Inilah Yang Mungkin Masih Salah Dengan Teleskop Luar Angkasa Webb
Teleskop Webb Space Telescope , setelah bertahun-tahun tertunda, akhirnya mencapai landasan peluncuran. Ini adalah peristiwa penting, tetapi observatorium masih harus melalui proses komisioning yang rumit dan belum pernah terjadi sebelumnya yang akan membutuhkan waktu enam bulan yang menegangkan untuk menyelesaikannya. Bagian yang sulit, tampaknya, masih akan datang.
Dikembangkan oleh badan antariksa Amerika, Eropa, dan Kanada, dan dengan bantuan dari kontraktor swasta seperti Lockheed Martin, Webb digambarkan sebagai "teleskop paling kompleks dan kuat yang pernah dibuat". Dengan kemampuan infra merahnya, Webb akan berburu bintang dan galaksi kuno, mempelajari pembentukan bintang dan exoplanet, serta mencari kehidupan di Bima Sakti. Teleskop luar angkasa memiliki potensi untuk secara harfiah dan kiasan mengubah pandangan kita tentang kosmos dan pemahaman kita tentang tempat kita di dalamnya.
Kegembiraan untuk misi ini ditekankan oleh fakta bahwa Webb seharusnya naik pada tahun 2007, tetapi desain ulang utama berkaitan dengan pelindung matahari , pembengkakan biaya yang hampir dua kali lipat dari penawaran aslinya, rintangan teknis yang sedang berlangsung, pengujian ekstensif, masalah dengan yang dipilih. kendaraan peluncuran— jeda untuk menarik napas —pandemi covid-19, dan masalah selama pemrosesan di Guiana Space Center semuanya berkonspirasi untuk membuat tanggal peluncuran saat ini pada 25 Desember 2021 (lepas landas saat ini dijadwalkan antara pukul 7:20 dan 7:52 am EST pada Hari Natal ).
Pengangkatan yang berat, bisa dikatakan, tampaknya sudah berlalu, tetapi masih banyak langkah yang tersisa sebelum Webb dapat dinyatakan beroperasi penuh. Sekarang, saya tidak mungkin menjelaskan semua yang mungkin salah dari sekarang sampai saat itu, tetapi saya dapat membahas beberapa tahapan penting, dan bahkan beberapa gadget teknologi, yang dapat menimbulkan masalah selama enam bulan ke depan.
Namun, sebelum kita membahasnya, saya ingin berbicara tentang roket Ariane 5 yang akan membawa Webb ke luar angkasa. Roket Arianespace sangat andal, tetapi masalah teknis sebelumnya membuat saya sedikit gugup tentang peluncuran yang akan datang. Pada dua kesempatan terpisah di tahun 2020, roket Ariane 5 mengalami akselerasi kendaraan yang tidak terduga selama pemisahan fairing. Arianespace sejak itu memperbaiki masalah ini, dan semuanya tampak baik-baik saja, tetapi saya tidak suka ini terjadi. Ini akan membuat saya sedikit lebih gugup pada pagi Natal saat saya menyeruput eggnog saya dan menonton peluncurannya.
Meskipun kegagalan roket yang dahsyat (surga melarang), peluncuran dapat menghasilkan getaran yang merusak. Yang mengatakan, Webb secara khusus dirancang untuk mentolerir getaran yang diharapkan . Kembali pada tahun 2016, pengujian getaran mengungkapkan masalah dengan pengikatan, atau "mekanisme penahan peluncuran", yang akan menahan sayap cermin teleskop. Banyak tes akustik dan getaran yang dilakukan pada instrumen seberat 14.300 pon seharusnya mengesampingkan hal ini, di antara masalah potensial lainnya, tetapi kita tidak akan tahu sampai Webb akhirnya tiba di luar angkasa.
Seperti yang dijelaskan oleh Alison Nordt, direktur sains dan instrumentasi antariksa Lockheed Martin, dalam sebuah email, Webb tidak hanya harus selamat dari peluncuran—Webb juga harus selamat dari perkenalannya yang kasar ke luar angkasa.
