Postępy w budowie teleskopu JWST

0

Trwa budowa nowego, największego w historii instrumentu naukowego dla amerykańskiej agencji kosmicznej NASA – Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webb’a (JWST). W ostatnim czasie miało miejsce kilka ważnych wydarzeń – dostarczono połowę instrumentów naukowych teleskopu oraz zakończono prace nad jego głównymi zwierciadłami.

15 sierpnia w siedzibie firmy Ball Aerospace odbyła się uroczystość związana z ukończeniem prac nad osiemnastoma berylowymi lustrami głównego systemu optycznego dla budowanego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webb’a (JWST) – następcy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

Osiemnaście berylowych luster dla teleskopu JWST w oczekiwaniu na transport / Credits: Ball Aerospace

Firma Ball Aerospace jest głównym podwykonawcą modułów optycznych (oraz podpierających je lekkich struktur nośnych) dla Northrop Grumman, firmy posiadającej kontrakt z ośrodkiem Goddard Space Flight Center (NASA) na zaprojektowanie i zbudowanie tarczy słonecznej, teleskopu oraz modułu serwisowego JWST. Prócz głównych zwierciadeł Ball odpowiada także za dostarczenie mniejszych elementów optycznych oraz kilku pomniejszych systemów.

Każde spośród osiemnastu, dokładnie wykonanych zwierciadeł posiada średnicę 1,3 metra. Dla uzyskania odpowiednich wartości refleksyjnych pokryto je cienką warstewką złota. Obrazy uzyskane przez te 18 zwierciadeł odpowiadać będą takim, które uzyskane by zostały z lustra o średnicy 6,5 metra. Łącznie przygotowanie takiej ilości zwierciadeł zajęło firmie Ball 8 lat, przy ostatnich wykonywanych już w tempie dwukrotnie szybszym niż pierwsze, co przedstawia doświadczenie jakie zdobyła firma w realizacji tego typu zleceń. Dokładność wykonania luster jest tak duża, iż po teoretycznym ich rozciągnięciu do wielkości obszaru Stanów Zjednoczonych, największe zagłębienia lub górki miałyby głębokość lub wysokość około 5 cm.

W tym roku zakończone zostały testy zwierciadeł w temperaturach kriogenicznych. Po schłodzeniu do -240 stopni Celsjusza za pomocą lasera oraz czujników mierzono poziom odkształceń zwierciadeł. Lustra były testowane w grupach po 6 sztuk / Credits: NASA
W tym roku zakończone zostały testy zwierciadeł w temperaturach kriogenicznych. Po schłodzeniu do -240 stopni Celsjusza za pomocą lasera oraz czujników mierzono poziom odkształceń zwierciadeł. Lustra były testowane w grupach po 6 sztuk / Credits: NASA

Wcześniej w tym roku zakończona została produkcja centralnej (pierwszej z trzech) sekcji kratowniczej teleskopu JWST, której zadaniem będzie podpieranie osiemnastu luster systemu optycznego. Jej wymiary wynoszą około 3,7×7,3 metra a masa to zaledwie 227 kg dzięki zastosowaniu grafitu. Wytworzeniem tego elementu, zdolnego do zachowania swojego kształtu podczas dostarczania na orbitę oraz pracy w szerokim zakresie temperatur, zajęła się firma Northrop Grumman oraz ATK.

Centralna struktura podpierająca główny segment optyczny (Primary Mirror Backplane Support Structure) w zakładzie ATK / Credits: ATK
Centralna struktura podpierająca główny segment optyczny (Primary Mirror Backplane Support Structure) w zakładzie ATK / Credits: ATK

Budowane są już także instrumenty naukowe dla teleskopu JWST. Kilka miesięcy temu do Goddard Space Flight Center dostarczono instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument), będący jednym z czterech głównych ładunków przeznaczonych do zainstalowania w module instrumentowym teleskopu o nazwie ISIM (Integrated Science Instrument Module). W lipcu zakończone zostały prace nad oprogramowaniem dla modułu ISIM.

Za pomocą instrumentu MIRI, wyposażonego w kamerę oraz spektrometr, astronomowie będą „polować” na pierwsze gwiazdy, które wyłoniły się z ciemności po powstaniu Wszechświata. W celu obserwacji tak słabych i odległych obiektów ten najczulszy w swojej klasie instrument będzie musiał być chłodzony lepiej (tj. niezależnie) od innych elementów teleskopu. Temperatura detektorów wynosić będzie raptem około 7 K.

