Đây là những gì vẫn có thể sai với kính viễn vọng không gian Webb

Kính viễn vọng Webb Space T , sau nhiều năm trì hoãn, cuối cùng cũng đã đến được bệ phóng. Đây là một dịp quan trọng, nhưng đài thiên văn vẫn cần phải trải qua một quá trình vận hành phức tạp và chưa từng có, đòi hỏi sáu tháng căng thẳng để hoàn thành. Có vẻ như phần khó vẫn còn phải đến.

Được phát triển bởi các cơ quan vũ trụ Mỹ, Châu Âu và Canada, và với sự trợ giúp từ các nhà thầu tư nhân như Lockheed Martin, Webb đã được mô tả là “kính thiên văn phức tạp và mạnh mẽ nhất từng được chế tạo”. Với khả năng hồng ngoại của mình, Webb sẽ săn tìm các ngôi sao và thiên hà cổ đại, nghiên cứu sự hình thành của các ngôi sao và hành tinh ngoài, đồng thời tìm kiếm sự sống trong Dải Ngân hà. Kính viễn vọng không gian có tiềm năng biến đổi quan điểm của chúng ta về vũ trụ và hiểu biết của chúng ta về vị trí của chúng ta trong đó theo nghĩa đen và nghĩa bóng.

Sự hào hứng cho sứ mệnh này được nhấn mạnh bởi thực tế là Webb được cho là sẽ đi lên vào năm 2007, nhưng một thiết kế lại lớn liên quan đến tấm chắn nắng của nó , chi phí vượt quá gần gấp đôi báo giá ban đầu, các rào cản kỹ thuật đang diễn ra, thử nghiệm rộng rãi, các vấn đề với sản phẩm đã chọn phương tiện phóng— tạm dừng để lấy hơi — đại dịch covid-19 và các vấn đề trong quá trình xử lý tại Trung tâm vũ trụ Guiana đều âm mưu tạo ra ngày phóng hiện tại là ngày 25 tháng 12 năm 2021 (thời gian cất cánh hiện được lên kế hoạch từ 7:20 đến 7:52 sáng EST vào Giáng sinh D ay).

Có thể nói, công việc nặng nhọc dường như đang ở phía sau chúng ta, nhưng vẫn còn rất nhiều bước trước khi Webb có thể được tuyên bố hoạt động hoàn toàn. Bây giờ, tôi không thể giải thích mọi thứ có thể xảy ra sai sót từ bây giờ cho đến lúc đó, nhưng tôi có thể xem xét một số giai đoạn chính, và thậm chí một số thiết bị công nghệ, có thể tạo ra vấn đề trong sáu tháng tới.

Tuy nhiên, trước khi chúng ta nói về điều đó, tôi muốn nói về tên lửa Ariane 5 sẽ đưa Webb lên vũ trụ. Tên lửa Arianespace siêu đáng tin cậy, nhưng một vấn đề kỹ thuật trước đó khiến tôi hơi lo lắng về vụ phóng sắp tới. Trong hai lần riêng biệt vào năm 2020, tên lửa Ariane 5 đã trải qua những đợt tăng tốc bất ngờ của phương tiện trong quá trình tách đôi. Arianespace kể từ đó đã khắc phục sự cố và mọi thứ có vẻ suôn sẻ, nhưng tôi không thích điều này đã xảy ra. Điều này sẽ khiến tôi thêm một chút lo lắng vào buổi sáng Giáng sinh khi tôi nhâm nhi miếng trứng và xem sự kiện ra mắt.

Bất chấp một sự cố tên lửa thảm khốc (trời cấm), vụ phóng có thể tạo ra những rung động gây tổn hại. Điều đó nói rằng, Webb được thiết kế đặc biệt để chịu được rung lắc dự kiến . Trở lại năm 2016, thử nghiệm rung động cho thấy có vấn đề với dây buộc, hay còn gọi là "cơ chế hạn chế phóng", sẽ giữ các cánh gương của kính thiên văn. Nhiều bài kiểm tra độ rung và âm thanh được thực hiện trên thiết bị nặng 14.300 pound lẽ ra đã loại trừ điều này, trong số các vấn đề tiềm ẩn khác, nhưng chúng ta sẽ không biết cho đến khi Webb cuối cùng lên vũ trụ.

Như Alison Nordt, giám đốc khoa học vũ trụ và thiết bị của Lockheed Martin, đã giải thích trong một email, Webb không chỉ phải sống sót sau khi phóng — nó còn cần phải tồn tại sự ra đời thô lỗ của mình vào không gian.