“Saya tentu saja sangat bersemangat untuk peluncuran JWST, dan taruhannya sangat tinggi,” kata Nordt. “Lingkungan luar angkasa, termasuk peluncuran, menyajikan banyak perbedaan dari tanah—hal-hal seperti muatan peluncuran (getaran dan akustik), vakum (kekurangan udara), suhu ekstrem (khususnya untuk Webb yang mencapai -400°F), dan tanpa bobot, ” yang belum tentu bisa diuji di lapangan.
Urutan peluncuran itu sendiri harus menjadi urusan rutin, dengan penguat samping Ariane jatuh beberapa menit setelah ledakan, diikuti dengan membuang fairing muatan. Tahap bawah roket akan terus memberikan daya dorong yang dibutuhkan, tetapi begitu kehabisan bahan bakar, roket juga harus jatuh, membiarkan tingkat atas mengambil alih. Pesawat ruang angkasa kemudian harus melakukan serangkaian manuver osilasi untuk mencegah radiasi matahari meledakkan satu sisi teleskop yang sekarang terbuka. Tahap atas akan dibuang sekitar 27 menit setelah peluncuran, pada saat itu Webb akan mandiri dan berada di bawah kekuatannya sendiri.
Peluncuran selalu melibatkan unsur risiko, tetapi dalam kasus ini, semua hal yang akan terjadi selanjutnyalah yang dapat menimbulkan masalah terbesar. Dengan lebih banyak lipatan daripada patung kertas origami, teleskop ruang angkasa harus terbuka, menguap secara metaforis, dan membentangkan banyak komponennya.
Pesawat ruang angkasa akan menyebarkan panel surya sekitar 33 menit ke dalam misi "sehingga Webb dapat mulai menghasilkan listrik dari sinar matahari dan berhenti menguras baterainya," seperti yang ditulis NASA di Webb FAQ . "Webb akan dengan cepat membangun kemampuannya untuk mengarahkan dirinya sendiri dan 'terbang' di luar angkasa." Antena gain tinggi Webb juga akan digunakan saat ini, untuk "mengaktifkan tingkat komunikasi data tertinggi yang tersedia sedini mungkin," menurut NASA.
Menyebarkan susunan surya akan menjadi urusan yang sensitif terhadap waktu, tetapi demikian juga akan menjadi koreksi lintasan pertama. Berbeda dengan Hubble yang bekerja di orbit rendah Bumi, Webb akan menjalankan bisnisnya di titik Lagrange kedua, atau L2. Sweet spot ini, terletak di antara Bumi dan Matahari, sangat stabil, yang berarti Webb tidak perlu menggunakan bahan bakar dalam jumlah berlebihan untuk tetap di posisinya. L2 terletak sekitar 1 juta mil (1,5 juta km) dari Bumi, jadi Webb membutuhkan waktu sebulan penuh untuk sampai ke sana, selama itu pesawat ruang angkasa perlu melakukan beberapa koreksi arah. Yang pertama, dikenal sebagai MCC-1a, akan terjadi sekitar 12,5 jam setelah misi.
Hari pertama Webb di luar angkasa terdengar intens, tetapi minggu dan bulan berikutnya juga akan melibatkan beberapa langkah yang sangat penting, salah satunya dapat membahayakan misi , seperti yang dijelaskan SpaceNews :
Proses penggelaran pelindung matahari lima lapis teleskop akan dimulai tiga hari setelah peluncuran. Sebagai teleskop infra merah, Webb membutuhkan pelindung ini untuk meminimalkan potensi interferensi; teleskop dirancang untuk mendeteksi sumber panas, jadi hal terakhir yang dibutuhkan para ilmuwan adalah menangkap panas yang berasal dari instrumennya sendiri. Pada minggu setelah peluncuran, "operasi yang paling penting adalah semua penerapan pelindung matahari dan pengencangan lapisan," kata Nordt kepada Gizmodo. “Penyebaran sunshield menyebabkan sebagian besar diskusi karena itu adalah sistem yang paling sulit untuk diuji-seperti-Anda-terbang.” Penyebaran lainnya, seperti peluncuran radiator Webb, akan dilakukan pada waktu yang bersamaan.
