Das James Webb-Weltraumteleskop flog in einer Entfernung von mehr als 400.000 Meilen von der Erde ab, verlängerte am Freitag zwei Ausleger und entfaltete die fünfschichtige Sonnenblende der Mission auf die Größe eines Tennisplatzes Silvester für Astronomen und Ingenieure auf der Erde.
Die kritischen Einsätze waren einige der riskantesten Momente, um das fast 10 Milliarden US-Dollar teure Observatorium für wissenschaftliche Operationen vorzubereiten, nachdem es am 25. Dezember erfolgreich an Bord einer europäischen Ariane-5-Rakete gestartet wurde.
Die NASA bestätigte in einem Update kurz nach 19 Uhr EST am Freitag (0000 GMT Samstag) die erfolgreiche Verlängerung des backbordseitigen Mid-Booms. Fast vier Stunden später gab die NASA bekannt, dass der Steuerbordausleger ausgefahren wurde.
Die beiden mittleren Sonnenblenden von Webb sind so konzipiert, dass sie die fünf Membranen des Schirms in ihre charakteristische Rautenform ziehen.
„Die Mittelausleger sind das Arbeitspferd der Sonnenblende und leisten die schwere Arbeit, um sich zu entfalten und die Membranen in diese jetzt ikonische Form zu ziehen“, sagte Keith Parrish, Webb-Observatoriumsleiter am Goddard Space Flight Center der NASA.
Bodenteams begannen mehrere Stunden später als ursprünglich geplant, die beiden Sonnenschutzausleger auszufahren, teilte die NASA in einem Update am Freitagabend mit. Die Weltraumbehörde sagte, die Missionscontroller des Space Telescope Science Institute hätten zusätzliche Schritte unternommen, um zu bestätigen, dass eine Sonnenblende vollständig aufgerollt war, bevor sie mit dem ersten Einsatz in der Mitte des Booms fortfuhren.
“Schalter, die hätten anzeigen sollen, dass die aufgerollte Abdeckung nicht ausgelöst wurde, wenn sie es sollten”, sagte die NASA. „Allerdings boten sekundäre und tertiäre Quellen eine Bestätigung dafür. Die Temperaturdaten schienen zu zeigen, dass sich die Sonnenschutzabdeckung abrollte, um Sonnenlicht von einem Sensor zu blockieren, und Gyroskopsensoren zeigten eine Bewegung an, die mit der Aktivierung der Freigabevorrichtungen der Sonnenschutzabdeckung übereinstimmte.“
Die Abdeckungen wurden geöffnet und zurückgerollt, um die Sonnenblende am Donnerstag dem Weltraum freizugeben, aber die Abdeckungen sollten in der frühen Phase des Einsatzes während des Booms weiter zurückgerollt werden.
„Diese letzte Vorbereitung, um mit der Verlängerung des Mid-Booms zu beginnen, war das, was das Team analysierte, bevor es mit der Bereitstellung begann“, twitterte die NASA.
Fünf Teleskopsegmente des Hafens oder der linken Seite des mittleren Booms begannen sich am Freitag gegen 13:30 Uhr EST (1830 GMT) auszudehnen. Der motorbetriebene Boom erreichte um 16:49 Uhr EST (2149 GMT) seine volle Entfaltung, teilte die NASA mit.
Das Ausfahren des Auslegers nach Steuerbord oder rechts begann um 18:31 Uhr EST (2331 GMT) und wurde gegen 22:13 Uhr EST (0313 GMT) abgeschlossen.
Beide Mittelausleger sind jetzt in Position Aus arretiert
„Die Fertigstellung der Sonnenblende und der Einsätze in der Mitte des Booms in den letzten zwei Tagen ist ein wichtiger Meilenstein für Webb“, sagte die NASA in einem schriftlichen Update am Freitagabend.
Webb verfügt über 344 Geräte, die genau wie vorgesehen funktionieren müssen. Davon sind 107 Membranauslösevorrichtungen, nicht-explosive Aktuatoren, die die Sonnenblende für den Start festnageln. Alle 107 wurden erfolgreich freigegeben, damit sich die Sonnenblende vollständig öffnen kann.
