Strenge Tests sind das Herzstück jeder erfolgreichen Weltraummission. Das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) wird eine Million Meilen entfernt sein, wenn es seinen geschäftskritischen Sonnenschutz einsetzt. Wenn es nicht wie geplant funktioniert, ist es das. Spiel ist aus.
Das Webb ist das fortschrittlichste Weltraumteleskop, das jemals gebaut wurde. Es ist ein Infrarot-Teleskop und ein hochempfindliches. Aber um die extreme Empfindlichkeit zu erreichen, die es ihm ermöglicht, Exoplaneten und das ferne, frühe Universum zu untersuchen, muss es kühl gehalten werden. Sehr cool. Und das ist die Aufgabe des Sonnenschutzes.
Der Sonnenschutz ist entscheidend für das Design des Teleskops. Der James Webb befindet sich am Lagrange Point 2 (L2) in einer Halo-Umlaufbahn, die die Erde, den Mond und die Sonne dahinter hält. Die Sonne ist die Hauptwärmequelle für das Teleskop, und die Erde und der Mond sind nur sekundäre Quellen. Die Abschirmung blockiert effektiv die gesamte Energie, die von allen drei dieser Körper kommt, und hält das Zielfernrohr bei seiner Betriebstemperatur unter -220 Grad Celsius (-370 F; 50 K).
Zwischen der Sonnenschutzseite des JWST und der Zielfernrohrseite besteht ein extremer Temperaturunterschied. Die NASA sagt, dass der Sonnenschutz Temperaturen von 110 ° C (383 K) erreichen kann, die heiß genug sind, um ein Ei zu kochen, während die schattierte Teleskopseite kalt genug ist, um Sauerstoff einzufrieren.
„Dies war das erste Mal, dass der Sonnenschutz von der Elektronik des Raumfahrzeugs und dem darüber vorhandenen Teleskop eingesetzt und gespannt wurde. „
James Cooper, JWST Sonnenschutzmanager.
Techniker und Ingenieure haben gerade alle fünf Schichten des Sonnenschutzes getestet und den Schild in die gleiche Position gebracht, in der er sich auf L2 befindet, 1,6 Millionen km (1 Million Meilen) von der Erde entfernt. Die NASA sagte in einer Pressemitteilung, dass diese Tests die eigenen Systeme des Raumfahrzeugs verwendeten, um den Schild einzusetzen, und dass die Tests erfolgreich waren.
„Dies war das erste Mal, dass der Sonnenschutz von der Elektronik des Raumfahrzeugs und dem darüber vorhandenen Teleskop eingesetzt und gespannt wurde. Der Einsatz ist infolgedessen visuell beeindruckend und schwierig durchzuführen “, sagte James Cooper, Webb Telescope Sunshield Manager der NASA im Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Maryland.
Der Sonnenschutz besteht aus fünf Schichten eines Materials namens Kapton. Jede der Schichten hat eine bestimmte Dicke und ist durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt. Der Schild hat auch Nähte und andere Eigenschaften, die ihn gegen Meteore verstärken. Jede der Schichten ist mit Aluminium beschichtet, und die beiden der Sonne am nächsten gelegenen Schichten, Schicht 1 und 2, haben eine sogenannte "dotierte Silizium" -Beschichtung, um die ultraviolette Energie der Sonne zurück in den Weltraum zu reflektieren.
"Dieser Test zeigte, dass das Sonnenschutzsystem die Umwelttests von Raumfahrzeugen überstanden hat, und lehrte uns die Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen dem Teleskop und den Sonnenschutzteilen des Observatoriums", fügte Cooper hinzu. "Vielen Dank an alle Ingenieure und Techniker für ihre Ausdauer, Konzentration und unzähligen Stunden Mühe, um diesen Meilenstein zu erreichen."
James Webbs Raumfahrzeugbus ist ungefähr so groß wie der Hubble. Der Spiegel des JWST ist jedoch doppelt so groß wie der des Hubble. Es handelt sich um einen goldbeschichteten Beryllium-Segmentspiegel mit einem Durchmesser von 6,5 m (21,3 ft), der aus 18 sechseckigen Segmenten besteht und eine kombinierte Sammelfläche von 25 m² aufweist. Tatsächlich ist der goldene Spiegel des Webb bereits eine kulturelle Ikone, obwohl er noch nicht auf den Markt gebracht wurde.
Der Spiegel muss so groß sein, um seine Missionsziele zu erreichen. Dazu gehört unter anderem die Beobachtung des Lichts der ersten Sterne und Galaxien im Universum und die Untersuchung von Exoplaneten. Der Spiegel und der erforderliche Sonnenschutz sind jedoch zu groß, um in eine Rakete zu passen. Aus diesem Grund werden sowohl der Spiegel als auch der Sonnenschutz zum Start zusammengeklappt und erst eingesetzt, wenn das Teleskop auf dem Weg zum Ziel ist, ein kompliziertes Manöver. Darüber hinaus werden alle Tests in der Schwerkraft der Erde durchgeführt, während der eigentliche Einsatz in Abwesenheit der Schwerkraft stattfinden wird.
Und darum geht es bei allen Tests und erneuten Tests. Im Gegensatz zum Hubble, auf den Astronauten im erdnahen Orbit für Reparaturmissionen zugreifen konnten, ist der JWST unerreichbar. Es ist möglich, dass sich ein zukünftiges Raumschiff mit dem James Webb auseinandersetzt, um grobe Bereitstellungsfehler zu beheben. Komponenten können jedoch nicht ausgetauscht werden. Im Wesentlichen gibt es nur eine Chance, den Spiegel und seinen Sonnenschutz richtig einzusetzen.
Nach diesem wichtigen Test müssen die Ingenieure und Techniker den Sonnenschutz nun sorgfältig in der Startkonfiguration verstauen und ihn genau in die Position klappen, die für einen erfolgreichen Einsatz erforderlich ist. Danach weitere Tests.
Es gibt noch umfassende elektrische Tests, die durchgeführt werden müssen, sowie mechanische Tests, die die Kräfte nachahmen, denen das Zielfernrohr beim Start der Ariane 5-Rakete ausgesetzt sein wird, die es in den Weltraum befördern wird. Dann gibt es noch einen Test für den Einsatz von James Webb und ein letztes Verstauen.
Der Start ist für den 30. März 2021 geplant. Es gab eine Reihe von Verzögerungen für den JWST, der ursprünglich zwischen 2007 und 2011 starten sollte. Es ist eine komplizierte Mission und eine komplizierte, teure Technologie. Die NASA ist der Hauptentwickler, aber sowohl die Europäische Weltraumorganisation als auch die Kanadische Weltraumorganisation haben bedeutende Beiträge geleistet.
Sobald es sich in seiner Halo-Umlaufbahn bei L2 befindet und die Bereitstellung gut verläuft, wird es bahnbrechende Arbeit leisten. Und hoffentlich vergessen wir alle Verzögerungen.
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