Sträng testning är kärnan i alla framgångsrika rymduppdrag. James Webb rymdteleskopet (JWST) kommer att ligga en miljon mil bort när det tar ut sitt uppdragskritiska solskydd, och om det inte fungerar som planerat, så är det det. Spelet över.
Webb är det mest avancerade rymdteleskopet som någonsin har byggts. Det är ett infrarött teleskop och ett mycket känsligt. Men för att uppnå den extrema känsligheten som gör att den kan studera exoplaneter och det avlägsna, tidiga universum, måste det hållas svalt. Väldigt coolt. Och det är solsköldens jobb.
Solskyddet är avgörande när det gäller teleskopets utformning. James Webb kommer att ligga vid Lagrange Point 2 (L2), i en halobana som håller jorden, månen och solen bakom sig. Solen är den största värmekällan för teleskopet, och jorden och månen är endast sekundära källor. Skölden blockerar effektivt all energi från alla dessa kroppar och håller 'omfattningen vid dess driftstemperatur, under -220 Celsius (-370 F; 50 K.)
Det kommer att finnas en extrem temperaturskillnad mellan solskyddssidan på JWST och 'omfattningssidan. NASA säger att solskyddet kan nå temperaturer på 110 C (230 F; 383 K,) tillräckligt varma för att koka ett ägg, medan den skuggade teleskopssidan är tillräckligt kall för att frysa syre.
”Det här var första gången som solskyddet distribuerades och spänts av rymdskeppselektroniken och med teleskopet ovanför sig. ”
James Cooper, JWST Sun-shield Manager.
Tekniker och ingenjörer har just avslutat testet av alla fem solskyddslagren och placerat skölden i samma position som den kommer att ligga på L2, 1,6 miljoner km (1 miljon miles) från jorden. NASA sade i ett pressmeddelande att dessa tester använde rymdskeppets egna system för att distribuera skölden och att testningen var framgångsrik.
”Det här var första gången som solskyddet distribuerades och spänts av rymdskeppselektroniken och med teleskopet ovanför sig. Distributionen är visuellt fantastisk som ett resultat och det var utmanande att uppnå, ”säger James Cooper, NASA: s Webb Telescope Sunshield Manager vid NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.
Solskölden är fem lager av ett material som kallas Kapton. Varje skikt har en specifik tjocklek, och de separeras med ett specifikt avstånd. Skölden har också sömmar och andra funktioner som förstärker den mot meteorer. Var och en av skikten är belagd med aluminium, och de två skikten som är närmast solen, lager 1 och 2, har det som kallas en "dopad kisel" -beläggning för att reflektera solens ultravioletta energi tillbaka i rymden.
"Detta test visade att solskyddssystemet överlevde miljötestning av rymdfarkostelement och lärde oss om gränssnitten och interaktion mellan teleskopet och solskyddsdelarna i observatoriet," tilllade Cooper. "Tack till alla ingenjörer och tekniker för deras uthållighet, fokus och otaliga timmar med ansträngning för att uppnå denna milstolpe."
James Webbs rymdfarkostbuss är ungefär lika stor som Hubble. Men JWST: s spegel är dubbelt så stor som Hubbles. Det är en 6,5 m (21,3 fot) diameter, guldbelagd berylliumsegmenterad spegel som består av 18 hexagonala segment, med en kombinerad uppsamlingsyta på 25 kvadratmeter. Faktum är att Webbs guldspegel redan är en kulturikon, även om den inte har lanserats.
Spegeln måste vara så stor för att uppfylla sina uppdragsmål, som inkluderar att observera ljuset från de första stjärnorna och galaxerna i universum, och studera exoplaneter, bland annat. Men spegeln, och den erforderliga solskuggan, är för stora för att passa in i en raket. Det är därför både spegeln och solskuggan är hopfällbara för lansering och först distribueras när teleskopet är på väg till sin destination, en komplicerad manöver. Inte bara det utan testningen görs allt i jordens tyngdkraft, medan den faktiska utplaceringen kommer att ske i frånvaro av tyngdkraften.
Och det är vad allt testning och omprövning handlar om. Till skillnad från Hubble, som i Low-Earth Orbit var tillgänglig för astronauter för reparationsuppdrag, är JWST utom räckhåll. Det är möjligt att ett framtida rymdskepp kan kämpa med James Webb för att åtgärda eventuella grova distributionsfel. Men komponenter kan inte bytas ut. I själva verket finns det bara en chans att få spegeln och dess solskydd distribueras ordentligt.
Med det viktiga testet bakom dem måste ingenjörerna och teknikerna nu försiktigt förvara solskyddet i lanseringskonfigurationen och fälla den i den exakta positionen som krävs för en framgångsrik implementering. Efter det, fler tester.
Det finns fortfarande omfattande elektriska tester som måste utföras, såväl som mekaniska tester som efterliknar krafterna som 'omfattningen kommer att uppleva under lanseringen på Ariane 5-raket som tar den ut i rymden. Då kommer det att finnas ytterligare ett test av James Webbs utplacering och en sista stuvning.
Lanseringen är planerad till 30 mars 2021. Det har förekommit en serie förseningar för JWST, som ursprungligen skulle lanseras någon gång mellan 2007 och 2011. Det är ett komplicerat uppdrag och en komplicerad, dyr teknik. NASA är den främsta utvecklaren, men både Europeiska rymdorganisationen och Canadas rymdbyrå har gett betydande bidrag.
När den väl är i sin halo bana på L2, och om installationen går bra, kommer det att göra banbrytande arbete. Och förhoppningsvis kommer vi att glömma alla förseningar.
Mer:
- Pressmeddelande: NASA: s James Webb rymdteleskop rensar kritisk testning av solskyddsdistribution
- Pressmeddelande: Den komplexa materialtekniken för NASA: s Webb Telescope Sunshield
- Space Magazine Video: Rise of the Supertelescopes Del 2 - Space Telescopes
