NASA’nın inanılmaz derecede güçlü James Webb Uzay Teleskobu, üç gündür uzayda, ancak derin uzay yolculuğunun belki de en riskli kısmı daha yeni başlıyor. Yakında, teleskop, uzak kozmosu gözlemlemek için son biçimine ulaşmak için şeklini yavaşça bükerken ve açılırken karmaşık bir koreografiye sahip mekanik bir dans başlatacak.
Daha önce hiç yapılmamış bir tür ters uzay origamisidir, ancak James Webb Uzay Teleskobu veya JWST’nin görevini yerine getirmesi için kesinlikle gereklidir. Teleskop, tamamen uzatılmış haldeyken herhangi bir operasyonel roketle fırlatılamayacak kadar büyüktü. Böylece Noel Günü’nde bir Avrupa Ariane 5 roketinin tepesinde uzaya fırladığında, tırnak yeme yolculuğunu dünyanın en pahalı İsviçre Çakısı gibi kendi içine katladı.
Şimdi, önümüzdeki iki hafta boyunca, JWST, Evrenin en derin kısımlarına bakmak için tamamen yapılandırılana kadar, bir ışın buraya, bir ayna oraya yerleştirerek bükülecek ve yeniden şekillendirilecek. Teleskopun ana yüklenicisi Northrop Grumman’ın JWST hizalama mühendisi Amy Lo, “Webb’e bazen ‘Transformer Teleskop’ diyoruz” diyor. Sınır. Kusursuz olması gerektiğinden, mühendislerin zeminde tekrar tekrar test ettiği yüzlerce hareketli parça ile göz korkutucu bir süreç. Ancak yol boyunca, küçük bir serbest bırakma mekanizmasının veya kasnağın başarısızlığının tüm JWST misyonunun geleceğini tehlikeye atabileceği birçok nokta var. Yerdeki görev kontrolörleri, bir şey takılırsa uygulayabilecekleri birkaç sorun giderme tekniğine sahip olsa da, nihayetinde JWST uzay aracı her konuşlandırmayı kendi başına mükemmele yakın bir şekilde yapmalıdır.
JWST, Dünya’dan yaklaşık 1 milyon mil uzaktaki son bir varış noktasına gidiyor ve astronotları teleskoba bir ayar yapmak için bu kadar uzak bir mesafeye güvenle getirebilecek operasyonel roketler veya uzay gemileri yok. Ve insanlar ona ulaşabilse bile, JWST hizmet vermek üzere tasarlanmamıştır. Yani teleskop temel bir şekilde bozulursa, bu NASA’yı yöneten bir görev için toplam 9,7 milyar dolar.
Bu büyüklükteki bir görev için kulağa gereksiz bir karmaşıklık gibi gelebilir, ancak NASA’ya göre JWST için hiçbir zaman kolay bir yol olmadı. NASA’daki bilim misyonu müdürlüğünün yardımcı yöneticisi Thomas Zurbuchen, “Sahip olduğumuz kısıtlamalar dahilinde bunu daha basit hale getirmenin mümkün olmadığına kesinlikle inanıyorum” diyor. Sınır. “Durum bu.”
JWST tasarımcıları, yaratımlarının uzayda ortaya çıkması gerektiğini en başından beri biliyorlardı. 1996 yılında bilim adamları ilk kez böyle bir teleskop yapmayı önerdiğinde, NASA’nın o zamanki yöneticisi Dan Goldin, mühendislere uzay aracını sekiz metreye kadar genişliğe sahip bir birincil ayna ile yaratmaları için meydan okudu. Sonunda, tasarımcılar 6,5 metre veya 21 fit genişliğinde bir aynaya karar verdiler, ancak bu kararname JWST’nin katlanmış kaderini belirledi.
Bunun nedeni, şu anda uçan en büyük roketlerin o boyutta bir aynayı taşıyacak kadar geniş olmamasıdır. Ne zaman uzaya bir şey fırlatırsanız, uzay aracı bir roketin yük kaportasına – uçuşun ilk kısmı boyunca roketin üstüne oturan soğanlı yapıya – sığmalıdır. Kaplama, fırlatma sırasında uzay aracını örttüğü ve uzaya ulaşana kadar yükü atmosferden koruduğu için kritik öneme sahiptir. Bununla birlikte, kaporta genişliği bir uzay aracının tasarımı için önemli bir sınırlayıcı faktördür, çünkü araç mutlak İçine sığmak. Bu, uzay endüstrisindekilerin genellikle “kaportanın zorbalığı” olarak adlandırdığı bir sorundur.
