JWST: dostarczenie NIRSpec i plany na rok 2014

0

W miniony piątek do USA przyleciał z Niemiec czwarty, ostatni instrument JWST. Co czeka JWST w 2014 i 2015 roku? Czy paraliż NASA wpłynie na misję?

Tydzień temu, w piątek, do Goddard Space Flight Center dotarł z Niemiec ostatni, czwarty przyrząd naukowy dla James Webb Space Telescope – spektrometr bliskiej podczerwieni NIRSpec. Teraz teleskop czeka dwa lata testów i badań, ale nie tylko.

Dostarczenie przez EADS Astrium ostatniego przyrządu naukowego oznacza dla teleskopu im. Jamesa Webba przygotowania do dwuletniej serii testów i weryfikacji. Podczerwony spektrometr NIRSpec przyleciał z Europy rosyjskim samolotem transportowym. Pozostałe przyrządy, NIRCam, MIRI i NIRIS, dotarły do GSFC już wcześniej od swoich wytwórców, odpowiednio: University of Arizona/Lockheed Martin, NASA/Europa (UK Astronomy Technology Centre, Carl Zeiss, Instytut Astronomii Maxa-Plancka). 

Dostawa jest dla projektu ważnym krokiem milowym: “Oznacza to dla nas wyeliminowanie sporego czynnika ryzyka”, mówi Bill Ochs, menadżer projektu JWST w GSFC. Tak przynajmniej było do 1 października, gdy w USA ogłoszono brak nowego budżetu i tym samym zamrożono działania rządu federalnego i jego agencji, w tym NASA. Agencja musiała wstrzymać wszystkie prace badawcze nad statkami znajdującymi się na Ziemi. Wiemy już, że oznacza to potencjalne opóźnienie misji MAVEN nawet o 2 lata, jeśli w ciągu tygodnia prace przygotowawcze do startu 18 listopada nie zostaną wznowione.

Na projekt JWST, który do startu ma jeszcze 5 lat, nie powinno mieć to istotnego znaczenia. Nawet dłuży paraliż nie powinien mieć wpływu na datę startu. Choć inżynierowie musieli z dnia na dzień przerwać pracę, to regulamin zaprzestania pracy przez NASA przewiduje należyte zabezpieczenie sprzętu i takie jego przygotowanie, które umożliwi szybkie podjęcie pracy, gdy już zostanie uchwalony budżet dla Stanów Zjednoczonych.

W przyszłym roku w teleskop zostaną wmontowane dwa przyrządy naukowe, NIRCam i NIRSpec. Gdy wszystkie podsystemy zostaną zintegrowane z korpusem teleskopu, w ciągu następnych dwóch lat przejdzie on surowe testy środowiskowe, polegające głównie na symulowaniu warunków panujących w przestrzeni kosmicznej: próżni, skrajnych temperatur oraz symulowaniu wibracji i fal dźwiękowych towarzyszących startowi na rakiecie nośnej. Testy temperaturowe zostaną wykonane aż trzykrotnie i od nich rozpocznie się cykl testowania po skompletowaniu teleskopu.

Zachowanie się statku w skrajnie niskich temperaturach jest tu o wiele ważniejsze niż dla innych statków kosmicznych. JWST będzie bowiem teleskopem obserwującym Wszechświat w paśmie podczerwonym, czyli rejestrującym promieniowanie cieplne. Im sam będzie chłodniejszy, tym chłodniejsze obiekty będzie mógł wykryć.

Rok 2014 będzie na pewno nerwowy dla zarządzających projektem. Może on napiąć budżet i planowe rezerwy misji, które do tej pory były dość stabilne, po tym jak w 2011 przeformułowano finansowanie misji, gdy projekt był bliski anulowaniu przez Kongres. Jak mówi filozoficznie Ochs, “wiemy co nas czeka. Co nas martwi, to nieznane, ale wychodzimy temu na przeciw poprzez zarządzanie ryzykiem”. Niezależne audyty z 2010 i 2011 potwierdziły, że NASA źle zaplanowała koszty i rezerwy projektu. Wysłanie teleskopu przesunięto z 2014 na 2018 rok, a budżet powiększono do 8,8 miliarda USD. Wraz z wkładem Europejskiej Agencji Kosmicznej, ok. 812 mln. USD, budżet projektu sięga więc 10 miliardów USD. Czyni to JWST jednym z najdroższych przyrządów naukowych w historii.

