science >> Wetenschap >  >> Astronomie

NASA's technisch meest complexe ruimteobservatorium vereist precisie

Artist's concept van de James Webb Space Telescope in een baan om de aarde. Krediet:NASA

De James Webb Space Telescope is een van de meest ambitieuze en technisch complexe missies waar NASA zich ooit op heeft gericht. Een infrarood observatorium van deze omvang bouwen, kracht en complexiteit is nog nooit eerder geprobeerd. Om een ​​naadloze werking in de ruimte te garanderen, de geavanceerde technologie die in Webb is verwerkt, moet voorafgaand aan de lancering grondig worden getest.

Het hele ontwerp van de Webb-telescoop duurde jaren om te ontwikkelen en was speciaal ontworpen om meer van de kosmos te zien dan ooit tevoren. Er waren honderden wetenschappers voor nodig, ingenieurs, optica-experts en vele anderen om hun kennis te bundelen op een manier die nog nooit eerder was gedaan. Vertrouwend op het teamwerk van drie vooraanstaande ruimteagentschappen:NASA, het Europees Ruimteagentschap, en de Canadese ruimtevaartorganisatie, Webb is gekomen om meer dan 1 op te nemen, 200 mensen wereldwijd om 's werelds nieuwste en krachtigste ruimtetelescoop tot leven te brengen.

"Toen we voor het eerst aan Webb dachten, het was technisch niet haalbaar. We moesten een aantal dingen uitvinden voordat we het konden bouwen - in dit opzicht vergelijkbaar met het Apollo-programma, " zei Paul Geithner, Plaatsvervangend projectmanager - technisch bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Voordat de bouw van de telescoop zelfs maar kon beginnen, wetenschappers en ingenieurs begonnen aan de taak om tien nieuwe technologische innovaties te creëren die de wereld nog nooit had gezien. Bekend als "enabling technologies, "Deze verbeteringen zijn opgenomen in Webb en zullen de weg vrijmaken om het meest capabele wetenschappelijke observatorium ooit te worden. Met bijna 100 keer de kracht van zijn wetenschappelijke voorganger, de Hubble-ruimtetelescoop, Webb zal naar verwachting een schat aan informatie onthullen over waar we vandaan komen, hoe planeten en sterren ontstaan, en zal ook worden gebruikt om gedetailleerde analyses uit te voeren van planeten in zowel ons eigen zonnestelsel, en elders in de kosmos.

Een revolutionair lichtgewicht koolstofcomposiet materiaal, in staat om zijn stijve vorm te behouden tot 1/10, 000ste van een mensenhaar, bij temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt vormen Webb's backplane en ondersteuningsstructuren voor wetenschappelijke instrumenten. Dit nieuwe materiaal biedt een uitzonderlijk draagvermogen, terwijl het ook zeer weinig thermische uitzetting en krimp ervaart bij de extreme temperaturen van de ruimte. De spiegelsegmenten van Webb begonnen toen Beryllium-erts werd gedolven in Utah. Ze reisden door de Verenigde Staten om gevormd te worden, lichtgewicht, gepolijst, verguld, en tenslotte, perfect geplaatst op de backplane-structuur met behulp van een robotarm.

"Vanuit een technisch perspectief, Webb is buitengewoon moeilijk. De wetenschap betekent dat het groot moet zijn, in de ruimte, en de helft ervan moet superkoud zijn. Dit betekent dat we het moesten ontwerpen om op te vouwen voor de rit naar de ruimte, laat het vervolgens feilloos ontvouwen met de afstandsbediening. Het vereist ook dat we het koude optica-gedeelte precies verkeerd bouwen, in zwaartekracht en lucht bij kamertemperatuur, zodat het precies goed zal zijn - de juiste maat en vorm - wanneer het gewichtloos is in het vacuüm van de ruimte en werkt bij temperaturen die zo koud zijn dat lucht vast wordt, ' zei Geithner.

Een wereldwijd team van technici, ingenieurs en wetenschappers werkten samen aan het bouwen en testen van deze revolutionaire telescoop. Naast de hardware voor ruimtevluchten, de Webb-missie vereiste de constructie van assemblagestructuren om de telescoop in elkaar te zetten, het gebruik van testfaciliteiten om ervoor te zorgen dat elk onderdeel klaar is voor de ontberingen van ruimtevluchten, transportbehuizingen om het door het land te sturen voor service, technische kopieën genaamd pathfinders, en zelfs een miniatuur 'proefbed'-telescoop.

Om ervoor te zorgen dat Webb en al zijn nieuwe technologie zullen functioneren zoals verwacht in de ruimte, NASA stelt hun ruimtevaartuig opzettelijk bloot aan extreme temperaturen in een enorme cryogene kamer die bekend staat als 'Kamer A' in Houston, Texas. Grondtesten om door de lancering veroorzaakte trillingen te simuleren of om de structurele sterkte te onderzoeken, zijn ook van vitaal belang gebleken bij het ontwikkelen van een succesvol ruimtevaartuig. Om er zeker van te zijn dat alle aspecten van structurele dynamiek worden geëvalueerd, inclusief trillingen, vibro-akoestiek, modale kenmerken, geluidsoverdracht verlies, en schoktesten, Webb is gebombardeerd door een lange reeks tests, schudden, bevriezen en opnieuw testen.

De James Webb Space Telescope wordt 's werelds belangrijkste 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 European Space Agency (ESA) en de Canadian Space Agency (CSA).