Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA akan berubah menjadi bentuk akhirnya

Teleskop Luar Angkasa James Webb memiliki James Webb . yang sangat kuat Di luar angkasa selama tiga hari sekarangTapi mungkin bagian paling berbahaya dari perjalanannya ke luar angkasa sedang berlangsung. Segera, teleskop akan memulai tarian mekanis yang dirancang dengan rumit saat perlahan-lahan berubah bentuk dan terbuka, untuk mencapai bentuk akhirnya. untuk mengamati alam semesta yang jauh.

Ini adalah semacam origami luar angkasa terbalik yang belum pernah dilakukan sebelumnya, tetapi sangat penting bagi James Webb Space Telescope, atau JWST, untuk menyelesaikan misinya. Teleskop itu terlalu besar untuk diluncurkan pada roket apa pun yang berfungsi saat diperpanjang sepenuhnya. Jadi ketika dia melompat ke luar angkasa di atas roket Ariane 5 Eropa pada Hari Natal, dia melakukan perjalanan yang menggigit kuku seperti pisau Swiss Army paling mahal di dunia.

Sekarang selama dua minggu ke depan, JWST akan memutar dan membentuk kembali — memasang satu balok di sini, sebuah cermin di sana — sampai sepenuhnya dikonfigurasi untuk melihat ke bagian terdalam alam semesta. “Terkadang kami menyebut Webb sebagai ‘teleskop transformator’,” kata Amy Lo, insinyur penyelarasan JWST di Northrop Grumman, kontraktor utama teleskop. tepi. Ini adalah proses yang melelahkan dengan ratusan bagian bergerak yang diuji berulang kali oleh para insinyur di lapangan, di mana mereka harus sempurna. Tetapi ada banyak titik di sepanjang jalan di mana kegagalan mekanisme atau spool penembakan kecil dapat membahayakan masa depan misi JWST. Sementara pengontrol misi di Bumi memiliki beberapa teknik pemecahan masalah yang dapat mereka gunakan jika terjadi kesalahan, pada akhirnya pesawat ruang angkasa JWST harus melakukan setiap penempatan sendiri hingga mendekati kesempurnaan.

Foto: NASA/Kris Jenn

JWST menuju ke tujuan akhir sekitar satu juta mil dari Bumi, dan tidak ada roket operasional atau pesawat ruang angkasa yang dapat dengan aman mengangkut astronot jarak itu untuk memberikan teleskop penyetelan. Dan bahkan jika manusia dapat mengaksesnya, JWST tidak dirancang untuk dapat digunakan. Jadi, jika teleskop pada dasarnya rusak, itu akan menjadi misi yang dijalankan NASA dengan total $9,7 miliar.

Semuanya mungkin tampak seperti komplikasi yang tidak perlu untuk misi sebesar ini, tetapi tidak ada jalan yang mudah di depan untuk JWST, menurut NASA. “Saya benar-benar berpikir itu tidak mungkin untuk menyederhanakannya mengingat kendala yang kita hadapi,” kata Thomas Zurbuchen, administrator asosiasi untuk Direktorat Misi Sains NASA. tepi. “Ini adalah apa itu.”

Desainer JWST tahu dari awal bahwa inovasi mereka harus terungkap saat mereka berada di luar angkasa. Pada tahun 1996, Ketika para ilmuwan pertama kali mengusulkan pembuatan teleskop seperti iniAdministrator NASA saat itu, Dan Goldin, menantang para insinyur untuk membuat pesawat luar angkasa dengan cermin utama selebar delapan meter. Pada akhirnya, para desainer memilih cermin dengan lebar 6,5 meter, atau 21 kaki, tetapi keputusan ini menentukan nasib JWST yang terlipat.

Itu karena roket terbesar yang saat ini terbang tidak cukup lebar untuk menampung cermin sebesar ini. Saat Anda meluncurkan sesuatu ke luar angkasa, pesawat ruang angkasa harus sesuai dengan arus muatan roket — struktur menonjol yang berada di atas roket sepanjang bagian pertama penerbangan. Perampingan sangat penting, karena melindungi pesawat ruang angkasa selama peluncuran, dan melindungi muatan dari atmosfer hingga mencapai ruang angkasa. Namun, lebar aerodinamis merupakan faktor pembatas utama untuk desain pesawat ruang angkasa, karena kendaraan Harus cocok di dalam. Ini adalah masalah yang sering disebut oleh orang-orang di industri luar angkasa sebagai “tirani klub”.

