ИСТОРИЯ НАПИСАНА ДЛЯ CBS NEWS И ИСПОЛЬЗУЕТСЯ С РАЗРЕШЕНИЯ
Через XNUMX дней полета космический телескоп Джеймса Уэбба выйдет на свою парковочную орбиту в миллионе миль от Земли в понедельник, идеальное место для сканирования неба в поисках слабого инфракрасного света от звезд и галактик первого поколения.
Но добраться туда — и по пути успешно развернуть гигантский солнцезащитный козырек, зеркала и другие придатки — было лишь половиной удовольствия.
Ученые и инженеры теперь должны превратить Webb стоимостью 10 миллиардов долларов в действующий телескоп, точно выровняв его 18 сегментов основного зеркала, чтобы они работали вместе как единое зеркало шириной 21.3 фута, которое на сегодняшний день является самым большим из когда-либо запущенных.
Ранее на этой неделе группа операций миссии удаленно завершила многодневный процесс подъема каждого сегмента и вторичного зеркала телескопа шириной 2.4 фута, на полдюйма от пусковых замков, которые прочно удерживали их на месте во время Рождества в обсерватории. подняться в космос на европейской ракете Ariane 5.
Теперь полностью развернутые 18 сегментов в настоящее время выровнены с точностью до миллиметра или около того. Чтобы телескоп достиг предельно четкой фокусировки, это выравнивание должно быть точно настроено с точностью до 1/10,000 XNUMX ширины человеческого волоса с использованием нескольких приводов для наклона и даже изменения формы сегмента, если это необходимо.
«Наше главное зеркало сегментировано, и эти сегменты должны быть совмещены с долей длины волны света», — сказал Ли Файнберг, менеджер по элементам оптического телескопа в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Мы не говорим о микронах, мы говорим о долях длины волны. Вот что сложного в Уэббе.
По словам НАСА, после выравнивания и калибровки его инструментов Уэбб будет в 100 раз мощнее, чем Хаббл, и будет настолько чувствителен к инфракрасному свету, что сможет обнаруживать слабое тепло шмеля даже на расстоянии Луны.
Каждый сегмент зеркала был отшлифован по рецепту, учитывающему деформирующее воздействие гравитации при их изготовлении на Земле и их ожидаемую усадку в сверхнизких температурах космоса. Они были рассчитаны настолько точно, что, если бы один из них был взорван до размеров Соединенных Штатов, Скалистые горы высотой 14,000 2 футов были бы менее XNUMX дюймов в высоту.
Но если бы Уэбб сегодня нацелился на яркую звезду, в результате получилось бы 18 отдельных изображений, «и они будут выглядеть ужасно, они будут очень размытыми, — сказал Файнберг в интервью, — потому что сегменты главного зеркала еще не выровнены».
Это следующее серьезное препятствие для команды Уэбба: составить карту, а затем наклонить каждый сегмент с небольшими приращениями, объединив эти 18 изображений, чтобы сформировать единую точно сфокусированную точку света. Ожидается, что это итеративный многоэтапный процесс, который займет несколько месяцев.
Но сначала телескоп должен выйти на орбиту вокруг точки Лагранжа 2, в 930,000 XNUMX миль от Земли, где гравитация Солнца и Земли объединяются, чтобы сформировать карман стабильности, который позволяет космическому кораблю оставаться на месте с минимальным расходом топлива.
Это также точка, где солнцезащитный козырек Уэбба размером с теннисный корт может работать с максимальной выгодой, блокируя тепло от солнца, Земли, Луны и даже теплой межпланетной пыли, которая в противном случае затопила бы чувствительные инфракрасные датчики телескопа.
По состоянию на субботу зеркальные сегменты остыли примерно до минус 340 градусов по Фаренгейту, что на пути к рабочей температуре около минус 390, или чуть менее 40 градусов выше абсолютного нуля.
В то время как процесс охлаждения продолжается, в понедельник в 4:58 по восточному поясному времени запланирован 2-минутный 3.4-секундный запуск двигателя коррекции курса, чтобы изменить скорость космического корабля на небольшие 2 мили в час, чего достаточно, чтобы вывести его на дальнюю орбиту вокруг точки Лагранжа XNUMX. .