Nordt cho biết: “Tất nhiên tôi rất hào hứng với sự ra mắt của JWST và tiền đặt cọc chắc chắn rất cao. “Môi trường không gian, bao gồm cả quá trình phóng, thể hiện nhiều khác biệt so với mặt đất — những thứ như tải trọng khi phóng (rung và âm thanh), chân không (thiếu không khí), nhiệt độ khắc nghiệt (đặc biệt đối với Webb sẽ vào khoảng -400 ° F) và không trọng lượng, ”Mà không nhất thiết phải được thử nghiệm trên mặt đất.

Bản thân trình tự phóng nên là một chuyện thường ngày, với tên lửa đẩy bên của Ariane rơi đi vài phút sau khi nổ tung, sau đó là sự ngừng hoạt động của bộ phận tải trọng. Tầng dưới của tên lửa sẽ tiếp tục cung cấp lực đẩy cần thiết, nhưng khi hết nhiên liệu, nó cũng sẽ cần rơi ra xa, để tầng trên tiếp quản. Sau đó, tàu vũ trụ phải thực hiện một loạt các thao tác dao động để ngăn bức xạ mặt trời làm nổ tung một mặt của kính thiên văn hiện đang được chiếu sáng. Tầng trên sẽ được cất cánh khoảng 27 phút sau khi phóng, lúc đó Webb sẽ hoạt động độc lập và tự quản lý.

Việc ra mắt luôn có yếu tố rủi ro, nhưng trong trường hợp này, tất cả những thứ sẽ xảy ra tiếp theo có thể tạo ra những vấn đề lớn nhất. Với nhiều nếp gấp hơn một tác phẩm điêu khắc bằng giấy origami, kính viễn vọng không gian phải mở ra, phát ra một cái ngáp ẩn dụ và mở ra nhiều thành phần của nó.

Tàu vũ trụ sẽ triển khai các tấm pin mặt trời của mình trong khoảng 33 phút thực hiện sứ mệnh "để Webb có thể bắt đầu tạo ra điện từ ánh nắng mặt trời và ngừng tiêu hao pin", như NASA viết trong Webb FAQ . “Webb sẽ nhanh chóng thiết lập khả năng tự định hướng và 'bay' trong không gian." Ăng-ten có độ lợi cao của Webb cũng sẽ được triển khai vào thời điểm này, để “cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao nhất có sẵn càng sớm càng tốt,” theo NASA.

Việc triển khai các mảng năng lượng mặt trời sẽ là một vấn đề nhạy cảm về thời gian, nhưng cũng sẽ là lần điều chỉnh quỹ đạo đầu tiên. Không giống như Hubble, hoạt động ở quỹ đạo Trái đất thấp, Webb sẽ tiến hành hoạt động kinh doanh của mình ở điểm Lagrange thứ hai, hoặc L2. Điểm ngọt ngào này, nằm giữa Trái đất và Mặt trời, có độ ổn định cao, có nghĩa là Webb sẽ không phải sử dụng quá nhiều nhiên liệu để giữ nguyên vị trí. L2 nằm cách Trái đất khoảng 1 triệu dặm (1,5 triệu km), vì vậy Webb sẽ mất cả tháng để đến đó, trong thời gian đó tàu vũ trụ sẽ cần thực hiện một số chỉnh sửa về đường đi. Chiếc đầu tiên, được gọi là MCC-1a, sẽ xảy ra khoảng 12,5 giờ sau khi thực hiện sứ mệnh.

Ngày đầu tiên của Webb trong không gian nghe có vẻ căng thẳng, nhưng những tuần và tháng tiếp theo cũng sẽ liên quan đến một số bước rất quan trọng, bất kỳ bước nào trong số đó có thể gây nguy hiểm cho sứ mệnh , như SpaceNews giải thích :

Quá trình triển khai lớp kính chắn nắng 5 lớp của kính thiên văn sẽ bắt đầu sau 3 ngày kể từ khi phóng. Là một kính thiên văn hồng ngoại, Webb cần tấm chắn này để giảm thiểu khả năng gây nhiễu; kính thiên văn được thiết kế để phát hiện các nguồn nhiệt, vì vậy điều cuối cùng mà các nhà khoa học cần là thu nhiệt từ các thiết bị của chính nó. Trong tuần sau khi ra mắt, "các hoạt động quan trọng nhất sẽ là triển khai tất cả các tấm chắn nắng và căng các lớp", Nordt nói với Gizmodo. “Việc triển khai kính che nắng đang gây ra nhiều cuộc thảo luận nhất một phần vì đây là hệ thống khó nhất để thử nghiệm giống như bạn bay”. Các triển khai khác, như triển khai bộ tản nhiệt của Webb, sẽ diễn ra cùng lúc.

