Ingenieurs die aan NASA's James Webb Space Telescope werken, hebben met succes zijn zonnescherm opgevouwen en ingepakt voor zijn aanstaande reis van een miljoen mijl (ongeveer 1,5 miljoen kilometer), die later dit jaar begint.

Het zonnescherm - een vijflaags, ruitvormige structuur ter grootte van een tennisbaan - is speciaal ontworpen om rond de twee zijden van de telescoop te vouwen en binnen de grenzen van het lanceervoertuig te passen, de Ariane 5-raket. Nu het vouwen is voltooid bij Northrop Grumman in Redondo Beach, Californië, het zonnescherm zal tijdens de lancering in deze compacte vorm blijven en de eerste paar dagen zal het observatorium in de ruimte doorbrengen.

Ontworpen om de optiek van de telescoop te beschermen tegen warmtebronnen die het zicht zouden kunnen verstoren, de zonnekap is een van de meest kritische en complexe componenten van Webb. Omdat Webb een infraroodtelescoop is, zijn spiegels en sensoren moeten bij extreem lage temperaturen worden bewaard om zwakke warmtesignalen van verre objecten in het universum te detecteren.

In de ruimte, één kant van de zonnekap zal altijd licht en achtergrondwarmte van de zon weerkaatsen, Aarde en maan. Thermische modellen laten zien dat de maximale temperatuur van de buitenste laag 383 Kelvin is, of ongeveer 230 graden Fahrenheit. In de tussentijd, de andere kant van het zonnescherm zal altijd naar de diepe ruimte gericht zijn, waarbij de koudste laag een gemodelleerde minimumtemperatuur van 36 Kelvin heeft, of ongeveer min 394 graden Fahrenheit.

Volledig ingezet, het zonnescherm van de telescoop meet bijna 70 voet bij 47 voet (21 meter bij 14 meter). Wanneer opgeborgen in de raket voor lancering, het gevouwen zonnescherm zal worden verpakt in een zeer beperkte ruimte tussen andere structuren van het observatorium om de beperkte ruimte in de raketkuip met een diameter van 18 voet (5,4 meter) op te vangen.

"Er is niets echt analoog aan wat we proberen te bereiken met het opvouwen van een zonnescherm ter grootte van een tennisbaan, maar het is vergelijkbaar met het inpakken van een parachute, " zei Jeff Cheezum, een hoofdontwerper voor zonneschermen bij Northrop Grumman. "Net zoals een skydiver zijn parachute correct moet inpakken om perfect te openen en met succes terug te keren naar de aarde, Webb heeft zijn zonnekap nodig om perfect te worden opgeborgen om ervoor te zorgen dat deze ook perfect opent en zijn vorm behoudt, om de telescoop met succes op de vereiste bedrijfstemperatuur te houden."

Het maandenlange proces van het vouwen van de zonnekap begon met het zo plat mogelijk leggen van de vijf lagen. In zijn ontplooide staat, het zonnescherm lijkt op een meerlagig zilveren schip, dus de inherent gebogen oppervlakken voegden een zekere mate van complexiteit toe aan deze stap. Daarna, de lagen werden verticaal opgetild en op speciale ondersteuningsapparatuur gestut, zodat ze goed konden worden vastgehouden om te vouwen. Een team van technici vouwde vervolgens elke laag zorgvuldig in een zigzagpatroon om accordeonachtige stapels membranen aan weerszijden van de telescoop te creëren.

De eerste laag van het zonnescherm is tweeduizendste inch (0,005 centimeter) dik, terwijl de andere vier lagen slechts een duizendste van een inch dik zijn. Voor het team, een ingebouwde uitdaging was de delicatesse van het vouwen van zulke dunne lagen. Het vouwproces moest ook rekening houden met componenten zoals de 90 verschillende spankabels van de zonnekap, die op een specifieke manier moet worden opgeborgen om ervoor te zorgen dat de zonnekap soepel kan worden geopend.

Met de succesvolle voltooiing van het vouwen van het zonnescherm, het engineeringteam heeft het zonnescherm voorbereid voor zijn complexe inzet in de ruimte. Het zonnescherm zal zich ontvouwen aan het einde van de eerste week van de telescoop in de ruimte na de lancering, uitrekken tot zijn volledige grootte en vervolgens elk van zijn vijf lagen scheiden en spannen. Het testen voor deze ontvouw- en spanprocedure werd in december 2020 voor de laatste keer op aarde voltooid.

"Denk er achterstevoren aan; we willen dat het geplaatste zonnescherm een ​​specifieke vorm krijgt, zodat we de prestaties krijgen die we nodig hebben. Het hele vouwproces is met dat in gedachten ontworpen. We moeten elke keer netjes en zorgvuldig op dezelfde manier vouwen, om ervoor te zorgen dat de ontvouwing precies gebeurt zoals we het willen, " zei James Kuiper, hoofd zonneschermingenieur bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Bijvoorbeeld, een van de meest ingewikkelde aspecten van het vouwproces was het uitlijnen van de membraanstapels. Elk van de lagen van het zonnescherm heeft honderden opzettelijke gaten, die opzettelijk zijn aangebracht om te voorkomen dat licht en warmte naar de optische elementen van de telescoop gaan wanneer de zonnekap volledig is uitgevouwen. Deze gaten moeten tijdens het vouwen worden uitgelijnd, zodat Webb-technici "pinnen" door de gaten in elke membraanstapel kunnen steken. De 107" pinnen, " of apparaten voor het vrijgeven van membranen, zal helpen de lagen te beperken voor lancering, maar laat los om het zonnescherm uit te klappen zodra de telescoop in de ruimte is.

"Het is een zeer methodisch proces dat we gebruiken om ervoor te zorgen dat alles correct is uitgelijnd, " zei Marc Roth, hoofd werktuigbouwkunde bij Northrop Grumman. "Ons team heeft meerdere trainingscycli doorlopen, en we hebben veel lessen geïmplementeerd die we hebben geleerd van de vorige keren dat we dit proces hebben gedaan, allemaal culminerend in deze laatste vouw van het zonnescherm."

In de komende drie maanden zal ingenieurs en technici zullen het ingepakte zonnescherm verder opbergen en vastzetten. Dit proces omvat het installeren van de membraanrelease-apparaten, het optuigen en vastzetten van alle zonneschermkabels, en opberghoezen voor de zonneschermmembranen. Het omvat ook het opbergen van de twee "armen" van de zonnekap - de Mid-Boom Assemblies - die de zonnekap horizontaal naar buiten uitstrekken tijdens de plaatsing, evenals het opbergen van de twee palletstructuren die het zonnescherm op zijn plaats houden.

Het observatorium zal bovendien een laatste spiegelimplementatie ondergaan voordat het wordt verscheept naar zijn lanceerplaats in Frans-Guyana, Zuid-Amerika.