Het ruimtevaartuigelement van NASA's James Webb Space Telescope heeft onlangs zijn eerste twee grote lanceringsomgevingstests voltooid bij Northrop Grumman Aerospace Systems in Redondo Beach, Californië, en zal binnenkort verdere tests ondergaan om ervoor te zorgen dat het de ontberingen van de lancering en de barre omgeving van de ruimte aankan.

De eerste test van het ruimtevaartuigelement simuleerde de mechanische schok die werd veroorzaakt door de scheiding van de payloadadapter van het ruimtevaartuig na de lancering. De tweede test onderwierp het ruimtevaartuig aan het extreme geluid en de daaruit voortvloeiende trillingen van de lanceringsomgeving. Deze schokscheiding en akoestische tests zijn routine voor alle ruimtevaartuigen.

Gedetailleerde inspecties van de hardware na de akoestische test toonden aan dat bevestigingsmiddelen die de zonneschermmembraanafdekkingen op hun plaats houden, los waren geraakt.

"NASA herziet opties voor reparatie en de volgende stappen in het testen van de lanceringsomgeving van ruimtevaartuigen, " zei Greg Robinson, Webb's programmadirecteur. "Het team herziet de testgegevens en hardwareconfiguratie en werkt actief aan corrigerende maatregelen in de nabije toekomst. We verwachten binnenkort terug te keren naar de milieuteststroom en veilig en methodisch verder te gaan in de richting van missiesucces."

Ontdekkingen zoals deze zijn niet ongewoon in de ontwikkeling van een complex en uniek ruimtevaartuig. "Dit is een voorbeeld van waarom ruimtesystemen grondig en rigoureus ter plaatse worden getest om onvolkomenheden bloot te leggen en op te lossen voordat ze worden gelanceerd. ' zei Robinson.

Het ruimtevaartuigelement van Webb is het gecombineerde zonnescherm en de ruimtevaartuigbus van het observatorium. Het ruimtevaartuigelement en Webb's gecombineerde optische element en wetenschappelijke instrumenten, noemde zijn wetenschappelijke lading, zal het volledige observatorium vormen. De twee helften verblijven momenteel in Northrop Grumman, NASA's observatorium contractant.

De schok van de scheiding van lading

Wanneer Webb de ruimte in wordt gelanceerd, het moet worden opgevouwen als origami om in de kuip van de Ariane 5-raket te passen, die ongeveer 4,6 meter breed is. de kuip, ook wel de neuskegel van de raket genoemd, beschermt Webb tegen de krachten en hitte van de atmosfeer terwijl de raket de ruimte in accelereert.

Binnen de kuip, de payload-adapter bevestigt Webb fysiek aan de bovenkant van de Ariane 5. De adapter heeft twee helften:een die permanent aan Webb is bevestigd en de andere die is bevestigd aan de tweede trap van de raket. Wanneer de raket een bepaalde hoogte bereikt in de bovenste atmosfeer van de aarde, de payload stroomlijnkap wordt overboord gegooid en valt terug naar de aarde. Naar aanleiding hiervan, de eerste trap van de Ariane 5 verbruikt zijn brandstof en wordt ook overboord gegooid.

Na de tweede trap van de raket geeft Webb een laatste duwtje om hem op weg te sturen naar zijn baan bij het tweede zon-aarde Lagrange-punt (L2), de twee helften van de payload-adapter gescheiden, het vrijgeven van Webb van de raket. De release stuurt een mechanische schok - een reeks hoogfrequente trillingen - door het observatorium.

"Mechanische schokken zijn een snelle schok voor het systeem, zoals wanneer je je autodeur sluit en de auto een beetje trilt, " legde Keith Parrish uit, de Observatory Manager voor Webb bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. De elektronica in Webb is ontworpen om deze schok te weerstaan, net zoals een laptop is ontworpen om bestand te zijn tegen de schokken en druppels van het dagelijks leven.

Om deze scheiding op aarde te simuleren, ingenieurs van Northrop Grumman hingen eerst het ruimtevaartuigelement in de lucht met de payload-adapter eraan bevestigd. Vervolgens hebben ze op afstand de onderste helft van de payload-adapter losgelaten, dat is de helft die tijdens de lancering aan de raket wordt bevestigd. De onderste helft viel ongeveer 8 inch (ongeveer 20 centimeter) op een beklede opvangruimte op de vloer van de cleanroom waar de test werd uitgevoerd.

De ingenieurs hielden de krachten in de gaten die werden veroorzaakt door het loslaten om er zeker van te zijn dat ze binnen de verwachte waarden lagen. en hogesnelheidsvideocamera's registreerden de scheiding om ervoor te zorgen dat deze soepel was. Tijdens de eigenlijke vlucht en scheiding, 12 veren duwen Webb voorzichtig weg van de Ariane 5.

Het geluid en de vibratie van de lancering

Na het voltooien van de schoktest, ingenieurs omhulden het ruimtevaartuig in een plastic tent en verplaatsten het naar de grote akoestische testfaciliteit van Northrop Grumman. De tent beschermde het ruimtevaartuig tegen besmetting tijdens de verplaatsing en tijdens de akoestische test.

Tijdens de test, ingenieurs hebben het ruimtevaartuigelement onderworpen aan geluidsfrequenties variërend van 25 Hertz tot 2, 500 Hertz, dat is wat Webb zal ervaren tijdens de lancering. Deze frequenties variëren van lage bas (vergelijkbaar met die van een kickdrum) tot lage hoge tonen (ongeveer hetzelfde niveau als de E7-toets op een piano). Het werd ook getest op luidheidsniveaus tot 142,5 decibel, ongeveer 3 decibel hoger dan verwacht tijdens de lancering. Webb's wetenschappelijke lading onderging een vergelijkbare akoestische test in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, anno 2017.

Ingenieurs monteerden verschillende microfoons binnen en buiten de tent om de akoestische omgeving tijdens het testen te bewaken. Ze monteerden ook ongeveer 500 versnellingsmeters rond het ruimtevaartuigelement om de trillingsreacties die het ondervond te volgen. Een accelerometer meet de krachten of stress die de hardware ervaart tijdens de test.

Na deze eerste reeks tests, Het ruimtevaartuigelement van Webb zal trillingstests ondergaan om ervoor te zorgen dat het de intense schok van de lancering zal overleven.

NASA's James Webb Space Telescope wordt 's werelds volgende grote ruimtewetenschappelijke observatorium. Webb zal mysteries van ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal project onder leiding van NASA met zijn partners, de ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.

Een deel van de bijdrage van de ESA is het draagraket Ariane 5, die wordt beheerd door Arianespace. Arianespace-onderaannemer RUAG Space leverde de payload-adapter van de raket.