Το ταξίδι με τα νύχια του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb της NASA πρόκειται να ξεκινήσει

Σημείωση του συντάκτη:Αυτή η ιστορία δημοσιεύτηκε τον Σεπτέμβριο. Από τότε, η εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb της NASA έχει καθυστερήσει και πάλι. Τώρα έχει προγραμματιστεί να αποσυρθεί όχι νωρίτερα από τις 24 Δεκεμβρίου.

Νωρίτερα αυτό το μήνα η NASA ανακοίνωσε ότι στις 18 Δεκεμβρίου, μετά από χρόνια καθυστερήσεων, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα εγκαταλείψει επιτέλους τη Γη σε μια αποστολή να φέρει επανάσταση στην αστροφυσική και την κοσμολογία.

Αλλά πριν ξεκινήσει το έργο του αυτό το παρατηρητήριο των 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων, πρέπει να επιβιώσει από μια τρομακτική διαδρομή που περιλαμβάνει ένα ταξίδι στη θάλασσα, μια εκτόξευση πυραύλου και μια πτήση 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων προς τον προορισμό του:Lagrange Point 2 ή L2. Πολύ πέρα ​​από την τροχιά του φεγγαριού (και μακριά από οποιαδήποτε βραχυπρόθεσμη αποστολή διάσωσης), το L2 είναι μια περιοχή όπου τα βαρυτικά ρυμουλκά της Γης και του ήλιου ισορροπούν για να δημιουργήσουν ένα τέλειο μακροπρόθεσμο χώρο στάθμευσης για τηλεσκόπια. Καθώς ο Webb αφήνει πίσω του τον πλανήτη και το φεγγάρι μας, πρέπει επίσης να αναπτύξει βασικά εξαρτήματα που διπλώθηκαν για να χωρέσουν μέσα στον πύραυλο του. Αυτή η διαδικασία υψηλής τάσης περιλαμβάνει περίπου 178 μηχανισμούς απελευθέρωσης, καθένας από τους οποίους πρέπει να λειτουργεί άψογα για να ολοκληρώσει το τηλεσκόπιο τις 40 περίπου σημαντικές του αναπτύξεις.

«Αυτή είναι η πιο περίπλοκη επιστημονική αποστολή που έχουμε κάνει», λέει η Nancy Levenson, αναπληρώτρια διευθύντρια του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STSci). "Υπάρχουν πολλά που πρέπει να πάνε σωστά."

Το Webb είναι χωρίς αμφιβολία το πιο προηγμένο διαστημικό τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ. Το υπέρυθρο βλέμμα του διαστημικού σκάφους θα διαπεράσει τα κοσμικά σύννεφα σκόνης για να αποκαλύψει τις κρυμμένες λεπτομέρειες των αστρικών φυτωρίων και των εμβρυϊκών πρωτοπλανήτων στα μέσα του σχηματισμού. Θα συγκεντρώσει επίσης τα αμυδρά φωτόνια που διαχέονται από τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες που σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη—τα οποία αρχικά εκπέμπονταν ως ορατό φως, αλλά έκτοτε έχουν τεντωθεί ή «μετατοπιστεί στο κόκκινο» λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

«Θα μας βοηθήσει να ξεκλειδώσουμε μερικά από τα μυστήρια του σύμπαντος μας», λέει ο Γκρεγκ Ρόμπινσον, διευθυντής προγράμματος του Webb στη NASA. "Θέλω να πω ότι πρόκειται να ξαναγράψει τα βιβλία φυσικής."

Αλλά αυτό προϋποθέτει ότι όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο.