Vào tuần thứ hai, nhóm sẽ hoàn thành các bước triển khai, bao gồm việc mở và chốt giá ba chân gương phụ, xoay và chốt của hai cánh gương chính cũng như mở khóa các đoạn gương chính. Việc triển khai toàn bộ kính thiên văn sẽ được hoàn thành sau 13 ngày kể từ ngày thực hiện sứ mệnh. Tác dụng của tấm che nắng sẽ bắt đầu trở nên rõ ràng vào khoảng thời gian này, với các công cụ khoa học đang được làm mát nhanh chóng.

“Nhóm Webb đã làm mọi thứ có thể để kiểm tra mọi thứ để đảm bảo thành công và tôi biết tất cả chúng ta sẽ dễ thở hơn một chút khi tất cả các triển khai hoàn tất và chúng ta có thể chuyển sang sự liên kết,” Nordt nói.

Cuối tháng đầu tiên sẽ bao gồm một lần điều chỉnh đường cuối cùng (vào ngày 29) và đưa Webb vào quỹ đạo L2 của nó. Thật thú vị, bộ điều khiển sau đó sẽ cung cấp năng lượng cho bốn công cụ khoa học của đài quan sát: Máy ảnh hồng ngoại gần (NIRCam), Máy đo quang phổ hồng ngoại gần (NIRSpec), Dụng cụ hồng ngoại trung bình (MIRI) và Cảm biến hướng dẫn tốt / Máy ảnh hồng ngoại gần và không có khe Máy quang phổ (FGS-NIRISS).

Nordt cho biết: “Sau khi tất cả những lần triển khai đó hoàn tất, bước tiếp theo trong quá trình vận hành là bước mà cá nhân tôi rất hào hứng: bật NIRCam để bắt đầu quá trình căn chỉnh tỉ mỉ của 18 đoạn gương chính,” Nordt nói.

Để bắt đầu quá trình tinh chỉnh gương này, "126 bộ truyền động cực kỳ chính xác ở mặt sau của gương sẽ định vị và uốn cong hoặc uốn cong một cách tinh vi từng gương thành một đơn vị cụ thể, một quá trình sẽ mất hàng tháng", NASA cho biết . Nordt cho biết, NIRCam có thể cảm nhận được sự biến dạng trong ánh sáng tới với độ chính xác cao và dữ liệu này sẽ cho phép nhóm kiểm soát các phân đoạn gương riêng lẻ “dịch, xoay và thay đổi độ cong của chúng cho phù hợp.” Vào cuối quá trình căn chỉnh này, 18 phân đoạn riêng lẻ sẽ đóng vai trò là một bản sao chính duy nhất. "Vì vậy, như bạn có thể tưởng tượng, những phép đo từ NIRCam phải chính xác chính xác để tất cả những điều này hoạt động," Nordt giải thích.

Các đợt kiểm tra quang học ban đầu và căn chỉnh kính thiên văn này sẽ diễn ra trong khoảng thời gian từ tháng thứ hai đến tháng thứ tư. Tháng năm và tháng sáu sẽ bao gồm các hiệu chuẩn cuối cùng và hoàn thành quy trình vận hành thử. Webb sẽ tiến hành quan sát các mục tiêu đại diện để giúp hiệu chỉnh và các cuộc biểu tình ban đầu sẽ kiểm tra khả năng theo dõi các vật thể như tiểu hành tinh, sao chổi và mặt trăng của đài quan sát. Sau đó, nhóm sẽ chuẩn bị một báo cáo sơ bộ, Các Quan sát Phát hành Sớm, để giới thiệu các khả năng của kính thiên văn. Chỉ sau khi điều này được thực hiện thì giai đoạn hoạt động khoa học chính thức mới bắt đầu.

Webb sẽ duy trì hoạt động tối thiểu trong 5 năm, nhưng kỳ vọng là nó sẽ hoạt động ít nhất là 10 và có thể là 12. Trong những năm đó, kính thiên văn sẽ phải thực hiện các động cơ nổ nhẹ để giữ nó ở L2, nhưng nhiên liệu Cần thiết cho những điều chỉnh này cuối cùng sẽ hết, sau thời gian đó, kính thiên văn sẽ trôi đi, kết thúc giai đoạn khoa học của sứ mệnh một cách hiệu quả.

Không có cách nào khả thi để sửa chữa kính thiên văn nếu xảy ra sự cố, và 10 năm có khả năng đột phá khoa học trong việc cân bằng , chúng ta sẽ ngồi trên ghế của mình vào sáng nay Giáng sinh . Thập kỷ tới sẽ là một thập kỷ bận rộn đối với Webb và nhiều nhà thiên văn dự định sử dụng nó. Tuy nhiên, để tất cả những điều này xảy ra, có vẻ như các ngôi sao sẽ cần phải có sự liên kết hoàn hảo.