Pada minggu kedua, tim harus menyelesaikan pemasangan, termasuk membuka dan mengunci tripod cermin sekunder, memutar dan mengunci dua sayap cermin utama, dan membuka kunci segmen cermin utama. Penerapan penuh teleskop harus diselesaikan sekitar 13 hari setelah misi. Efek dari kerai harus mulai terlihat sekitar waktu ini, dengan instrumen ilmiah mengalami pendinginan yang cepat.
“Tim Webb telah melakukan semua yang mereka bisa untuk menguji semuanya untuk memastikan kesuksesan, dan saya tahu kita semua akan bernafas sedikit lebih mudah setelah semua penerapan selesai dan kita dapat beralih ke penyelarasan,” kata Nordt.
Akhir bulan pertama akan melibatkan satu koreksi jalur terakhir (pada hari ke 29) dan penyisipan Webb ke orbit L2-nya. Menariknya, pengontrol kemudian akan menyalakan empat instrumen ilmiah observatorium: Kamera Inframerah Dekat (NIRCam), Spektrograf Inframerah Dekat (NIRSpec), Instrumen Inframerah Menengah (MIRI), dan Sensor Bimbingan Halus/Pencitra Inframerah Dekat dan Slitless Spektrograf (FGS-NIRISS).
“Setelah semua penerapan tersebut selesai, langkah selanjutnya dalam commissioning adalah langkah yang secara pribadi paling saya sukai: menyalakan NIRCam untuk memulai proses yang cermat dalam menyelaraskan 18 segmen cermin utama,” kata Nordt.
Untuk memulai proses penyempurnaan cermin ini, "126 aktuator yang sangat presisi di bagian belakang cermin akan memposisikan dan secara halus membengkokkan atau melenturkan setiap cermin menjadi resep tertentu, sebuah proses yang akan memakan waktu berbulan-bulan," kata NASA . NIRCam dapat merasakan distorsi dalam cahaya yang masuk dengan sangat presisi, kata Nordt, dan data ini akan memungkinkan tim yang mengendalikan segmen cermin individu untuk "menerjemahkan, memutar, dan mengubah kelengkungannya sesuai." Pada akhir proses penyelarasan ini, 18 segmen individu akan berfungsi sebagai cermin utama tunggal. “Jadi seperti yang bisa Anda bayangkan, pengukuran dari NIRCam harus benar-benar tepat agar semua ini bisa bekerja,” jelas Nordt.
Pemeriksaan optik awal dan penjajaran teleskop ini akan dilakukan selama bulan kedua hingga keempat. Bulan lima dan enam akan melibatkan kalibrasi akhir dan penyelesaian proses komisioning. Webb akan melakukan pengamatan terhadap target perwakilan untuk membantu kalibrasi, dan demonstrasi awal akan menguji kemampuan observatorium untuk melacak objek seperti asteroid, komet, dan bulan. Tim kemudian akan menyiapkan laporan pendahuluan, Early Release Observations, untuk menunjukkan kemampuan teleskop tersebut. Hanya setelah ini selesai, fase operasi sains resmi akan dimulai.
Webb harus tetap berfungsi selama minimal lima tahun, tetapi diharapkan akan bekerja setidaknya selama 10 dan mungkin 12 tahun. Selama tahun-tahun itu, teleskop harus melakukan semburan mesin kecil untuk mempertahankannya di L2, tetapi bahan bakarnya diperlukan untuk penyesuaian ini pada akhirnya akan habis, setelah itu teleskop akan menghilang begitu saja, secara efektif mengakhiri tahap sains dari misi tersebut.
Dengan tidak adanya cara yang layak untuk memperbaiki teleskop jika terjadi kesalahan, dan berpotensi 10 tahun terobosan ilmiah dalam keseimbangan , kita akan berada di tepi kursi kita pagi Natal ini . Dekade berikutnya akan menjadi masa sibuk bagi Webb dan banyak astronom yang berencana menggunakannya. Namun, agar semua ini terjadi, bintang-bintang, tampaknya, harus berada dalam keselarasan yang sempurna.