Ariane 5 roketi, 5,4 metre veya yaklaşık 18 fit genişliğinde, şu anda piyasadaki en geniş yük kaplamalarından birine sahiptir. Ancak bu, JWST’nin aynasını tam olarak genişletmek için hala çok küçük. Bu nedenle, en başından beri, JWST misyon tasarımcıları aynayı her iki tarafta içe ve dışa doğru dönebilen iki kanatla segmentler halinde inşa ettiler. Uzak kozmostan ışık toplamak için segmentlerin tek, düz bir ayna gibi davranması gerektiğinden, bu büyük bir tasarım zorluğuydu. Lo, “Birincil aynayı açmak, uzayda yörüngede daha önce hiç yapılmamıştı” diyor.
JWST, lansmandan yaklaşık 12 ila 13 gün sonra ayna kanatlarını açacak. Ancak bu gerçekleşmeden önce, gözlemevinin tamamlaması gereken daha da karmaşık bir konuşlandırma var, tamamlanması altı gün kadar sürecek. Bu, JWST’nin güneşten gelen ısıyı engellemek ve uzaydayken teleskopu ekstra serin tutmak için tasarlanmış karmaşık bir aparat olan güneş korumasının yerleştirilmesidir. Dağıtım süreci esnek olacak şekilde tasarlanırken ve işler değişebilirken, güneşlik kurulumunun ilk adımının bugün başlaması gerekiyorBu, bu görevle ilgili neredeyse herkesin önümüzdeki hafta nefeslerini tutacağı anlamına geliyor.
NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde JWST’nin optik teleskop eleman yöneticisi Lee Feinberg, “Güneş korumasının kendisi – tüm konuşlandırmalarımız arasında – en karmaşık olanıdır” diyor. Sınır. “En hareketli parçalara sahip.”
Güneşlik, JWST’nin tasarımı nedeniyle gerekli bir özelliktir. Teleskop uzak yıldızları ve galaksileri kızılötesi olarak gözlemleyecek, gözlerimizle görünmeyen ancak ısı tutan herhangi bir şey tarafından yayılan bir ışık türü. Ancak kızılötesi fotonları toplamak için JWST’nin -370 derece Fahrenheit kadar düşük, inanılmaz derecede soğuk bir sıcaklıkta çalışması gerekir. Çok ısınırsa, teleskop çok fazla ışık yayabilir. sahip olmak uzay aracının Evren gözlemlerine müdahale edebilecek kızılötesi ışık.
JWST için etkileyici bir güneş kremi sağlayan güneşliğe girin. Kalkan, her biri bir tenis kortu büyüklüğünde olan Kapton adı verilen parlak bir malzemeden beş ultra ince katmandan oluşur. En dıştaki katman her zaman Güneş’e bakacak ve 230 derece Fahrenheit’te kavurucu bir sıcaklıkta çalışarak ısısının çoğunu alacaktır. Ancak birbirini izleyen her katman daha soğuk ve daha soğuk olacak, böylece JWST’nin enstrümanları güzel ve kriyojenik kalacak.
Kalkanın ısı yansıtan zarları o kadar hassastır ki, katmanları uzayda dışarı doğru uzatmak ve yırtılmadan gergin bir şekilde çekmek için ekstra özel bakım ve mühendislik gerekiyordu. Feinberg, “Katmanları yayacak ve gerecek sistemler var” diyor. “Nasıl kurduğunuz açısından biraz teknedeki bir yelkene benziyor.”
NASA’ya göre tüm süreç, 140’a kadar serbest bırakma mekanizması, 400 kasnak, 70 menteşe takımı ve 90 kablo dahil olmak üzere yüzlerce farklı hareketli parçaya dayanıyor. Bir dağıtımın beklendiği gibi performans göstermemesi durumunda çeşitli acil durum planları da vardır. NASA, ilk komutun bir hareketi tetiklememesi durumunda, komutları teleskopa yeniden gönderme seçeneğine sahiptir. Mühendisler ayrıca uzay aracına yapabildikleri kadar fazla yedek eklediler. Birincil devrenin düzgün şekilde ateşlememesi durumunda aynı görevi yerine getirebilecek birden fazla devrenin bulunduğu alanlar vardır.
Ancak, gerçekten hiçbir yedekleme seçeneğinin olmadığı anlar vardır. Dağıtım süreci boyunca, “tek nokta hataları” olarak bilinen 300’den fazla olay vardır. İşte o dağıtımlar sahip olmak tasarlandığı gibi çalışmak, çünkü fazlalık ile inşa edilemezler. “Tek nokta başarısızlıkları komik küçük şeyler. Çok kullanılıyorlar” diyor Lo. “Ve teknik olarak demek istedikleri şu ki, bu şey mutlak olmak.” JWST, dağıtım süreci boyunca büyük ölçüde onlara güvenir. Örneğin, güneşlik membranlarını serbest bırakmak için toplam 107 serbest bırakma cihazına ihtiyaç duyulur ve bunların tam şekillerini açmalarına izin verilir. Lo’ya göre, bu cihazların 107’sinin tümü tek nokta arızalarıdır.