Kontrola instrumentu MIRI po dostarczeniu do ośrodka Goddard / Credits: NASA/Chris Gunn
Kontrola instrumentu MIRI po dostarczeniu do ośrodka Goddard / Credits: NASA/Chris Gunn

MIRI zaprojektowany został przez konsorcjum europejskich i amerykańskich instytutów. Detektory, oprogramowanie oraz kriogeniczny system chłodzenia dostarczony został przez kalifornijskie Jet Propulsion Laboratory. Rygorystyczne testy (m.in. termiczne i mechaniczne) przeprowadzono w brytyjskim Rutherford Appleton Laboratory.

Kolejny instrument dla JWST – Fine Guidance Sensor (FGS) dostarczony został do ośrodka Goddard pod koniec lipca. Dzięki tej jednostce teleskop będzie mógł być bardzo dokładnie nakierowywany, z dokładnością do milionowych części stopnia, na obserwowane obiekty. Ponadto z FGS sprzężony został niezależny instrument naukowy NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), który będzie wspierał główne instrumenty teleskopu w poszukiwaniach najodleglejszych obiektów we Wszechświecie.

Sprzężone instrumenty FGS i NIRISS przechodzą testy kriogeniczne w zakładzie producenta w Kanadzie / Credits: COM DEV Canada
Sprzężone instrumenty FGS i NIRISS przechodzą testy kriogeniczne w zakładzie producenta w Kanadzie / Credits: COM DEV Canada

Dodatkowo NIRISS będzie w stanie wykrywać cienkie atmosfery podobnych do Ziemi, odległych egzoplanet, wykrywając opary wody, dwutlenek węgla czy potencjalne biomarkery, takie jak metan i tlen. Początkowo nie planowano wykorzystania teleskopu JWST do takich badań, jednak oferowane możliwości będą tak atrakcyjne, iż z pewnością będzie można liczyć na przeprowadzanie badań w tym zakresie.

Pozostałe instrumenty naukowe teleskopu zostaną dostarczone niebawem do ośrodka Goddard. Near-Infrared Camera (NIRCam) ma tam trafić jeszcze w tym miesiącu. Z kolei Near-Infrared Spectrometer prawdopodobnie dostarczony zostanie w kwietniu 2013 roku.

W ostatnich miesiącach zakończone zostały także inne prace:

  • modyfikacja komory próżniowej do testów teleskopu,
  • krytyczny przegląd projektu (CDR) systemów łączności pomiędzy statkiem a Ziemią,
  • zaprojektowanie elementów do mocowania teleskopu w komorze próżniowej,
  • wstępny przeglądu projektu (PDR) elementów do testów rozkładania osłony przeciwsłonecznej,
  • zakończenie wstępnego zaprojektowania paneli słonecznych
  • zakończenie produkcji tylnego mocowania struktury podpierającej zwierciadło wtórne.
Artystyczna wizja teleskopu JWST, który po całkowitym rozłożeniu na Ziemi miałby wielkość kortu do tenisa ziemnego (dla porównania Kosmiczny Teleskop Hubble'a jest wielkości autobusu) / Credits: NASA/ESA
Artystyczna wizja teleskopu JWST, który po całkowitym rozłożeniu na Ziemi miałby wielkość kortu do tenisa ziemnego (dla porównania Kosmiczny Teleskop Hubble’a jest wielkości autobusu) / Credits: NASA/ESA

W momencie dostarczenia na orbitę teleskop JWST będzie największą jednostką w swojej kategorii. Dzięki mechanizmowi składającego lustra główne, całość możliwa będzie do umieszczenia pod osłoną aerodynamiczną europejskiej rakiety Ariane 5. Po dotarciu do miejsca, z którego będą prowadzone obserwacje – punktu równowagi grawitacyjnej pomiędzy Ziemią a Słońcem (nazywanym punktem Lagrange’a 2), rozpoczną się 2-miesięczne przygotowania do rozpoczęcia badań.

Budżet projektu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webb’a wyceniany jest obecnie na 8,8 mld dolarów. Wyniesienie teleskopu na orbitę planowane jest obecnie na koniec 2018 roku, jednak termin ten może ulec zmianie.

(NASA, PFA){jathumbnail off}

Share.

Comments are closed.