Il James Webb Space Telescope della NASA sta per trasformarsi nella sua forma finale

Il James Webb Space Telescope ha l’incredibilmente potente James Webb Nello spazio da tre giorni ormaiMa forse la parte più pericolosa del suo viaggio nello spazio profondo è in corso. Presto, il telescopio inizierà una danza meccanica dal design intricato mentre cambia lentamente forma e si apre, per raggiungere la sua forma finale. osservare l’universo lontano.

È una sorta di origami spaziale inverso che non è mai stato fatto prima, ma è assolutamente essenziale per il James Webb Space Telescope, o JWST, per portare a termine la sua missione. Il telescopio era semplicemente troppo grande per essere lanciato su qualsiasi razzo funzionante mentre era completamente esteso. Così, quando è saltato nello spazio in cima a un razzo europeo Ariane 5 il giorno di Natale, ha compiuto un viaggio da brivido ripiegato su se stesso come il coltellino svizzero più costoso del mondo.

Ora, nelle prossime due settimane, JWST si contorcerà e rimodellerà – invierà un raggio qui, uno specchio là – fino a quando non sarà completamente configurato per guardare nelle parti più profonde dell’universo. “A volte chiamiamo Webb un ‘telescopio trasformatore'”, afferma Amy Lo, ingegnere di allineamento JWST presso Northrop Grumman, il principale appaltatore del telescopio. il bordo. È un processo scrupoloso con centinaia di parti mobili che gli ingegneri testano ripetutamente a terra, dove dovrebbero essere impeccabili. Ma ci sono molti punti lungo la strada in cui un guasto di un meccanismo o una piccola bobina di accensione potrebbero mettere a repentaglio il futuro della missione JWST. Mentre i controllori di missione sulla Terra hanno alcune tecniche di risoluzione dei problemi che possono utilizzare se qualcosa va storto, alla fine la navicella spaziale JWST deve eseguire ogni distribuzione da sola quasi alla perfezione.

JWST completamente ripiegato su un missile Ariane 5 prima del lancio.
Foto: NASA/Kris Jenn

JWST è diretto verso una destinazione finale a circa un milione di miglia dalla Terra, e non ci sono razzi operativi o astronavi in ​​grado di trasportare in sicurezza gli astronauti a quella distanza per mettere a punto il telescopio. E anche se gli umani possono accedervi, JWST non è progettato per essere utile. Quindi, se il telescopio essenzialmente si rompe, sarebbe per una missione che la NASA gestisce per un totale di $ 9,7 miliardi.

Potrebbe sembrare tutto una complicazione inutile per una missione di questa portata, ma secondo la NASA non c’era una strada facile da percorrere per JWST. “Penso davvero che non sia possibile semplificarlo dati i vincoli che dobbiamo affrontare”, ha affermato Thomas Zurbuchen, amministratore associato per la direzione della missione scientifica della NASA. il bordo. “Questo è quello che è.”

I designer JWST sapevano fin dall’inizio che le loro innovazioni dovevano svilupparsi mentre erano nello spazio. Nel 1996, Quando gli scienziati hanno proposto per la prima volta di realizzare un telescopio come questoL’amministratore della NASA all’epoca, Dan Goldin, sfidò gli ingegneri a creare un veicolo spaziale con uno specchio primario largo fino a otto metri. Alla fine, i progettisti hanno optato per uno specchio di 6,5 metri o 21 piedi di larghezza, ma questo decreto ha determinato il destino del JWST piegato.

Questo perché i razzi più grandi attualmente in volo non sono abbastanza larghi da contenere uno specchio di queste dimensioni. Quando lanci qualcosa nello spazio, l’astronave deve adattarsi al payload streamline del razzo, la struttura rigonfia che si trova in cima al razzo per tutta la prima parte del volo. La razionalizzazione è fondamentale, poiché protegge il veicolo spaziale durante il lancio e protegge il carico utile dall’atmosfera fino a raggiungere lo spazio. Tuttavia, la larghezza dell’aerodinamica è un importante fattore limitante per la progettazione del veicolo spaziale, poiché il veicolo dovere si adatta all’interno. È un problema che quelli dell’industria spaziale chiamano spesso “tirannia dei club”.