Ariane 5 memiliki salah satu profil muatan terbesar saat ini di pasaran, berukuran lebar 5,4 meter, atau hampir 18 kaki. Tapi ini masih terlalu kecil untuk memungkinkan cermin JWST diperpanjang sepenuhnya. Jadi sejak awal, desainer misi JWST membuat cermin di beberapa bagian, dengan dua panel di kedua sisi yang bisa berputar masuk dan keluar. Itu adalah tantangan desain yang sangat besar, karena bagian-bagiannya harus bersatu untuk berperilaku seperti cermin datar tunggal untuk mengumpulkan cahaya dari alam semesta yang jauh. “Keputusan cermin utama belum pernah dilakukan di orbit di luar angkasa,” kata Lu.

JWST akan menerbitkan panel cerminnya dalam waktu 12 hingga 13 hari setelah peluncuran. Tetapi sebelum itu terjadi, observatorium memiliki proses penyebaran yang lebih kompleks, yang akan memakan waktu hingga enam hari untuk diselesaikan. Ini adalah penyebaran tabir surya JWST, perangkat kompleks yang dirancang untuk memblokir panas dari matahari dan menjaga teleskop tetap dingin saat berada di luar angkasa. Sementara proses penyebaran dirancang untuk menjadi fleksibel dan hal-hal dapat berubah, Langkah pertama untuk tabir surya harus dimulai hari ini, yang berarti bahwa setiap orang yang terkait dengan tugas ini akan menahan napas untuk minggu depan.

“Pelindung matahari itu sendiri – dari semua penyebaran kami – adalah yang paling kompleks,” kata Lee Feinberg, direktur Elemen Teleskop Optik JWST di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA. tepi. “Ini memiliki bagian yang paling bergerak.”

Tabir surya adalah fitur yang diperlukan karena bagaimana JWST dirancang. Teleskop akan memantau bintang dan galaksi jauh dalam inframerah, sejenis cahaya yang tidak terlihat oleh mata kita tetapi dipancarkan oleh apa pun yang membawa panas. Tetapi untuk mengumpulkan foton inframerah, Teleskop Luar Angkasa James Webb harus beroperasi pada suhu yang sangat dingin, serendah -370 derajat Fahrenheit. Jika terlalu hangat, teleskop dapat memancarkan banyak cahaya Raja Cahaya inframerah, yang dapat mengganggu pengamatan pesawat ruang angkasa di alam semesta.

Foto: NASA/Kris Jenn

Masuki tabir surya, yang menawarkan tabir surya yang bagus untuk JWST. Perisai terbuat dari lima lapisan yang sangat tipis dari bahan mengkilap yang disebut Kapton, setiap lapisan seukuran lapangan tenis. Lapisan luar akan selalu menghadap matahari dan mendapatkan sebagian besar panasnya, beroperasi pada 230 derajat Fahrenheit. Tetapi setiap lapisan berturut-turut akan lebih dingin dan lebih dingin, sehingga alat JWST tetap bagus dan keren.

Lapisan pelindung panas yang memantulkan sangat sensitif, sehingga perawatan ekstra dan teknik khusus diperlukan untuk meregangkan lapisan di luar angkasa dan mengencangkannya tanpa robek. “Ada sistem yang menyebar dan mengencangkan lapisan,” kata Feinberg. “Ini seperti layar di atas kapal dalam hal bagaimana Anda akan menggulungnya.”

Seluruh proses bergantung pada ratusan bagian bergerak yang berbeda, termasuk hingga 140 mekanisme pelepasan, 400 puli, 70 engsel, dan 90 kabel, menurut NASA. Ada juga beberapa rencana darurat jika penerapan tidak berjalan seperti yang diharapkan. NASA memiliki opsi untuk mengirim ulang perintah ke teleskop, jika perintah pertama tidak memicu gerakan. Para insinyur juga membangun sebanyak mungkin pesawat ruang angkasa cadangan. Ada area dengan beberapa sirkuit yang dapat melakukan tugas yang sama, jika sirkuit awal tidak diaktifkan dengan benar.

Tetapi ada saat-saat ketika benar-benar tidak ada opsi cadangan. Selama proses penerapan, ada lebih dari 300 peristiwa yang dikenal sebagai “kegagalan titik tunggal”. Itulah postingan-postingan yang memiliki Untuk bekerja dengan desain, karena tidak dapat dibangun dengan pengulangan. “Kegagalan pada satu titik adalah hal-hal kecil yang lucu. Dan secara teknis apa yang mereka maksud adalah, hal itu,” kata Low. Harus terjadi.” JWST sangat bergantung pada mereka selama proses penerapan. Misalnya, total 107 perangkat rilis diperlukan untuk melepaskan film sunvisor, memungkinkan mereka untuk meregangkan ke bentuk penuhnya. Menurut Lo, semua 107 ini adalah titik malfungsi. satu.