Если все пойдет хорошо, телескоп останется на этой шестимесячной орбите до конца своего срока службы, периодически запуская двигатель, удерживающий станцию, чтобы оставаться на ней.
После вывода на орбиту инженеры приступят к выравниванию зеркала, одному из самых сложных аспектов и без того сложного развертывания Уэбба.
Каждый шестиугольный сегмент главного зеркала шириной 4.3 фута оснащен шестью механическими приводами в виде «гексапода» на задней стороне, что позволяет двигаться в шести направлениях. Седьмой привод может толкать или тянуть центр сегмента, чтобы слегка исказить его кривизну, если это необходимо.
После того, как камера ближнего инфракрасного диапазона Уэбба, или NIRCam, остынет до рабочей температуры, Уэбб будет нацелен на яркую звезду, чтобы инструмент мог отображать отражения от всех 18 сегментов, создавая мозаику, показывающую их относительный размер и положение.
Затем сегменты зеркала будут регулироваться по одному, используя один исполнительный механизм, а затем другой, чтобы правильно направить каждый из них. По мере продолжения процесса будут создаваться дополнительные мозаики, и в зависимости от результатов процесс выравнивания, возможно, придется повторить.
«Самое главное — заставить 18 сегментов главного зеркала ориентироваться одинаково, чтобы их изображения были примерно одинакового размера», — сказал Файнберг. «Некоторые из них могут быть сильно расфокусированы, поэтому вы можете получить большое пятно (размытое изображение звезды) на сегменте 5 и маленькое пятно на сегменте 3».
Цель состоит в том, чтобы наклонить сегменты так, как это требуется, чтобы минимизировать размер расфокусированных изображений, а затем переместить множественные отражения в одну и ту же точку в центре оптической оси телескопа, все они будут наложены друг на друга, чтобы создать единое целое. луч резко сфокусированного света.
«На самом верхнем уровне думайте об этом как о 18 отдельных телескопах, выровненных примерно на одном уровне», — сказал Файнберг. «И тогда мы наложим 18 точек друг на друга. Мы называем это наложением изображений. Это процесс наклона сегментов главного зеркала, так что изображения падают друг на друга».
Ключ, по его словам, заключается в том, что «вам действительно нужен очень хороший контроль над этими приводами, очень точные наклоны, потому что нам нужно, чтобы эти 18 точек очень хорошо перекрывали друг друга».
Любой данный сегмент может потерять один из шести приводов наклона без каких-либо последствий. Даже потерю центрального привода можно в какой-то степени компенсировать, слегка переместив сегмент вверх или вниз.
Но исчерпывающие испытания на земле показали, что высокотехнологичные приводы чрезвычайно надежны. Процедуры были протестированы перед запуском с использованием уменьшенной модели телескопа, и Фейнберг сказал, что он уверен, что процесс выравнивания будет работать, как планировалось.
«Когда у нас будет изображение звезды, которое сфазировано (правильно сложено и сфокусировано)? Я думаю, что это произойдет где-то в марте, может быть, в конце марта», — сказал он.
«Но тогда следующий вопрос: когда у нас будет полностью выровненный телескоп, включая вторичное зеркало, оптимизированное для всех четырех инструментов? По первоначальному плану мы достигли этого за полные четыре месяца миссии. Так что это будет похоже на конец апреля».
Этого все равно недостаточно для начала научных наблюдений.
Как только оптическая система будет настроена, команда сосредоточится на тестировании и калибровке NIRCam, комбинированной камеры и спектрографа, а также трех других спектрографических инструментов телескопа, один из которых включает в себя датчик точного наведения, необходимый для удержания Уэбба на цели.
Этот процесс займет еще два месяца или около того. Только после этого сфокусированные изображения «первого света» будут опубликованы.
«Мы хотим убедиться, что первые изображения, которые увидит мир, которые увидит человечество, отдают должное этому телескопу стоимостью 10 миллиардов долларов, а не являются изображениями, знаете ли, эй, смотрите, звезды», — сказала Джейн Ригби, научный сотрудник проекта операций Уэбба. в Годдарде.
«Поэтому мы планируем выпустить серию «вау» изображений, которые будут выпущены в конце ввода в эксплуатацию, когда мы начнем нормальные научные операции, призванные продемонстрировать, на что способен этот телескоп… и по-настоящему сбить всех с толку».