Piegatura del mirror principale JWST rispetto alla pubblicazione completa
NASA / Chris Jenn

L’Ariane 5 ha uno dei profili di carico utile più grandi attualmente sul mercato, misurando 5,4 metri, o quasi 18 piedi, di larghezza. Ma questo è ancora troppo piccolo per consentire l’estensione completa del mirror JWST. Quindi, fin dall’inizio, i progettisti della missione JWST hanno costruito lo specchio in parti, con due pannelli su entrambi i lati che potevano ruotare dentro e fuori. È stata un’enorme sfida di progettazione, poiché le parti dovevano unirsi per comportarsi come un unico specchio piatto per raccogliere la luce dall’universo lontano. “La decisione dello specchio primario non è mai stata fatta prima in orbita nello spazio”, dice Lu.

JWST pubblicherà i suoi pannelli mirror entro 12-13 giorni dopo il lancio. Ma prima che ciò accada, l’osservatorio deve affrontare un processo di spiegamento più complesso, che richiederà fino a sei giorni per essere completato. È un dispiegamento di protezione solare JWST, un dispositivo complesso progettato per bloccare il calore del sole e mantenere il telescopio molto fresco mentre si trova nello spazio. Mentre il processo di distribuzione è progettato per essere flessibile e le cose possono cambiare, Il primo passo verso la protezione solare dovrebbe iniziare oggi, il che significa che tutti coloro che sono associati a questo compito tratterranno il respiro per la prossima settimana.

“Lo schermo solare stesso – di tutte le nostre implementazioni – è il più complesso”, afferma Lee Feinberg, direttore del JWST Optical Telescope Element presso il Goddard Space Flight Center della NASA. il bordo. “Ha le parti più commoventi.”

La protezione solare è una caratteristica necessaria a causa del modo in cui è progettato JWST. Il telescopio monitorerà le stelle e le galassie lontane nell’infrarosso, un tipo di luce invisibile ai nostri occhi ma emessa da tutto ciò che trasporta calore. Ma per raccogliere fotoni infrarossi, il James Webb Space Telescope deve operare a temperature incredibilmente fredde, fino a -370 gradi Fahrenheit. Se fa troppo caldo, il telescopio potrebbe emetterne molto re Luce infrarossa, che può interferire con le osservazioni dei veicoli spaziali dell’universo.

Gli strati della visiera parasole di JWST hanno elasticità e intensità.
Foto: NASA/Kris Jenn

Entra nella crema solare, che offre un’ottima protezione solare per JWST. Lo scudo è composto da cinque strati estremamente sottili di un materiale lucido chiamato Kapton, ciascuno delle dimensioni di un campo da tennis. Lo strato esterno sarà sempre rivolto verso il sole e riceverà la maggior parte del suo calore, operando a 230 gradi Fahrenheit. Ma ogni livello successivo sarà sempre più fresco, in modo che gli strumenti JWST rimangano belli e belli.

Le pellicole termoriflettenti dello scudo sono molto sensibili, quindi è stata necessaria un’attenzione particolare e un’ingegneria speciale per allungare gli strati verso l’esterno nello spazio e stringerli senza strapparli. “Ci sono sistemi che diffondono e stringono gli strati”, afferma Feinberg. “È un po’ come una vela su una barca in termini di come la farai rotolare”.

L’intero processo si basa su centinaia di diverse parti mobili, inclusi fino a 140 meccanismi di rilascio, 400 pulegge, 70 cerniere e 90 cavi, secondo la NASA. Sono inoltre disponibili diversi piani di emergenza nel caso in cui la distribuzione non funzioni come previsto. La NASA ha la possibilità di inviare nuovamente i comandi al telescopio, nel caso in cui il primo comando non attivi un movimento. Gli ingegneri hanno anche costruito il maggior numero possibile di veicoli spaziali di riserva. Esistono aree con più circuiti che possono svolgere lo stesso compito, nel caso in cui il circuito iniziale non venga attivato correttamente.