NASA tidak asing dengan kegagalan titik tunggal. Ketika badan antariksa itu mendaratkan penjelajah gigihnya di Mars Februari lalu, urutan pendaratan mengandung hampir 100 titik kegagalan, menurut Zurbuchen. Pendaratannya benar-benar sempurna. Selain itu, NASA dan Northrop Grumman telah menguji berbagai penerapan JWST di Bumi selama dua atau tiga tahun terakhir, melatihnya secara rumit untuk tampilan akhir. Setiap komponen diuji secara individual di Bumi puluhan kali terlebih dahulu, sebelum ditambahkan ke pesawat ruang angkasa. Kemudian seluruh teleskop ditekuk dan dibuka beberapa kali sebagai satu kesatuan yang kohesif.

“Apakah kita memiliki keyakinan bahwa kita akan pergi ke orbit?” kata Lu. “Alasannya adalah kami lulus tes ketat ini dari permukaan tanah ke atas.”

Pengujian JWST di lapangan memakan waktu beberapa tahun lebih lama dari yang direncanakan, tetapi harus ketat karena ketidakmampuannya untuk diperbaiki. Ini adalah salah satu perbedaan terbesar antara teleskop JWST dan pendahulunya, Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang telah mengorbit Bumi sejak tahun 1990. Hubble sengaja dirancang untuk mendapatkan penyetelan saat berada di orbit dengan mengunjungi astronot; JWST tidak memiliki kemampuan ini. Plus, mengirim manusia ke teleskop akan menghasilkan banyak panas. “Bahkan jika Anda meletakkan pakaian antariksa di sekitar Anda atau saya, itu masih lebih hangat daripada lingkungan teleskop,” kata Zurbuchen.

Meskipun misi layanan manusia tidak layak untuk JWST, NASA membuat perubahan desain kecil jika agensi ingin memodifikasi teleskop suatu hari nanti. Di bagian belakang JWST terdapat stiker berbentuk salib. Mereka dimaksudkan untuk menjadi target, untuk membantu memandu pengunjung pesawat ruang angkasa robotik potensial ke JWST di masa depan. Selama dekade terakhir, banyak perusahaan kedirgantaraan telah mengerjakan “layanan satelit”, yang dirancang untuk mengejar dan mengambil satelit yang sudah ada di luar angkasa, baik untuk mengisi bahan bakar di tangki mereka atau untuk memasang kembali komponen yang sudah ketinggalan zaman. Ada kemungkinan suatu hari, NASA mungkin ingin mengirim satelit pemeliharaan ke JWST untuk menambahkan lebih banyak bahan bakar ke tangki teleskop, memperpanjang waktunya di luar angkasa. Jika itu terjadi, target akan memberikan titik referensi di mana pesawat ruang angkasa yang berkunjung harus menggantung untuk mengisi tangki JWST.

Namun, tidak ada seorang pun di NASA yang mempertimbangkan misi pengisian bahan bakar ini sekarang. Semua orang yang terkait dengan JWST berfokus pada penerapan. Setelah teleskop sepenuhnya dibuka selama dua minggu ke depan, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan saat observatorium bergerak melalui ruang angkasa. NASA akan terus mengubah cermin JWST dengan sangat sedikit, memastikan bahwa semuanya selaras sebagaimana dimaksud. Dan sekitar 29 hari setelah peluncuran, teleskop akan melakukan pembakaran terakhir dari pendorongnya, menempatkannya pada posisi terakhirnya di luar angkasa.

Saat itu, pekerjaan baru saja dimulai. Personil misi kemudian akan menguji dan mengkalibrasi semua instrumen JWST untuk memastikan mereka beroperasi dengan benar. Proses ini akan memakan waktu berbulan-bulan, dan operasi ilmiah dijadwalkan akan dimulai sekitar musim panas ini.

Jadi, bahkan jika JWST diterbitkan sebagaimana dimaksud setelah beberapa minggu, kekhawatirannya benar-benar tidak pernah berakhir. “Saat itulah saya pikir banyak dari kita akan bernapas lega, tetapi tentu saja, alat dan cermin baru saja dimulai,” kata Lu. “Sekelompok orang yang berbeda – pembuat alat, perancang, insinyur, ilmuwan – akan mulai menahan napas.”