27 января, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба вот-вот превратится в свою окончательную форму

Космический телескоп Джеймса Уэбба имеет невероятно мощный Джеймс Уэбб В космосе уже три дняНо, пожалуй, самая опасная часть ее путешествия в глубокий космос продолжается. Вскоре телескоп начнет замысловатый механический танец, медленно меняя форму и открываясь, чтобы достичь своей окончательной формы. наблюдать далекую вселенную.

Это своего рода обратное космическое оригами, которого раньше никогда не делали, но оно абсолютно необходимо для космического телескопа Джеймса Уэбба, или JWST, для выполнения своей миссии. Телескоп был слишком огромен, чтобы запустить любую работающую ракету в полностью выдвинутом состоянии. Поэтому, когда он прыгнул в космос на европейской ракете Ariane 5 на Рождество, он совершил захватывающее путешествие, свернувшись внутри, как самый дорогой швейцарский армейский нож в мире.

Теперь в течение следующих двух недель JWST будет крутить и изменять форму — размещать один луч здесь, зеркало там — до тех пор, пока он не будет полностью настроен для просмотра самых глубоких частей Вселенной. «Мы иногда называем Уэбба« телескопом-трансформатором », — говорит Эми Ло, инженер по выравниванию JWST в Northrop Grumman, основном подрядчике телескопа. край. Это кропотливый процесс с сотнями движущихся частей, которые инженеры неоднократно испытывают на земле, где они должны быть безупречными. Но есть много моментов, когда отказ механизма или маленькой пусковой катушки может поставить под угрозу будущее миссии JWST. Хотя у диспетчеров миссий на Земле есть некоторые методы устранения неполадок, которые они могут использовать, если что-то пойдет не так, в конечном итоге космический корабль JWST должен выполнять каждое развертывание самостоятельно до почти идеального состояния.

Перед запуском JWST полностью сложен на крыше ракеты Ariane 5.
Фото: НАСА / Крис Дженн.

JWST направляется к конечному пункту назначения примерно в миллионе миль от Земли, и нет действующих ракет или космических кораблей, которые могли бы безопасно доставить астронавтов так далеко, чтобы настроить телескоп. И даже если люди могут получить к нему доступ, JWST не предназначен для обслуживания. Итак, если телескоп по существу сломается, это будет для миссии, которую выполняет НАСА, на общую сумму 9,7 миллиарда долларов.

Все это может показаться ненужным осложнением для миссии такого масштаба, но, по мнению НАСА, у JWST не было легкой дороги. «Я действительно думаю, что это невозможно упростить, учитывая ограничения, с которыми мы сталкиваемся», — сказал Томас Зурбухен, помощник администратора Управления научных миссий НАСА. край. «Вот что это такое».

Дизайнеры JWST с самого начала знали, что их инновации должны проявляться в космосе. В 1996 г. Когда ученые впервые предложили сделать такой телескопВ то время администратор НАСА Дэн Голдин поставил перед инженерами задачу создать космический корабль с главным зеркалом шириной до восьми метров. В конечном итоге дизайнеры остановились на зеркале шириной 6,5 метра или 21 фута, но это постановление определило судьбу сложенного JWST.

Это потому, что самые большие ракеты, которые в настоящее время летают, недостаточно широки, чтобы вместить зеркало такого размера. Когда вы запускаете что-то в космос, космический корабль должен соответствовать обтекаемой схеме полезной нагрузки ракеты — выпуклой конструкции, которая находится на вершине ракеты на протяжении первой части полета. Оптимизация имеет решающее значение, поскольку она защищает космический корабль во время запуска и защищает полезную нагрузку от атмосферы до достижения космоса. Однако ширина аэродинамики является основным ограничивающим фактором для конструкции космического корабля, поскольку он Должен помещается внутрь. Это проблема, которую представители космической индустрии часто называют «клубной тиранией».

Свернуть основное зеркало JWST или полностью опубликовать
НАСА / Крис Дженн

Ariane 5 имеет один из самых больших профилей полезной нагрузки на рынке, его ширина составляет 5,4 метра или почти 18 футов. Но это все еще слишком мало для полного расширения зеркала JWST. Поэтому с самого начала разработчики миссии JWST строили зеркало по частям, с двумя панелями с каждой стороны, которые можно было вращать внутрь и наружу. Это была огромная проблема дизайна, поскольку части должны были собраться вместе, чтобы вести себя как единое плоское зеркало, чтобы собирать свет из далекой вселенной. «Разбиение главного зеркала на космическую орбиту еще не производилось», — говорит Лу.

JWST опубликует свои зеркальные панели в течение 12-13 дней после запуска. Но прежде чем это произойдет, обсерватории предстоит пройти более сложный процесс развертывания, который займет до шести дней. Это солнцезащитный крем JWST, сложное устройство, предназначенное для защиты от солнечного тепла и охлаждения телескопа в космосе. Хотя процесс развертывания спроектирован так, чтобы быть гибким, и все может измениться, Первый шаг к солнцезащитному крему нужно начать сегодня, что означает, что все, кто связан с этой задачей, будут затаить дыхание на следующую неделю.

«Сам солнцезащитный экран — из всех наших применений — является наиболее сложным», — говорит Ли Файнберг, директор оптического телескопа JWST в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. край. «В нем самые движущиеся части».

Солнцезащитный крем является необходимой функцией из-за того, как разработан JWST. Телескоп будет отслеживать звезды и далекие галактики в инфракрасном диапазоне, типе света, невидимого для наших глаз, но излучаемого всем, что несет тепло. Но чтобы собирать инфракрасные фотоны, космический телескоп Джеймса Уэбба должен работать при невероятно низких температурах, до -370 градусов по Фаренгейту. Если он станет слишком горячим, телескоп может испустить его много. король Инфракрасный свет, который может мешать космическим кораблям наблюдать Вселенную.

