Testy osłon przeciwsłonecznych JWST

0

Modele testowe komponentów budowanego przez amerykańską agencję kosmiczną NASA teleskopu orbitalnego JWST (James Webb Space Telescope) przechodzą skrupulatne testy, wykonywane przez najlepszych, wykwalifikowanych inżynierów. Ostatnio przeprowadzono pomyślnie dla osłon przeciwsłonecznych serię testów imitujących warunki podróży pod osłoną ładunkową w czasie startu rakiety. Zweryfikowano w ten sposób projekt tych istotnych elementów nowego teleskopu.

Odpowiedni przepływ powietrza musi być zapewniony konstrukcyjnie dla każdego wysyłanego instrumentu kosmicznego. W przypadku osłon przeciwsłonecznych dla JWST było to wyjątkowo trudne zadanie z uwagi na ogromną ilość uwięzionego powietrza w systemie membran w czasie startu. Dlatego też od samego początku projektowania dużą uwagę przywiązywano do elementów ukierunkowujących przepływ powietrza, które stanowią wręcz krytyczną część osłon przeciwsłonecznych.

Biorąc pod uwagę brak możliwości przeprowadzenia takich testów na właściwych częściach, które zostaną zainstalowane na JWST, inżynierowie musieli skorzystać z modeli osłon, dzięki czemu potwierdzono pomyślnie symulowane wcześniej rozwiązania konstrukcyjne. Osłony przeciwsłoneczne będą miały zapewnione odpowiednie warunki w czasie transportu na orbitę.

Osłony przeciwsłoneczne teleskopu Webb’a będą blokowały promieniowanie podczerwone emitowane przez Słońce i Ziemię przed dosięgnięciem zimnej sekcji JWST. Tarcza będzie spełniać krytyczną funkcję ponieważ instrumenty obserwatorium muszą być schłodzone do temperatury poniżej 50 Kelwinów (-223 stopni Celsjusza), co umożliwi obserwację ciemnych obiektów astronomicznych, nie emitujących dużo promieniowania podczerwonego.

Osłony przeciwsłoneczne składają się z pięciu warstw Kaptonu typu E pokrytych powłokami aluminium oraz uszlachetnionego krzemu. Tak zbudowana osłona będzie efektywnie odbijała promieniowanie podczerwone z powrotem w przestrzeń kosmiczną.

W czasie testów modeli osłon zasymulowane zostały warunki dynamicznych zmian ciśnienia powietrza, których doświadczą złożone osłony przeciwsłoneczne w czasie pierwszych minut lotu po starcie. Każdą z kilku różnych konfiguracji złożenia osłon przetestowano kilka razy po 90 sekund, dzięki czemu upewniono się, iż osłony zachowają w czasie startu swój kształt, a uwięzione powietrze będzie w stanie bezpiecznie uciec z przestrzeni pod osłoną ładunkową. Spełnienie tych dwóch warunków umożliwi poprawne rozwinięcie oraz późniejsze działanie osłon przeciwsłonecznych.

“Lot statku do punktu L2 potrwa kilka miesięcy. W tym czasie teleskop wykona serię manewrów za pomocą swoich silników. Podczas lotu na pozycję docelową zostanie wykonana seria wstępnych testów.  Rozłożone zostanie też zwierciadło i osłona przeciwsłoneczna. Około 28 dni po starcie temperatura statku spadnie na tyle, że wykonane zostaną wstępne testy instrumentów.

Ostatecznie statek zostanie umieszczony w punkcie L2 układu Słońce – Ziemia, położonym w odległości 1.5 miliona kilometrów od Ziemi, w kierunku przeciwnym niż Słońce. Wybrana pozycja jest optymalna do obserwacji w zakresie podczerwieni, ponieważ znajduje się daleko od Ziemi obficie promieniującej w podczerwieni i odbijającej rozproszone światło, a ponadto statek zawsze będzie się znajdował za Ziemią względem Słońca i pole widzenia teleskopu nie będzie zasłaniane przez Słońce, Ziemię i Księżyc. Kierunek do Słońca i Ziemi będzie zawsze jednakowy, dzięki czemu osłona przeciwsłoneczna pozwoli na ich jednoczesne zasłonięcie. Duża odległość od Ziemi sprawi, że orbita Księżyca widziana z JWST będzie miała szerokość mniejszą od 30 stopni. Dzięki temu osłona przeciwsłoneczna będzie mogła zablokować światło Księżyca nawet w czasie gdy znajdzie się on w maksymalnym oddaleniu od linii łączącej Słońce i Ziemię. Normalnie czas obiegu wokół Słońca obiektu znajdującego się dalej od Słońca niż Ziemia byłby dłuższy od 1 roku. Jednak bilans sił grawitacyjnych Słońca i Ziemi w L2 sprawi, że JWST będzie nadążał za ruchem Ziemi i znajdował się w stałej pozycji względem niej. Ułatwi to komunikację. Okresowo pozycja satelity będzie korygowana za pomocą silników.”

Pierwsze testy zostały przeprowadzone w ostatnim tygodniu sierpnia w komorach próżniowych zakładu Redondo Beach firmy Northrop Grumman Aerospace Systems. Kolejne serie szczegółowych testów zostały zakończone w październiku, kiedy to w model systemu złożonych osłon przeciwsłonecznych wtłoczono powietrze. Uzyskano dzięki temu więcej dokładnych danych potrzebnych do tworzenia symulacji.

Przetestowano trzy krytyczne sekcje osłon przeciwsłonecznych w pełnej skali: sekcję ze szczytu teleskopu (wokół wspornika konstrukcji), pionową strukturę paletową, która zawiera złożone membrany osłony przeciwsłonecznej oraz rozkładaną strukturę 4-wspornikową, która złożona jest na kształt odwróconej litery ‘V’.

“Pracami konstrukcyjnymi nad satelitą zarządza Ośrodek Lotów Kosmicznych im. Goddarda (Goddard Space Flight Center – GSFC). Głównym konstruktorem odpowiedzialnym za zaprojektowanie i montaż satelity jest Northrop Grumman Aerospace Systems. Northrop Grumman jest też głównym wykonawcą modułu serwisowego SSM (Space Support Module) i jego osłony przeciwsłonecznej. Program naukowy będzie kierowany przez Space Telescope Science Institute (STScI) przy Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland.”

Projekt Teleskopu Webb’a jest wspólną domeną agencji NASA, europejskiej agencji kosmicznej ESA oraz kanadyjskiej agencji kosmicznej CSA.

(NASA, opracowanie JWST, dostępne już na portalu kosmonauta.net)

Share.

Comments are closed.