Na rok budżetowy 2014, który, jak już wiemy zaczął się 1 października od zamknięci centralnej administracji USA, przewidziano między innymi:

  • testy kriogeniczne modułu instrumentów naukowych (ISIM) – rozpoczęły się jeszcze przed 1 października i miały zakończyć się w listopadzie, jeszcze bez NIRSpec i NIRCam,
  • wymianę wadliwych mikromigawek i elementów przyrządów NICam, NISpec i Fine Guidance Sensor – jesień 2014,
  • przegląd CDR (critical design review) platformy JWST,
  • wyprodukowanie pięciowarstwowej osłony termicznej teleskopu,

Matt Greenhouse, naukowiec pracujący z instrumentami JWST, określa planowane testy kriogeniczne instrumentów jako najtrudniejsze w historii NASA. Następnie wykonane zostaną wspomniane testy wibracyjne. Najpierw instrumentów i lustra, które potem znów przejdą testy termiczne.

Jesienią 2014 wymienione mają zostać detektory w przyrządach podczerwieni, wyprodukowane przez Teledyne Imaging Sensors, które okazały się ulegać szybkiej degradacji w temperaturze pokojowej. Firma wytwarza obecnie ich poprawione kopie. 

Wymiany wymaga też ćwierć miliona mikromigawek sterujących dopływem światła do przyrządów naukowych. Jeden z ich zestawów został już wymieniony. Trzy kolejne są w fazie produkcji i mają być gotowe w połowie 2014 roku. Te precyzyjne migawki, o szerokości od 3 do 6 grubości ludzkiego włosa, miały niestety tendencję do zacinania się.

Europejscy wytwórcy też nie mogą mówić o szczęściu przy projekcie JWST. Budowa NIRSpec ma rok opóźnienia, bo konieczna była wymiana podstawy instrumentu z węglika krzemu, która okazała się mieć pęknięcia. 

Ochs mówi, że zdiagnozowane usterki i problemy pochłonęły część rezerwy czasowej i finansowej projektu. Tłumaczy jednak, że “od tego właśnie są rezerwy”. “Krwi” napsuł też spór o zasoby ośrodka GSFC z projektem amerykańsko-japońskiego satelity Global Precipitation Mission, który potrzebuje do nich dostępu również w 2014 roku. Prace nad modułem instrumentów naukowych mają jednak jeszcze 7 miesięcy rezerwy. Ogólne łączne rezerwy Ochs określa na 14 miesięcy. Projekt ma też “zdrowe” rezerwy budżetowe. Tak więc nawet długi, kilku tygodniowy paraliż amerykańskiej administracji, nie powinien negatywnie odbić się na projekcie.

Ostatni test kriogeniczny zostanie wykonany w 2015 i obejmie również awionikę teleskopu i wymienione wyżej części.

Na koniec 2015 roku planowany jest końcowy montaż modułu instrumentów do samego teleskopu i jego podstawy. Po montażu zostaną one już w całości przesłane do Johnson Space Center na kolejne testy kriogeniczne, a potem trafią do zakładów Northrop Grumman, do integracji ze szkieletem statku i osłoną przeciwsłoneczną.

W połowie 2018 roku skompletowany JWST zostanie przetransportowany statkiem do Gujany Francuskiej, skąd w październiku 2018 zostanie wystrzelony rakietą Ariane 5. Mimo, że w 2017 ma zostać wdrożony nowy stopień górny dla Ariane 5, to James Webb poleci sprawdzoną wersją ECA. Oczywiste jest bowiem, że nikt nie chce wysyłać statku za 10 miliardów USD rakietą wykorzystaną tylko kilka razy, nawet jeśli chodzi jedynie o modyfikację.

James Webb Space Telescope jest misją planowaną od 1996 roku. W projekcie bierze udział 17 krajów, pod przewodnictwem amerykańskiej agencji NASA. Największy wkład poza nią ma ESA i Kanadyjska Agencja Kosmiczna. Nazwa pochodzi od nazwiska drugiego dyrektora NASA, który odegrał kluczową rolę w powodzeniu programu Apollo. Ponad 6 tonowy statek przez 10 lat ma obserwować Wszechświat w zakresie fal elektromagnetycznych o długościach od 0,6-28,5 mikrometra, za pomocą teleskopu w układzie Korscha ze zwierciadłem o średnicy 6,5 metra (o powierzchni 5 razy większej od powierzchni zwierciadła głównego Kosmicznego Teleskopu Hubble). Choć określany jest jako “następca Hubble”, z uwagi na skupienie się na obserwacjach w podczerwieni, będzie bardziej “następcą Spitzera”. Naukowcy pokładają w nim wielkie nadzieje, najprawdopodobniej obserwacje z JWST będą miały szansę wpłynąć na modyfikację niejednego podręcznika.

Zobacz też:

(NASA, SFN)

{module [346]}

 

JWST na orbicie docelowej wokół punktu L2 układu Słońce-Ziemia - wizualizacja / Credits: NASA

JWST na orbicie docelowej wokół punktu L2 układu Słońce-Ziemia – wizualizacja / Credits: NASA

 

 

Share.

Comments are closed.