A James Webb űrtávcső rendszereinek aktiválása
A világ legprecízebb csillagászati eszközének nem csak a megtervezése és megépítése volt egy rettentően komplikált folyamat, így a pályára állítás után sem bonthatnak pezsgőt a mérnökök és a tudósok. Előző részünket itt olvashatjátok.
- T+33 perc (sikeresen elvégezve) – az űreszköz napelemtáblája automatikus módon kinyílik, enélkül órákon belül teljesen lemerülnének a JWST akkumulátorai, így a küldetés szempontjából ez egy mindenképpen kritikus folyamat. Ekkor már 1800 kilométeres magasságban lesz a Webb a Föld felszínétől, és továbbra is rohamosan fog távolodni.
- T+12 óra 30 perc (sikeresen elvégezve) – az MCC1a (Mid Course Correction Burn 1a) pályakorrekciós manőver következik, ami körülbelül 20 m/s-al fogja megváltoztatni az űrtávcső sebességét. Ennek a manővernek a hossza attól is függ, hogy milyen pontosan sikerült az Ariane-5-nek a Webbet a kijelölt pályára juttatnia. Az Ariane-5 rakéta egyenesen a Nap-Föld L2 pont felé indítja majd el a távcsövet, de a Webbnek muszáj lesz több manővert végrehajtania, hogy ténylegesen elérjen ehhez a ponthoz. Az Ariane-5 második fokozata direkt módon egy valamivel alacsonyabb sebességű pályára juttatja a Webbet – erre azért van szükség, mert benne van a pakliban, hogy az hordozórakéta második fokozata túlteljesít, és a leválasztás pillanatában nagyobb lesz a távcső sebessége a vártnál. Ezt azért akarják mindenáron elkerülni, mert a Webbet nem tudnák anélkül teljesen megfordítani egy esetleges lassításhoz, hogy a kényes optikát ne tegyék ki a Nap roncsoló hatásainak.
A Webb az első korrekciós manőver közepette – művészi ábrázolás. Kép forrása: NASA
- T+1 nap (sikeresen elvégezve) – a nagy nyereségű antenna kinyílik (Gimbaled Antenna Assembly, GAA) így az egyre nagyobb távolságban lévő távcsővel fenn tudják tartani a kapcsolatot. Ezt a NASA Mélyűri Kommunikációs Hálózatán (Deep Space Network, DSN) keresztül fogják elvégezni, valamint az ESA Malindi követőállomása is fontos szerepet fog itt játszani.
- T+2 nap (sikeresen elvégezve) – az MCC1b (Mid Course Correction Burn 1b) pályakorrekciós manőver következik, ami az Ariane-5 rakétától és az előző korrekciótól fog függeni. Ez a hajtóműves manőver szintén pontosítja a Webb pályáját, és közvetlenül a pajzsként szolgáló napfólia kinyílását előzi meg. Sokkal rövidebb lesz mint az előző, várhatóan 2 m/s sebességváltozást fog előidézni. Amíg az Apollo-programban három napba telt, hogy az űrhajósok elérjenek a Holdig, addig a Webbnek ez mindössze két napjába fog telni, a jóval nagyobb sebesség miatt.
- T+3 nap (sikeresen elvégezve) – a napfólia elülső tartókarjának a lehajtása (Forward Sunshield Pallet), ezzel együtt megkezdődik a napfóliát kicsomagoló folyamat is. A tartókaron helyezkedik el a napfólia membránjait rögzítő egységesített szerkezet (Unitized Pallet Structure, UPS). Még mielőtt az elülső tartókar kinyílása kezdetét venné, az űrtávcsövet úgy tájolják, hogy az elülső rész nézzen a „melegebb” oldal felé (tehát a Nap irányába), és magát a kioldást végző komponenseket is több fűtőelem segítségével minimális szinten felmelegítik. Ekkor több fedélzeti rendszert is újrakalibrálnak és konfigurálnak, ugyanis ezzel a lépéssel megkezdődik a Webb „kicsomagolásának” teljes folyamata. Az elülső kar rendben történő aktiválása után a hátsó tartókar is mozgásba lép. Az UPS ezzel készen áll a napfólia teljeskörű kibontására.