Ma ci sono momenti in cui non ci sono davvero opzioni di backup. Durante il processo di distribuzione, si verificano più di 300 eventi noti come “errore a punto singolo”. Questi sono i messaggi che Possiede Lavorare su disegno, perché non si costruisce con la ripetizione. “I fallimenti a un certo punto sono piccole cose divertenti. E tecnicamente ciò che significano è quella cosa”, dice Low. dovere succede.” JWST fa molto affidamento su di loro durante tutto il processo di distribuzione. Ad esempio, sono necessari un totale di 107 dispositivi di rilascio per rilasciare le pellicole parasole, consentendo loro di allungarsi alla loro piena forma. Secondo Lo, tutti questi 107 sono malfunzionamenti puntuali. uno.

La NASA non è estranea ai fallimenti di singoli punti. Quando l’agenzia spaziale ha fatto atterrare il suo rover persistente su Marte lo scorso febbraio, la sequenza di atterraggio conteneva quasi 100 singoli punti di guasto, secondo Zurbuchen. L’atterraggio è stato assolutamente impeccabile. Inoltre, la NASA e Northrop Grumman hanno testato varie implementazioni JWST sulla Terra negli ultimi due o tre anni, provandole in modo complesso per il display finale. Ogni componente è stato testato individualmente sulla Terra decine di volte prima di essere aggiunto al veicolo spaziale. Quindi l’intero telescopio è stato piegato e aperto più volte come un’unità coesa.

“Siamo fiduciosi che andremo in orbita?”, dice Lu. “Il motivo è che superiamo questi rigorosi test da terra in su”.

I test JWST sul campo hanno richiesto diversi anni in più del previsto, ma hanno dovuto essere rigorosi a causa della sua impossibilità di riparazione. È una delle maggiori differenze tra il telescopio JWST e il suo predecessore, l’Hubble Space Telescope, che orbita attorno alla Terra dal 1990. Hubble è stato progettato intenzionalmente per ottenere la sintonizzazione mentre era in orbita dagli astronauti in visita; JWST non ha questa capacità. Inoltre, inviare umani a un telescopio genererebbe comunque molto calore. “Anche se metti la tuta spaziale intorno a te oa me, è ancora più caldo dell’ambiente del telescopio”, dice Zurbuchen.

Sebbene una missione di servizio umano non sia fattibile per JWST, la NASA ha apportato una piccola modifica al design nel caso in cui l’agenzia volesse modificare il telescopio un giorno. Sul retro di JWST sono presenti adesivi a forma di croci. Sono pensati per fungere da bersagli, per aiutare a guidare un potenziale visitatore di veicoli spaziali robotici al JWST in futuro. Nell’ultimo decennio, molte aziende aerospaziali hanno lavorato a un “servizio satellitare”, progettato per recuperare e afferrare i satelliti già nello spazio, sia per fare rifornimento nei loro serbatoi sia per aggiornare componenti obsoleti. È possibile che un giorno la NASA voglia inviare un satellite di manutenzione al JWST per aggiungere più carburante ai serbatoi del telescopio, prolungando il suo tempo nello spazio. Se ciò accade, i bersagli forniranno un punto di riferimento per il punto in cui l’astronave in visita dovrebbe appendere per riempire il serbatoio JWST.

Tuttavia, nessuno alla NASA sta nemmeno considerando questa missione di rifornimento in questo momento. Tutti coloro che sono associati a JWST si concentrano direttamente sulle distribuzioni. Una volta che il telescopio sarà completamente aperto nelle prossime due settimane, c’è ancora molto lavoro da fare mentre l’osservatorio si muove nello spazio profondo. La NASA continuerà a modificare leggermente i mirror JWST, assicurandosi che siano tutti allineati come previsto. E circa 29 giorni dopo il lancio, il telescopio effettuerà un’ultima combustione dei suoi propulsori, portandolo nella sua posizione finale nello spazio profondo.

A quel punto i lavori erano appena iniziati. Il personale della missione testerà e calibrerà tutti gli strumenti JWST per assicurarsi che funzionino correttamente. Questo processo richiederà mesi e le operazioni scientifiche dovrebbero iniziare entro l’estate.

Quindi, anche se il JWST viene pubblicato come previsto dopo un paio di settimane, la preoccupazione è davvero infinita. “In quel momento penso che molti di noi tireranno un sospiro di sollievo, ma ovviamente gli strumenti e gli specchi erano solo all’inizio”, dice Lu. “Un diverso gruppo di persone – produttori di utensili, designer, ingegneri, scienziati – inizierà a trattenere il respiro”.

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Elma Zito

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