Strenge Tests sind das Herzstück jeder erfolgreichen Weltraummission. Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) wird eine Million Meilen entfernt sein, wenn es seinen geschäftskritischen Sonnenschild entfaltet, und wenn es nicht wie geplant funktioniert, war 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 Sensibilität 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. Die James Webb wird sich am Lagrange Point 2 (L2) in einer Halo-Umlaufbahn befinden, die Erde, Mond und Sonne hinter sich hält. Die Sonne ist die Hauptwärmequelle für das Teleskop, Erde und Mond sind nur sekundäre Wärmequellen. Der Schild blockiert effektiv die gesamte Energie, die von allen drei dieser Körper kommt, und hält das Zielfernrohr auf seiner Betriebstemperatur unter -220 Grad Celsius (-370 F; 50 K).
Die beiden Seiten des JWST sind in eine heiße Seite und eine kalte Seite getrennt. Bildquelle: STSci.
Es wird einen extremen Temperaturunterschied zwischen der Sonnenblende des JWST und der „Scope-Seite“ geben. Die NASA sagt, dass die Sonnenblende Temperaturen von 110 °C (230 °F; 383 °K) erreichen kann, die heiß genug ist, um ein Ei zu kochen, während die schattige Seite des Teleskops kalt genug ist, um Sauerstoff einzufrieren.
„Dies war das erste Mal, dass die Sonnenblende von der Elektronik des Raumfahrzeugs und mit dem darüber befindlichen Teleskop ausgefahren 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 bei L2 befinden wird, 1,6 Millionen Kilometer (1 Million Meilen) von der Erde entfernt. NASA sagte in a Pressemitteilung dass bei diesen Tests die eigenen Systeme des Raumfahrzeugs verwendet wurden, um den Schild zu entfalten, und dass die Tests erfolgreich waren.
„Dies war das erste Mal, dass die Sonnenblende von der Elektronik des Raumfahrzeugs und mit dem darüber befindlichen Teleskop ausgefahren und gespannt wurde. Die Bereitstellung ist daher visuell atemberaubend und es war eine Herausforderung, sie zu verwirklichen“, sagte James Cooper, Webb Telescope Sunshield Manager der NASA im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.
Der Sonnenschutz besteht aus fünf Schichten eines Materials namens Kapton . Jede der Schichten hat eine bestimmte Dicke und sie sind durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt. Der Schild hat auch Nähte und andere Merkmale, die ihn gegen Meteoriten verstärken. Jede der Schichten ist mit Aluminium beschichtet, und die beiden sonnennächsten Schichten, die Schichten 1 und 2, haben eine sogenannte 'dotierte Silizium'-Beschichtung, um die ultraviolette Energie der Sonne zurück in den Weltraum zu reflektieren.
In diesem Bild betrachtet ein Ingenieur eine der Schichten des Sonnenschutzes in einem Reinraum. Das Muster der Nähte hilft, Reißen zu verhindern. Bildnachweis: Nexvolve.
„Dieser Test hat gezeigt, dass das Sonnenschutzsystem die Umwelttests von Raumfahrzeugelementen überstanden hat, und hat uns etwas über die Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen dem Teleskop und den Sonnenschutzteilen des Observatoriums gelehrt“, fügte Cooper hinzu. „Vielen Dank an alle Ingenieure und Techniker für ihre Beharrlichkeit, Konzentration und unzählige Stunden Einsatz, um diesen Meilenstein zu erreichen.“
Der Raumsondenbus von James Webb hat ungefähr die gleiche Größe wie der Hubble. Aber die Spiegel des JWST ist doppelt so groß wie die Hubbles. Es handelt sich um einen segmentierten Spiegel aus goldbeschichtetem Beryllium mit 6,5 m (21,3 ft) Durchmesser, der aus 18 sechseckigen Segmenten besteht, mit einer kombinierten Sammelfläche von 25 m². Tatsächlich ist der goldene Spiegel von Webb bereits eine kulturelle Ikone, auch wenn er noch nicht auf den Markt gekommen ist.
Die Schichten 1 und 2 sind der Sonne am nächsten. Sie sind mit „dotiertem Silizium“ beschichtet, um die Sonnenenergie zurück ins All abzulenken. Bildquelle: STSci.
So groß muss der Spiegel sein, um seine Missionsziele zu erfüllen, zu denen unter anderem die Beobachtung des Lichts der ersten Sterne und Galaxien im Universum und die Untersuchung von Exoplaneten gehören. Aber der Spiegel und der erforderliche Sonnenschutz sind zu groß, um in eine Rakete zu passen. Deshalb werden sowohl der Spiegel als auch die Sonnenblende zum Start hochgeklappt und erst ausgefahren, 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 stattfindet.
Der Zeitplan für die Bereitstellung des James Webb-Weltraumteleskops. Von beschäftigter NASA – http://jwst.nasa.gov/faq.html#communicate, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56857580
Und darum geht es bei all den Tests und erneuten Tests. Im Gegensatz zum Hubble, der im erdnahen Orbit von Astronauten für Reparaturmissionen zugänglich war, ist das JWST außer Reichweite. Es ist möglich, dass sich ein zukünftiges Raumschiff mit der James Webb auseinandersetzen könnte, um grobe Fehler bei der Bereitstellung zu beheben. Aber Komponenten können nicht ersetzt werden. Im Wesentlichen gibt es nur eine Chance, den Spiegel und seine Sonnenblende richtig einzusetzen.
Nach diesem wichtigen Test müssen die Ingenieure und Techniker die Sonnenblende nun sorgfältig in Startkonfiguration verstauen und genau in die Position klappen, die für einen erfolgreichen Einsatz erforderlich ist. Danach weitere Tests.
Jede Schicht des Kapton-Sonnenschutzes von James Webb hat eine einzigartige Größe, Form und ein spezielles Rip-Stop-Muster, um den Membranen, die so dünn wie ein menschliches Haar sind, Strapazierfähigkeit zu verleihen.
Credits: Northrop Grumman
Es müssen noch umfassende elektrische Tests durchgeführt werden, sowie mechanische Tests, die die Kräfte nachahmen, die das Zielfernrohr während des Starts auf der Ariane 5 Rakete, die es in den Weltraum bringen wird. Dann gibt es einen weiteren Test des Einsatzes des James Webb und ein letztes Verstauen.
Der Start ist für den 30. März 2021 geplant. Es gab eine Reihe von Verzögerungen für das JWST, das ursprünglich zwischen 2007 und 2011 starten sollte. Es ist eine komplizierte Mission und ein kompliziertes, teures Stück Technologie. Die NASA ist der Hauptentwickler, aber sowohl die Europäische Weltraumorganisation als auch die Kanadas Raumfahrtbehörde haben wesentliche Beiträge geleistet.
Sobald es in seiner Halo-Umlaufbahn bei L2, und wenn die Bereitstellung gut verläuft, wird es bahnbrechende Arbeit leisten. Und hoffentlich vergessen wir alle Verzögerungen.
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