Yine de NASA, tek nokta başarısızlıklarına yabancı değil. Zurbuchen’e göre, uzay ajansı Azim gezicisini bu Şubat ayında Mars’a indirdiğinde, iniş sırasında kabaca 100 tek nokta arızası meydana geldi. Tüm iniş sorunsuz geçti. Ek olarak, NASA ve Northrop Grumman, son iki ila üç yıl boyunca JWST’nin çeşitli konuşlandırmalarını sahada test ederek, onları son gösteri için karmaşık bir şekilde prova etti. Her bileşen, uzay aracına eklenmeden önce, zeminde düzinelerce kez ayrı ayrı test edildi. Ve sonra tüm teleskop, birleşik bir birim olarak defalarca katlandı ve açıldı.
“Yani yörüngeye konuşlandıracağımıza güvenimiz var mı? Evet, yapıyoruz” diyor Lo. “Ve bunun nedeni, temelde zemin seviyesinden bu kadar zorlu testlerden geçmemizdir.”
JWST’nin test edilmesi, planlanandan uzun yıllar daha uzun sürdü, ancak tamir edilememesi nedeniyle titiz olması gerekiyordu. JWST ile 1990’dan beri Dünya’nın yörüngesinde dönen Hubble Uzay Teleskobu arasındaki en büyük farklardan biri. JWST’nin bu yeteneği yoktur. Ayrıca insanları teleskoba göndermek zaten çok fazla ısıya neden olur. Zurbuchen, “Etrafınıza bir uzay giysisi giyseniz bile, hala teleskop ortamından çok daha sıcak” diyor.
JWST için bir insan servisi görevi mümkün olmasa da, NASA, ajansın bir gün teleskopa bir ayar vermek istemesi ihtimaline karşı küçük bir tasarım değişikliği yaptı. JWST’nin arkasına haç şeklindeki çıkartmalar dahildir. Gelecekte potansiyel bir robotik uzay aracı ziyaretçisini JWST’ye yönlendirmeye yardımcı olmak için hedef olarak hizmet etmeleri gerekiyordu. Son on yılda, çeşitli uzay şirketleri, zaten uzayda olan uyduları yakalamak ve onları ele geçirmek, ya tanklarına yakıt ikmali yapmak ya da eskiyen bileşenlerini değiştirmek için tasarlanmış “uydulara hizmet” üzerinde çalışıyorlar. Bir gün NASA’nın, teleskopun tanklarına daha fazla itici gaz eklemek ve uzaydaki süresini uzatmak için JWST’ye bir servis uydusu göndermek istemesi mümkündür. Bu olursa, hedefler, ziyaret eden uzay aracının JWST’nin tankını doldurmak için nereye bağlanması gerektiği konusunda bir referans noktası sağlayacaktır.
Ancak NASA’daki hiç kimse şu anda böyle bir yakıt ikmali görevini düşünmüyor bile. JWST ile ilişkili herkes, doğrudan dağıtımlara odaklanmıştır. Ve teleskop önümüzdeki iki hafta boyunca tamamen açıldıktan sonra, gözlemevi derin uzayda seyahat ederken hala yapılacak çok iş var. NASA, JWST’nin aynalarını çok az ayarlamaya devam edecek ve hepsinin amaçlandığı gibi hizalanmasını sağlayacak. Ve fırlatmadan yaklaşık 29 gün sonra, teleskop iticilerinin son bir yanmasını gerçekleştirerek onu derin uzaydaki son konumuna getirecek.
Bu noktada, iş daha yeni başlıyor. Görev personeli daha sonra düzgün çalıştıklarından emin olmak için JWST’nin tüm araçlarını test edecek ve kalibre edecektir. Bu süreç aylar alacak, bilim operasyonlarının bu yaz başlaması planlanıyor.
Bu nedenle, JWST iki hafta sonra amaçlandığı gibi konuşlandırılsa bile, kaygı gerçekten bitmez. Lo, “İşte o zaman çoğumuzun rahat bir nefes alacağını düşünüyorum, ancak elbette, enstrümanlar ve ayna aşamaları daha yeni başlamış olurdu” diyor. “Farklı bir grup insan – enstrüman yapımcıları, tasarımcılar, mühendisler ve bilim adamları – sadece nefeslerini tutmaya başlayacaktı.”