Από ξηρά και θάλασσα

Το ταξίδι του Webb θα ξεκινήσει στην παραλία Redondo της Καλιφόρνια, στις εγκαταστάσεις Northrop Grumman όπου ολοκληρώθηκαν η κατασκευή και οι τελικές δοκιμές. Εκεί το διαστημικό σκάφος, το οποίο αυτή τη στιγμή είναι διπλωμένο, θα τοποθετηθεί σε ένα εξειδικευμένο κοντέινερ που ονομάζεται Super Space Telescope Transporter for Air, Road and Sea, ή Super STTARS. Το προσαρμοσμένο πακέτο ταξιδιού θα προστατεύει το Webb από την υγρασία, τους κραδασμούς και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

Αργότερα αυτό το μήνα, ενώ στεγάζεται στο κουκούλι υψηλής τεχνολογίας, το Webb θα μεταφερθεί στο λιμάνι της πόλης και θα τοποθετηθεί σε ένα σκάφος. Η ακριβής ημερομηνία αναχώρησης έχει κρατηθεί κρυφή για να καταπνιγεί η πειρατεία, λέει ο Massimo Stiavelli, επικεφαλής του γραφείου αποστολής του Webb στο STScI.

Λεπτομέρειες σχετικά με την ασφάλεια που συνοδεύει το τηλεσκόπιο δεν έχουν γίνει γνωστές. Ακόμα κι έτσι, ο Στιαβέλι λέει ότι δεν ανησυχεί για τους πειρατές που κλέβουν το πολύτιμο φορτίο, χάρη στα πολυάριθμα άγνωστα αλλά πολύ πραγματικά μέτρα ασφαλείας που τέθηκαν σε εφαρμογή για το θαλάσσιο ταξίδι. Σε περίπτωση απόπειρας ληστείας στην ανοικτή θάλασσα, λέει, «Θα ανησυχούσα για [την ασφάλεια] των ίδιων των πειρατών».

Μετά την αναχώρηση από την ακτή, το τηλεσκόπιο, που εξακολουθεί να περιέχεται στο Super STTARS, θα ταξιδέψει νότια κατά μήκος της ακτής και μέσω της Διώρυγας του Παναμά. Ο Webb πιθανότατα θα εισέλθει στην Καραϊβική κάποια στιγμή στις αρχές Οκτωβρίου—δηλαδή κατά την περίοδο των τυφώνων.

Ασφαλή λιμάνια έχουν εντοπιστεί σε όλη τη διαδρομή ναυτιλίας του διαστημικού σκάφους. Και οι καιρικές συνθήκες θα παρακολουθούνται στενά για να διασφαλιστεί ότι δεν θα βρεθεί απροσδόκητα ευάλωτος σε μια καταιγίδα, λέει ο Στιαβέλι.

Μετά από περίπου δύο εβδομάδες στη θάλασσα, το τηλεσκόπιο θα φτάσει στο λιμάνι και τη θέση εκτόξευσης της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) στο Kourou, στη Γαλλική Γουιάνα. Εκεί ο Webb θα υποβληθεί σε προετοιμασίες εκτόξευσης, οι οποίες περιλαμβάνουν την τροφοδοσία του με καύσιμο, την εκτέλεση τελικών ηλεκτρονικών ελέγχων και, φυσικά, την τοποθέτηση του διαστημικού σκάφους στο ουράνιο άλογό του:τον πύραυλο Ariane 5 της ESA.

Ακόμα διπλωμένο, το τηλεσκόπιο των 6.500 κιλών θα ασφαλιστεί μέσα στην κορυφή του πυραύλου, μέσα σε έναν θάλαμο που ονομάζεται φέρινγκ. Μόλις τοποθετηθεί, ο Webb θα είναι έτοιμος να ανέβει στους ουρανούς.

Απενεργοποίηση ανατινάξεων

Υποθέτοντας ότι δεν υπάρχουν περαιτέρω καθυστερήσεις στην πορεία του προς το σημείο εκτόξευσης, νωρίς το πρωί της 18ης Δεκεμβρίου, ο Webb θα εκτιναχθεί με μια ελαφρά τροχιά προς τα ανατολικά πάνω από τον Ατλαντικό Ωκεανό. Ο πύραυλός του Ariane 5 θεωρείται αξιόπιστος ίππος εργασίας και το ίδιο το τηλεσκόπιο έχει περάσει δοκιμές με σκοπό να μιμηθεί τις πιέσεις μιας εκτόξευσης, επομένως η εμπιστοσύνη είναι υψηλή ότι το ταξίδι στην τροχιά θα πάει ομαλά, λέει ο Robinson.