Слои солнцезащитных козырьков JWST обладают эластичностью и плотностью.
Фото: НАСА / Крис Дженн.

Нанесите крем для загара, который является отличным солнцезащитным кремом для JWST. Щит состоит из пяти очень тонких слоев блестящего материала под названием каптон, каждый из которых размером с теннисный корт. Внешний слой всегда будет смотреть на солнце и получать большую часть его тепла, работая при температуре 230 градусов по Фаренгейту. Но каждый последующий слой будет круче и круче, так что инструменты JWST останутся красивыми и крутыми.

Теплоотражающие пленки экрана очень чувствительны, поэтому потребовались особые меры предосторожности и особые инженерные решения, чтобы растянуть слои наружу в пространстве и затянуть их без разрывов. «Есть системы, которые распределяют и стягивают слои», — говорит Файнберг. «Это немного похоже на парус на лодке с точки зрения того, как вы собираетесь его катить».

По данным НАСА, весь процесс основан на сотнях различных движущихся частей, в том числе до 140 спусковых механизмов, 400 шкивов, 70 шарниров и 90 тросов. Также существует несколько планов действий на случай непредвиденных обстоятельств на случай, если развертывание не будет выполнено должным образом. НАСА имеет возможность повторно отправлять команды на телескоп, если первая команда не вызывает движения. Также инженеры построили как можно больше запасных космических кораблей. Есть участки с несколькими контурами, которые могут выполнять одну и ту же задачу, если начальный контур не сработает правильно.

Но бывают моменты, когда вариантов резервного копирования действительно нет. В процессе развертывания происходит более 300 событий, известных как «отказ единой точки». Это сообщения, которые Владеет Работать по замыслу, потому что его нельзя построить с повторением. «В какой-то момент неудачи — это забавные мелочи. И технически они означают именно это», — говорит Лоу. Должен «JWST в значительной степени полагается на них в процессе развертывания. Например, для снятия солнцезащитных пленок требуется всего 107 устройств снятия защиты, позволяющих им растягиваться до полной формы. По словам Ло, все эти 107 являются точечными неисправностями. один.

НАСА не привыкать к единичным отказам. По словам Зурбухена, когда космическое агентство посадило свой постоянный марсоход на Марс в феврале прошлого года, последовательность приземления содержала почти 100 единичных точек отказа. Посадка прошла совершенно безупречно.. Кроме того, НАСА и Northrop Grumman тестировали различные развертывания JWST на Земле в течение последних двух или трех лет, тщательно репетируя их для окончательной демонстрации. Каждый компонент был индивидуально протестирован на Земле десятки раз, прежде чем быть добавлен в космический корабль. Затем весь телескоп несколько раз изгибался и открывался как единое целое.

«Есть ли у нас уверенность в том, что мы выйдем на орбиту? — говорит Лу. — Причина в том, что мы проходим эти строгие испытания с уровня земли».

Полевые испытания JWST заняли на несколько лет больше, чем планировалось, но должны были быть тщательными из-за невозможности ремонта. Это одно из самых больших различий между телескопом JWST и его предшественником, космическим телескопом Хаббла, который вращается вокруг Земли с 1990 года. Хаббл был специально разработан для настройки во время нахождения на орбите, посещая астронавтов; JWST не имеет такой возможности. К тому же, отправка людей к телескопу в любом случае создаст много тепла. «Даже если вы наденете скафандр вокруг себя или меня, он все равно будет теплее, чем окружающая среда телескопа», — говорит Зурбухен.

Хотя для JWST невозможно выполнить миссию по обслуживанию людей, НАСА внесло небольшую поправку в конструкцию на тот случай, если агентство однажды захочет модифицировать телескоп. На обратной стороне JWST наклейки в виде крестов. Они предназначены для использования в качестве целей, помогающих в будущем направлять потенциального посетителя космического корабля-робота на JWST. За последнее десятилетие многие аэрокосмические компании работали над «спутниковой службой», предназначенной для того, чтобы догонять и захватывать спутники, уже находящиеся в космосе, либо для дозаправки своих резервуаров, либо для модернизации устаревших компонентов. Возможно, однажды НАСА захочет отправить в JWST сервисный спутник, чтобы добавить топлива в баки телескопа и продлить время его пребывания в космосе. Если это произойдет, цели будут служить ориентиром для того, где должен висеть космический корабль посещения, чтобы заполнить резервуар JWST.

Однако никто в НАСА сейчас даже не рассматривает эту дозаправку. Все, кто связан с JWST, сосредоточены исключительно на развертывании. После того, как телескоп будет полностью открыт в течение следующих двух недель, предстоит еще много работы, поскольку обсерватория движется в глубоком космосе. НАСА продолжит незначительную настройку зеркал JWST, чтобы все они были выровнены должным образом. Примерно через 29 дней после запуска телескоп завершит работу двигателей и вернет его в исходное положение в глубоком космосе.

На тот момент работа только началась. Затем персонал миссии проверит и откалибрует все инструменты JWST, чтобы убедиться, что они работают должным образом. Этот процесс займет месяцы, а научные работы планируется начать летом этого года.

Так что даже если JWST будет опубликован, как задумано, через пару недель, беспокойство действительно никогда не исчезнет. «Вот тогда, я думаю, многие из нас вздохнут с облегчением, но, конечно, инструменты и зеркала только начинались», — говорит Лу. «Другая группа людей — производители инструментов, конструкторы, инженеры, ученые — просто начнут затаить дыхание».

READ  Рост числа заболевших гриппом угрожает пропускной способности больниц, поскольку Covid приближается к праздникам