A teleszkóp a napelem, az antenna és a két tartókar aktiválása után. Kép forrása: NASA
- T+4 nap – a teleszkóp tudományos műszermoduljának és az optikai egységnek aktiválása (Deployable Tower Assembly deployment). A távcső optikai egységeit és tudományos műszereit tartalmazó tornyot ekkor 2 méterrel az UPS felszíne fölé emelik. Ennek köszönhetően a Webb érzékeny műszerei még távolabb kerülnek a zavaró tényezőknek tekintett, nagyobb hőmérsékletű komponensektől, és a napfólia rétegei is adadálymentesen nyílhatnak majd szét.
- T+5 nap – az oldalstabilizátor (Aft Momentum Flap) lehajtása. Ennek a stabilizátornak köszönhetően a JWST a giroszkópok folytonos használata nélkül is stabil pozícióban tud majd maradni, mert kiegyensúlyozza a távcső hatalmas felületű napvédő fóliájára beeső napszél sugárnyomását. A tartóegységek kioldása után egy rugós szerkezet segítségével nyílik ki teljesen.
- T+5 nap – a napvédő fóliát betakaró védőréteg eltávolítása (Sunshield Covers Release). Ez a művelet letekeri a napvédő réteg hajszálvékony membránjairól azt a védőrétegetet, ami a földi tesztek és az indítás során körülölelte őket. Védő funckiót töltött be.
Most ejtünk egy kis kitérőt a hajózásból származó kifejezések tisztázására, mert innentől kezdve sokszor jönnek szembe:
Mivel az irányok általában perspektívától függnek, ezért eléggé félrevezető tud lenni, ha úgy hivatkozunk egy a világűrben tartózkodó űrhajó/űrszonda oldalaira, mint jobb és bal oldal (úgyanúgy fent és lent sincs a világűrben). Ennek okára ezek a rafinált űrhajózási mérnökök kölcsönvettek pár szakszavat a hajósoktól, hogy egyszerűbbé tegyék mindannyiunk életét.
Ha arccal a James Webb űrtácső orra felé nézünk (amerre maga a teleszkóp is mutat), abban az esetben így festenek az oldalak:
- A jobb oldal kapja a kormányoldal (starboard side) nevet,
- A bal oldal pedig a hátoldal (port side) nevet viseli.
Kép forrása: NASA
- T+6 nap – a napfólia hátoldali (bal oldali) tartóelemének kiengedése és a napfólia membránjainak kioldása (Sunshield PORT Mid-Boom Deployment). Ez az egyik legkritikusabb folyamat a távcső üzembe helyezésében. A hátoldali teleszkópos kar megfelelő kiengedése után motorok segítségével a napvédő fólia öt rétegét és kioldják, és a egészen a tartókar végéig kihúzzák.
- T+6 nap – a napfólia kormányoldali (jobb oldali) tartóelemének kiengedése és a napfólia membránjainak kioldása (Sunshield STARBOARD Mid-Boom Deployment). Az előzővel teljesen megegyező folyamat, csak a távcső másik oldalán.
- T+7-8 nap – a napfólia membránjainak feszesítése (Sunshield Layer Tensioning). Ennek a többlépcsős folyamatnak a célja, hogy mind az öt réteg napvédő membrán a lehető legfeszesebb és legstabilabb állapotba kerüljön. Az 1. számú réteggel kezdik (a legnagyobb hőmérsékletű, ez van kitéve az elsődleges napsugárzásnak), és az 5., a távcső rendszereihez legközelebb állóval fejezik be. Az 1. számú réteg működési hőmérséklete 85°C, a következő rétegek pedig olyan mértékben elszigetelik a legutolsó réteget, hogy az -233°C hőmérsékleten fog kifeszülni. Ezzel a pajzsként szolgáló napvédő fólia teljes mértékben ki lett csomagolva!