Ωστόσο, «ένας από τους μεγαλύτερους αναστεναγμούς ανακούφισης θα είναι μια επιτυχημένη εκτόξευση», λέει η Heidi Hammel, αντιπρόεδρος στην Ένωση Πανεπιστημίων για την Έρευνα στην Αστρονομία. «Όπως λέμε στην επιχείρηση, αυτό είναι επιστήμη πυραύλων. Βάζουμε αυτόν τον απίστευτα πολύτιμο πόρο πάνω από έναν πύραυλο και ρυθμίζουμε την ασφάλεια, ας πούμε.»

The Bloom of Webb

Μόλις είναι περίπου 10.400 χιλιόμετρα σε Το ταξίδι του, ο Webb θα αποκολληθεί από το δεύτερο στάδιο του Ariane 5, σηματοδοτώντας το τέλος της εκτόξευσης. Ωστόσο, το πιο νευρικό κομμάτι του ταξιδιού του Webb θα έχει μόλις ξεκινήσει:μια κρουαζιέρα 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων στο L2, κατά την οποία το διπλωμένο τηλεσκόπιο θα αρχίσει σιγά-σιγά να ξεδιπλώνεται.

«Τότε αρχίζει το δάγκωμα των νυχιών», λέει ο Hammel. «Δεν είμαστε εκεί. Δεν μπορούμε να κάνουμε προσαρμογές, επομένως τα πράγματα πρέπει να λειτουργούν καλά."

Λίγες μόλις στιγμές μετά τον διαχωρισμό από τον πύραυλο, η συστοιχία ηλιακής ενέργειας του Webb θα ξεδιπλωθεί για να αρχίσει να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια στο διαστημόπλοιο. Αν και η ανάπτυξη της ηλιακής συστοιχίας είναι μια σχετικά απλή διαδικασία, η επιτυχία της είναι κρίσιμη για την τροφοδοσία όλων των επόμενων λειτουργιών, λέει ο Stiavelli.

Περίπου 12 ώρες μετά την εκτόξευση, οι προωθητές του σκάφους θα πυροδοτήσουν για πρώτη φορά για να διορθώσουν την τροχιά του. Οι διορθώσεις πορείας πρέπει να είναι αποτελεσματικές για να διατηρηθεί το καύσιμο του τηλεσκοπίου και να μεγιστοποιηθεί η διάρκεια ζωής του, λέει ο Στιαβέλι. Η επιβεβαίωση μιας επιτυχούς διόρθωσης πορείας δεν θα φτάσει παρά πολύ μετά το γεγονός, αν και μπορούν να γίνουν επακόλουθες τροποποιήσεις στην τροχιά πτήσης του Webb εάν χρειαστεί.

Καθώς το τηλεσκόπιο πλησιάζει την τρίτη του μέρα στο διάστημα, ο Webb θα αρχίσει να αναπτύσσει ένα από τα πιο περίπλοκα και εξέχοντα όργανά του:την ασπίδα. Εάν ξετυλίγονται χωρίς κοτσαδόρο, μια στοίβα πέντε τεράστιων φύλλων σε σχήμα χαρταετού από φιλμ πολυιμιδίου θα εμποδίσει το ηλιακό φως και τη θερμότητα να φτάσουν στους υπέρυθρους αισθητήρες του τηλεσκοπίου, οι οποίοι πρέπει να παραμείνουν σε εξαιρετικά χαμηλές κρυογονικές θερμοκρασίες για να λειτουργήσουν σωστά.

Η ηλιακή ασπίδα είναι ζωτικής σημασίας για να διατηρείται το τηλεσκόπιο αρκετά κρύο, ώστε να μπορεί να αισθάνεται την υπέρυθρη λάμψη της κοσμικής αυγής, λέει ο Hammel. «Η ανάπτυξη πρέπει να πάει καλά», προσθέτει.