Insgesamt stützt sich die Einsatzsequenz der Mission auf 140 Auslösemechanismen, 70 Scharnierbaugruppen, acht Einsatzmotoren, 400 Riemenscheiben und 90 Kabel mit einer Länge von einer Viertelmeile. Es gibt auch eine Reihe von Lagern, Federn und Zahnrädern, um Webb von seiner Einführung in die Betriebskonfiguration zu verwandeln.
Der Sonnenschirm ist 21,2 Meter lang und 14,2 Meter breit.
Beamte haben wiederholt gesagt, dass sich der Einsatzplan von Webb basierend auf Echtzeitbedingungen ändern könnte.
„Der heutige Tag ist ein Beispiel dafür, warum wir weiterhin sagen, dass sich unser Bereitstellungsplan nicht ändern könnte, aber dass wir erwarten von es zu ändern“, sagte Parrish. „Das Team hat das gemacht, was wir für eine solche Situation einstudiert hatten – anhalten, einschätzen und mit einem Plan methodisch vorankommen. Wir haben noch einen langen Weg vor uns mit diesem gesamten Bereitstellungsprozess.“
Die NASA bestätigt, dass das James Webb-Weltraumteleskop einen von zwei Auslegern ausgefahren hat, um mit dem Entfalten der fünfschichtigen Sonnenblende der Mission zu beginnen. Nachdem der Backbord-Ausleger ausgefahren ist, wird heute Nacht daran gearbeitet, einen weiteren Ausleger auf der Steuerbordseite auszufahren. https://t.co/JdH8b0A2jo pic.twitter.com/cboWUNCedT
— Raumfahrt jetzt (@SpaceflightNow) 1. Januar 2022
Der Sonnenschutz besteht aus fünf zerbrechlichen Kaptonmembranen, jede so dünn wie ein menschliches Haar, und hält Webbs Spiegel, Instrumente und Detektoren im ständigen Schatten, sodass ihre Betriebstemperatur auf fast minus 400 Grad Celsius sinken kann. Solche kalten Bedingungen sind erforderlich, damit Webb das schwache Infrarotlicht der ersten Galaxien im Universum in einer Entfernung von mehr als 13,5 Milliarden Lichtjahren sehen kann.
Vor dem Start von Webb gaben die meisten NASA-Manager und Astronomen, die darauf warteten, das Webb-Teleskop, das Produkt von fast drei Jahrzehnten Entwicklung, zu verwenden, dieselbe Antwort auf den stressigsten Moment der Mission: den Einsatz der Sonnenblende.
„Die Sonnenblende ist eines dieser Dinge, die von Natur aus indeterministisch sind“, sagte Mike Menzel, Webbs Ingenieur für Missionssysteme am Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland. „Die NASA ist es gewohnt, starre Träger an Scharnieren einzusetzen, da sie deterministisch sind, können Sie bestimmen, wie sie sich bewegen.“
“Angesichts der 40 verschiedenen großen Einsätze und Hunderte von Flaschenzügen und Drähten macht mich das Ganze nervös und wird es bis zum vollständigen Einsatz tun”, sagte John Grunsfeld, Astrophysiker, ehemaliger Astronaut und Leiter des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA seit 2012 bis 2016, einer wichtigen Phase in der Entwicklung von Webb.
Aber es ist der Sonnenschutz, der während des Designs und Tests von Webb die größte Aufmerksamkeit von Menzel auf sich gezogen hat.
Menzel verglich die Vorhersage des Verhaltens der Sonnenschutzschichten mit dem Erraten, was eine Schnur tut, wenn man sie auf eine Tischplatte drückt.
“So ist es mit den Membranen der Sonnenblende”, sagte er. „Wir können ihre Form also nicht wirklich vorhersagen, aber wir können sie einschränken. “Wir können versuchen, zu verhindern, dass es an Orten geht, an denen es nicht hinkommt, an Orten, an denen es hängen bleiben oder reißen oder möglicherweise den Einsatz anderer Mitglieder behindern könnte.”