A JWST a napfólia teljes kibontása után. Kép forrása: NASA
- T+10 nap – a segédtükör kinyitása (Secondary Mirror Deployment). A segédtükröt tartó szerkezet a helyére kerül, ami két merev és egy nyitható karból áll. Ennek a manővernek a pontossága rendkívül fontos, ugyanis a segédtükör lesz azért felelős, hogy a 6,5 méter átmérőjű berilliumból készült főtükör által összegyűjtött fényt a teleszkóp műszereihez eljuttassa.
- T+11 nap – a műszermodul hátsó radiátorának aktiválása (Aft Deployed Instrument Radiator). Ez a művelet a tudományos műszerek hőjének leadásáért felelős radiátor negyedik tartóelemét is kioldja, amit majd egy rugós szerkezet pozicionál a kívánt helyzetbe. Az előző három tartóelemet közvetlen a felbocsátás után már ki fogják oldani, hogy elkerüljenek bármiféle szorulást a teleszkóp hűlése során.
- T+12 nap – a főtükör hátoldali (bal oldali) szárnyának kihajtása (Port Primary Mirror Wing Deployment). Ahogy a nevében is benne van, a főtükör bal oldali behajtott szárnyának a kinyitása következik. A 18 hatszögletű szegmensből álló aranybevonatú főtükör 3-3 eleme található ezeken a kihajtható szárnyakon, amikre azért volt szükség, hogy a Webb beférjen a rakéta orrkúpja alá.
- T+ 13 nap – a főtükör kormányoldali (jobb oldali) szárnyának kihajtása is megtörténik (Starboard Primary Mirror Wing Deployment). Minden egyes tükörszegmens saját motorokkal is fel van szerelve, így a két szárny kinyílása után azokat egyenként precízen be tudják állítani (T+15-24 nap), hogy a lehető legtökéletesebb képeket tudják a űrteleszkóppal elkészíteni.
Ezzel az űrtávcső „kicsomagolása” hivatalosan is befejeződött!
A Webb kinyílását bemutató videó.
A munka azonban itt még nem ér véget. Az űrteleszkóp ekkor még javában útja felénél fog járni a Nap-Föld L2 pont felé, ahol majd le kell fékeznie, hogy a gravitációs egyensúlyi pont körüli pályára tudjon állni. Ezt 29 nappal a start után fogja véghez vinni, és hajtóművét beindítva 149 másodpercig fogja fékezni magát, hogy egy körülbelül 1 km/s keringési sebességgel rendelkező pályára álljon. Ez után a Webb hivatalosan is megérkezik a célba, Nap-Föld L2 Lagrange-pontba!
A képekre még azonban egy picit tovább kell várnunk. A megérkezést követő 160 napban tovább folytatják majd a Webb tükreinek finomhangolását, a tudományos műszerek fokozatos bekapcsolását és a rendszerek hűtését. 77 nappal a start után beindul a MIRI (Mid-Infrared Instrument) kriohűtője, aminek segítségével 6K-re, vagyis -267°C-ra hűtik a távcső egyik fő műszerét. A többi műszer várhatóan T+120 nap környékén éri el az 50K hőmérsékletet (-223°C). Az első tudományos megfigyelésekre és felvételekre körülbelül 2022 júniusában számíthatunk.
Kép forrása: ESA, magyar grafika: Séra Gábor és Oláh Tamás
A bemutató sorozat további részei:
- A James Webb űrtávcső története
- A James Webb űrtávcső felépítése és főbb technikai adatai
- A James Webb űrtávcső útja a felbocsátástól az első képekig 1. rész
- A James Webb űrtávcső tudományos munkája és ehhez használt műszerei – megjelenés december 24-én
- A JWST építése képekben