Αλλά για να ανοίξει η ηλιοπροστασία, περίπου 150 μηχανισμοί απελευθέρωσης πρέπει να ενεργοποιηθούν σωστά κατά τη διάρκεια τριών ημερών. Η πολύπλοκη ανάπτυξη περιλαμβάνει περίπου 7.000 εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένων 400 τροχαλιών, οκτώ κινητήρων και 140 ενεργοποιητών απελευθέρωσης. Η ανάπτυξη της ηλιοπροστασίας είναι το κλειδί για την επίτευξη των πιο τρελά ονείρων των επιστημόνων για το παρατηρητήριο. Ωστόσο, για τους μηχανικούς αεροδιαστημικής, η πολυπλοκότητα της διαδικασίας και ο μεγάλος αριθμός αστοχιών ενός σημείου αποτελούν εφιάλτες.

«Είναι ένα μεγάλο έργο:να τεντωθούν όλα αυτά τα πέντε εξαιρετικά λεπτά στρώματα που έχουν το καθένα στο μέγεθος ενός γηπέδου τένις και να χωριστούν το ένα από το άλλο», λέει ο Hammel. Και το άγχος δεν θα εξασθενίσει με μια ονομαστική ανάπτυξη ηλιοπροστασίας. Έξι ημέρες μετά την πτήση, το δευτερεύον κάτοπτρο του τηλεσκοπίου, τοποθετημένο στο άκρο τριών μακριών βραχιόνων, θα χαμηλώσει στη θέση του. Παρά το όνομά του, ο δευτερεύων καθρέφτης είναι ένα κρίσιμο στοιχείο για την επιτυχία του Webb, λέει ο Hammel. Εάν άλλες αναπτύξεις δεν λειτουργούν τέλεια, ενδέχεται να υπάρξουν λύσεις. «Αλλά αν ο δευτερεύων καθρέφτης δεν αναπτυχθεί με επιτυχία, δεν έχουμε τηλεσκόπιο», λέει. "Δεν έχουμε τίποτα."

Την έβδομη ημέρα, ο κύριος καθρέφτης 6,5 μέτρων του Webb, μια συλλογή από 18 εξαγωνικά τμήματα λαξευμένα με βηρύλλιο, επιχρυσωμένα, θα αρχίσει να ξεδιπλώνεται. Πρώτον, δύο «φτερά» θα αιωρούνται προς τα έξω και θα ασφαλίσουν στη θέση τους σαν κομμάτια ενός πτυσσόμενου τραπεζιού. Στη συνέχεια, μικροσκοπικοί ενεργοποιητές θα ωθήσουν ή θα τραβήξουν καθένα από τα τμήματα του καθρέφτη σε ευθυγράμμιση ακριβείας μικρού, δημιουργώντας την μοναδική εστίαση του πρωτεύοντος καθρέφτη. Η ανάπτυξη και η ευθυγράμμιση του πρωτεύοντος κατόπτρου θα περιλαμβάνει 132 ενεργοποιητές και κινητήρες, καθένας από τους οποίους πρέπει να λειτουργεί σωστά.

Τέλος, ένα μήνα μετά την εκτόξευση, ο Webb θα πρέπει να φτάσει στο L2, ολοκληρώνοντας μια από τις πιο τολμηρές διαστημικές πτήσεις που επιχειρήθηκαν ποτέ και επιτρέποντας στους αστρονόμους του κόσμου να εκπνεύσουν συλλογικά.

«Έχουμε εξασκηθεί για αυτό εδώ και χρόνια», λέει ο Hammel. «Είναι σαν μια συναυλία ορχήστρας με εκατοντάδες ανθρώπους να παίζουν όλα διαφορετικά όργανα. Ο καθένας πρέπει να έχει εξασκήσει το ρόλο του και όλα τα όργανα πρέπει να είναι έτοιμα. Και μετά παίζουμε τη μουσική."