Für das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA steigt die Spannung.
Am Montag (3. Januar) begannen die Controller des James Webb-Weltraumteleskops, die Spannung auf seiner massiven Sonnenblende zu erhöhen, einem fünflagigen Schild von der Größe eines Tennisplatzes, der das 10-Milliarden-Dollar-Observatorium für die Wissenschaft kühl genug halten soll.
Die Aufgabe ist der letzte Schritt in Entfalten von Webbs Sonnenblende, und sollte bis zu drei Tage dauern. Da Webb so neu im Weltraum ist – nur das 10-Milliarden-Dollar-Observatorium gestartet am 25. Dezember — Das Spannen verzögerte sich um zwei Tage, da die Ingenieure am Samstag (1. Januar) eine Pause für den Neujahrstag einlegten und am Sonntag einige kleinere Probleme bearbeiteten.
“Wir sind nicht überrascht”, sagte Bill Ochs, Webb-Projektmanager am Goddard Space Flight Center der NASA, während eines Telefonats mit Reportern am Montag über die Verzögerung. “Wir verstehen, dass wir Dinge finden, die wir auf dem Boden nicht sehen können, und wenn wir sie uns ansehen, schauen wir uns das sehr genau an, um sicherzustellen, dass wir es verstehen.”
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Ingenieure spannen jetzt die erste Schicht der Sonnenblende, die bis Montag andauern wird, wenn dies nach Plan verläuft. Nach Abschluss bewertet das Webb-Team den Bereitstellungserfolg und passt die folgenden vier Schichten nach Bedarf an. Der Zeitplan sieht vor, dass der Einsatz am Mittwoch (5. Januar) endet, aber der Zeitpunkt des Schichtspannens (und sogar des gesamten Einsatzes) kann je nach den technischen Daten variieren, die Webb während seiner Sequenz erstellt.
Webb ist auf wärmeempfindliche Infrarotbeobachtungen spezialisiert, wodurch der Sonnenschutz zu einem wichtigen Bestandteil des Observatoriums wird. Der Sonnenschutz ist Teil eines einmonatigen Einsatzverfahrens, um die Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops bereit, Daten von einem von der Erde entfernten Punkt zu sammeln, der fast 1,6 Millionen Kilometer von unserem Planeten entfernt ist.
Während Webb die Bereitstellung ausführt, macht es die Reise zu seinem Ziel – einem stabilen Gravitationsgebiet namens Sonne-Erde Lagrange Point 2 (L2), wodurch das Raumfahrzeug mit minimalem Treibstoffverbrauch “parken” kann, um stabil zu bleiben. Da die meisten Bereitstellungsschritte von Webb vom Boden aus gesteuert werden, ermöglicht diese Steuerung den Ingenieuren, das Bereitstellungsverfahren zu unterbrechen, um auftretende Probleme zu beurteilen.
Vor dem Spannen der ersten Schicht des Sonnenschutzes haben die Ingenieure beispielsweise einen zusätzlichen Tag verbracht Studium des Energiesubsystems von Webb, um sicherzustellen, dass das Teleskop bereit war. Sie fanden zwei Probleme, die im Bereich der technischen Parameter des Teleskops lagen, die sie jedoch aus Vorsicht überprüfen wollten.
Ein Problem war ein Satz von sechs Motoren, die beim Spannen der Sonnenblende verwendet wurden. Aufgrund des Sonnenlichts, das auf die Motoren schien, hatten sie eine etwas höhere Temperatur als erwartet, sodass die Ingenieure Webb neu ausrichteten, um die Motoren mehr in den Schatten zu stellen.
Der Verschattungsvorgang lief am Sonntag (2. Januar) und die Motortemperatur sank erwartungsgemäß. „Wir möchten eine große Betriebsmarge für unsere Motoren haben – und zwar für alles, was wir tun“, sagte Amy Lo, Leiterin des Ausrichtungsfadens für Observatorien bei Webbs Hauptauftragnehmer Northrop Grumman, in derselben Pressekonferenz.
Lo fügte hinzu, dass der vorherige Temperaturanstieg bei einer maximalen Motortemperatur von 327 Grad Kelvin (129 Fahrenheit oder 54 Celsius) innerhalb der Grenzen lag. Die Ingenieure erwarteten anfangs Temperaturen von 320 Kelvin (116 Fahrenheit oder 47 Grad Celsius), aber die Motoren werden mit etwa 340 Kelvin (152 Fahrenheit oder 67 Grad Celsius) bewertet. “Wir haben eine große Betriebsspanne”, sagte Lo.
Das andere Problem hatte mit der Leistung der Solaranlage zu tun, die wiederum die Leistung von Webb beeinflusst. Webb wird von fünf Sonnenkollektoren auf seinem Array mit Strom versorgt, aber ein voreingestellter “Max-Duty” -Zyklus in einem Array-Reglermodul begrenzte die verfügbare Spannung und ließ Webb nicht die Ressourcen zu, die es für laufende Observatoriumsaktivitäten benötigte.
Der Arbeitszyklus von Webb drückt das Verhältnis der Zeit aus, in der ein Stromkreis in der Solaranlage eingeschaltet ist, im Vergleich zu der Zeit, in der der Stromkreis ausgeschaltet ist. Das Team hatte immer Pläne, den Zyklus nach Webbs Start zu ändern, sobald sie sehen konnten, wie das Observatorium im Weltraum funktionierte, aber sie setzten den Zyklus früher als geplant zurück, um während des Spannens “das Array neu auszubalancieren”, sagte Lo.
Die Varianz des Tastverhältnisses wird durch die Temperaturen der Arrays bestimmt. Wenn in den Arrays höhere Temperaturen als erwartet herrschen, führt dies zu einer geringeren Effizienz und einer niedrigeren Einschaltdauergrenze, erklärte Lo.
Webb verfügt zwar über einen Backup-Akku, aber das Problem war, dass der Akku mehr als erwartet verbraucht wurde. Die Leistungsabgabe blieb jedoch positiv und Webb hatte “niemals Strommangel”, sagte Lo, während die Ingenieure an dem Problem arbeiteten. Webb-Ingenieure änderten die Arbeitszyklen der Solaranlage und überprüften dann noch einmal, ob die Lösung angemessen war.
Die resultierende Leistungsänderung im Arbeitszyklus war nicht so groß – nur 65 bis 69 Volt, je nach Array, verglichen mit der werksseitigen Voreinstellung von 58,6 Volt, sagte Lo. Ingenieure überprüften auch, dass die Lösung in Simulatoren in der Northrop-Fabrik funktionieren würde, “weil wir Ingenieure sind und besonders vorsichtig sind”, sagte Lo. Die Simulationen zeigten, dass alles in Ordnung war.
Ochs betonte, dass die Probleme während des Einsatzes alle im Rahmen des Erwarteten lägen, da Webb gerade seine Beine im Weltraum ausstreckt. „Wir stellen fest, dass unsere Modelle, die wir vor dem Start erstellen, größtenteils mit dem übereinstimmen, was wir im Orbit sehen, aber ab und zu sehen wir etwas, das nicht ganz übereinstimmt“, sagte er.
„Du willst verstehen, was du siehst, [to] Stellen Sie sicher, dass es kein Problem ist“, fuhr er fort. „Und damit verbringen wir wirklich viel Zeit. Es geht darauf zurück, nur bestimmte Eigenschaften des Raumfahrzeugs zu verstehen, die wir aufgrund von Tests und so weiter am Boden nie erwartet hatten.”
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