, at solskærmen er blevet indsat og spændt af rumfartøjselektronikken og med teleskopet dertil. ”
James Cooper, JWST Sun-shield Manager.
Teknikere og ingeniører afsluttede netop alle fem af solskærmslagene og satte skjoldet i den samme position, som det vil være i L2, 1,6 millioner km (1 million miles) fra Jorden. NASA sagde i en pressemeddelelse, at disse test brugte rumfartøjets egne systemer til at indsætte skjoldet, og at testingen var vellykket.
”Dette var første gang, at solskærmen er blevet indsat og spændt af rumfartøjselektronikken og med teleskopet dertil. Implementeringen er visuelt forbløffende som et resultat, og det var udfordrende at gennemføre, ”sagde James Cooper, NASAs Webb Teleskop Sunshield Manager ved NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.
Solskærmen er fem lag af et materiale kaldet Kapton. Hvert lag er en bestemt tykkelse, og de adskilles med en bestemt afstand. Skjoldet har også sømme og andre funktioner, der styrker det mod meteorer. Hvert lag er belagt med aluminium, og de to lag, der er tættest på Solen, lag 1 og 2, har det, der kaldes en "dopet silicium" -belægning for at reflektere Solens ultraviolette energi tilbage i rummet.
"Denne test viste, at solskærmsystemet overlevede miljøafprøvning af rumfartøjselementet og lærte os om grænsefladerne og samspillet mellem observatoriets teleskop og solskærmsdele," tilføjede Cooper. ”Mange tak til alle ingeniører og teknikere for deres udholdenhed, fokus og utallige timers indsats for at nå denne milepæl.”
James Webbs rumfartøjsbuss er omtrent samme størrelse som Hubble. Men JWST's spejl er dobbelt så stort som Hubbles. Det er en 6,5 m (21,3 ft) diameter, guldbelagt berylliumsegmenteret spejl, der er sammensat af 18 hexagonale segmenter med et samlet opsamlingsareal på 25 kvadratmeter. Faktisk er Webbs guldspejl allerede et kulturelt ikon, selvom det ikke er lanceret.
Spejlet skal være så stort for at opfylde sine missionsmål, som inkluderer at observere lyset fra de første stjerner og galakser i universet og studere eksoplaneter, blandt andet. Men spejlet og den krævede solskygge er for store til at passe i en raket. Derfor er både spejlet og solskyggen foldet op til lancering og først implementeret, når teleskopet er på vej til sin destination, en kompliceret manøvre. Ikke kun det, men testingen foregår alt sammen i Jordens tyngdekraft, mens den faktiske udrulning finder sted i fravær af tyngdekraft.
Og det er det, alt det, vi tester og gentest, handler om. I modsætning til Hubble, som i Low-Earth Orbit var tilgængelig for astronauter til reparationsmissioner, er JWST uden for rækkevidde. Det er muligt, at et fremtidig rumfartøj kan kæmpe med James Webb for at løse eventuelle grove implementeringsfejl. Men komponenter kan ikke udskiftes. I det væsentlige er der kun én chance for at få spejlet og dets solafskærmning korrekt installeret.
Med denne vigtige test bag sig, er ingeniørerne og teknikerne nu nødt til omhyggeligt at opbevare solafskærmningen i lanceringskonfigurationen og fold den ind i den nøjagtige position, der kræves for en vellykket implementering. Derefter flere test.
Der er stadig omfattende elektriske test, der skal udføres, såvel som mekaniske tests, der efterligner de kræfter, 'omfanget' vil opleve under lanceringen på Ariane 5-raketten, der vil tage den ud i rummet. Så vil der være endnu en test af James Webbs implementering og en sidste stuvning.
Lanceringen er planlagt til 30. marts 2021. Der har været en række forsinkelser for JWST, som oprindeligt skulle lanceres engang mellem 2007 og 2011. Det er en kompliceret mission og et kompliceret, dyre stykke teknologi. NASA er den primære udvikler, men både Det Europæiske Rumfartsagentur og Canadas rumfartsagentur har ydet betydelige bidrag.
Når den først er i sin halo-bane på L2, og hvis installationen går godt, gør den banebrydende arbejde. Og forhåbentlig glemmer vi alle forsinkelser.
Mere:
- Pressemeddelelse: NASAs James Webb-rumteleskop rydder kritisk testning af solskærmsdistribution
- Pressemeddelelse: Kompleks materialeteknik i NASAs Webb Telescope Sunshield
- Space Magazine Video: Rise of the Supertelescopes Del 2 - Space Telescopes