Laut Krystal Puga, Webbs leitender Systemingenieur für Raumfahrzeuge bei Northrop Grumman, ist jede Schicht der Sonnenblende in Größe und Form leicht unterschiedlich und wird aus thermisch verbundenen Abschnitten von Kapton mit etwa 10.000 Nähten hergestellt.
Es gibt Verstärkungsstreifen oder Ripstops, um Risse oder Löcher einzudämmen, und Metallbänder, die dem Kapton strukturellen Halt geben.
Die Sonnenschutzmembranen sind mit Aluminium beschichtet und zwei der äußersten Schichten sind mit Silikon behandelt, wodurch das hautähnliche Material einen violetten Farbton erhält.
Mit der Sonnenblende in ihrer Rautenform senden Webb-Controller Befehle an das Observatorium, um jede der fünf Schichten über zwei Tage zu spannen – derzeit geplant für Samstag und Sonntag.
„Wenn wir die Sonnenblende raus haben, ist das großartig, aber dann müssen wir sie irgendwie straffen“, sagte Parrish in einem Interview vor dem Start. „Alle fünf Schichten haben unterschiedliche Punkte um sich herum, wo sie verbunden sind, und dann ziehen wir an jeder dieser Ecken an Kabeln, um die Sonnenblende tatsächlich zu straffen.“
„Der allerletzte Schritt ist super wichtig“, sagte Puga. „Wir müssen alle Membranen mit einer Reihe von Rollen und Kabeln spannen, um die Trennung zwischen jeder der fünf Schichten zu schaffen.“
Das Spannen trennt jede der fünf ultradünnen Kaptonmembranen, wobei sie in der Mitte einige Zentimeter und an den äußersten Kanten einige Fuß voneinander entfernt sind. Der sich verjüngende Abstand trägt dazu bei, dass Sonnenwärme zwischen den Schichten reflektiert und schließlich in den Weltraum zurückgestrahlt wird.
Das Anziehen des Sonnenschutzes beginnt mit der größten und flachsten Membran, die der Sonne am nächsten ist, die während der Mission die heißesten Temperaturen erreicht. Nacheinander wird jede der anderen vier Schichten gespannt und endet mit der kleinsten und kältesten Schicht, die Webbs Spiegel am nächsten liegt.
„Das Spannen der Schichten beinhaltet das Senden von Befehlen, um mehrere Motoren zu aktivieren, um insgesamt 90 Kabel durch zahlreiche Umlenkrollen und Kabelführungsvorrichtungen aufzuwickeln. Das Spannen der Sonnenblende dauert mindestens zwei Tage, kann jedoch aufgrund der Komplexität des Prozesses und der in die Zeitachse integrierten Flexibilität länger dauern“, sagte die NASA am Freitagabend.
Webbs Instrumente und das Teleskop müssen superkalt sein, damit sie für Infrarotlicht empfindlich sind. Und Astronomen wollen den Kosmos in infraroten Wellenlängen beobachten, weil sie damit die ältesten Galaxien sehen können, deren Lichtwellen durch die Expansion des Universums gestreckt wurden.
Die Infrarotastronomie enthüllt auch Sternentstehungsregionen, die von Gas- und Staubwolken verdeckt werden, die für Teleskope undurchlässig sind, die im sichtbaren Wellenlängenbereich sehen, der Art von Licht, die das menschliche Auge erkennen kann.
McCaughrean, ein Astronom, der seit den 1990er Jahren an Webb arbeitet, twitterte, dass Infrarotastronomie mit einem warmen Teleskop „wie der Versuch ist, mit einem Teleskop aus Glühbirnen im Sichtbaren am helllichten Tag zu beobachten. Möglich, aber schwache Dinge werden Sie nicht sehr gut sehen.“
Sobald die Sonnenblende ausgefahren und gespannt ist, werden sich die Bodenteams darauf konzentrieren, den riesigen Spiegel von Webb in seine volle Größe und Form zu entfalten. Diese Veranstaltungen sind für nächste Woche geplant.
Webb kreuzt in einer Halo-ähnlichen Umlaufbahn um den Lagrange-Punkt L2, einen Gravitationsausgleichspunkt, der fast 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist, zu seinem Operationsposten.
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