Aqui está o que ainda pode dar errado com o telescópio espacial Webb

O Telescópio Espacial Webb , após anos de atrasos, finalmente chegou à plataforma de lançamento. É uma ocasião importante, mas o observatório ainda precisa passar por um processo de comissionamento complexo e sem precedentes, que exigirá seis meses estressantes para ser concluído. A parte difícil, ao que parece, ainda está por vir.

Desenvolvido pelas agências espaciais americanas, européias e canadenses e com a ajuda de empreiteiros privados como a Lockheed Martin, o Webb foi descrito como o “telescópio mais complexo e poderoso já construído”. Com suas capacidades infravermelhas, o Webb caçará estrelas e galáxias antigas, estudará a formação de estrelas e exoplanetas e procurará vida na Via Láctea. O telescópio espacial tem o potencial de transformar literal e figurativamente nossa visão do cosmos e nossa compreensão de nosso lugar nele.

A empolgação por esta missão é acentuada pelo fato de que o Webb deveria subir em 2007, mas uma grande reformulação relacionada ao protetor solar , custos excedentes que quase dobraram a cotação original, obstáculos técnicos em andamento, testes extensivos, problemas com o escolhido veículo de lançamento - pausa para recuperar o fôlego - a pandemia de covid-19 e problemas durante o processamento no Centro Espacial da Guiana conspiraram para criar a data de lançamento atual de 25 de dezembro de 2021 (a decolagem está programada para entre 7h20 e 7h52 am EST no dia de Natal ).

O trabalho pesado, por assim dizer, parece ter ficado para trás, mas ainda faltam muitos passos antes que o Webb possa ser declarado totalmente operacional. Agora, não posso explicar tudo o que poderia dar errado de agora até então, mas posso repassar alguns estágios-chave e até mesmo algumas engenhocas tecnológicas que podem criar problemas nos próximos seis meses.

Antes de chegarmos a isso, porém, quero falar sobre o foguete Ariane 5 que levará Webb ao espaço. O foguete Arianespace é super confiável, mas um problema técnico anterior está me deixando um pouco nervoso com o próximo lançamento. Em duas ocasiões distintas em 2020, o foguete Ariane 5 experimentou acelerações inesperadas do veículo durante a separação da carenagem. Desde então, a Arianespace corrigiu o problema e tudo parece estar bem, mas não adorei que isso tenha acontecido. Isso vai me deixar um pouco mais nervoso na manhã de Natal enquanto tomo minha gemada e assisto ao lançamento.

Apesar de uma falha catastrófica do foguete (Deus me livre), o lançamento poderia produzir vibrações prejudiciais. Dito isso, o Webb foi projetado especificamente para tolerar o tremor esperado . Em 2016, testes de vibração revelaram um problema com as amarras, ou “mecanismos de restrição de lançamento”, que seguram as asas espelhadas do telescópio. Os muitos testes acústicos e de vibração feitos no instrumento de 14.300 libras deveriam ter descartado isso, entre outros problemas potenciais, mas não saberemos até que Webb finalmente chegue ao espaço.

Como Alison Nordt, diretora de ciência espacial e instrumentação da Lockheed Martin, explicou em um e-mail, o Webb não precisa apenas sobreviver ao lançamento - ele também precisa sobreviver à sua rude introdução ao espaço.

“É claro que estou muito empolgado com o lançamento do JWST, e as apostas são definitivamente altas”, disse Nordt. “O ambiente espacial, incluindo o lançamento, apresenta muitas diferenças em relação ao solo – coisas como cargas de lançamento (vibração e acústica), vácuo (falta de ar), temperaturas extremas (especialmente para Webb chegando a -400°F) e ausência de peso, ” que não pode necessariamente ser testado no solo.

A sequência de lançamento em si deve ser um assunto de rotina, com os propulsores laterais do Ariane caindo alguns minutos após a decolagem, seguido pelo alijamento da carenagem de carga útil. O estágio inferior do foguete continuará a fornecer o impulso necessário, mas, uma vez sem combustível, ele também precisará cair, permitindo que o estágio superior assuma o controle. A espaçonave deve então realizar uma série de manobras de oscilação para evitar que a radiação solar atinja um único lado do telescópio agora exposto. O estágio superior será descartado cerca de 27 minutos após o lançamento, quando o Webb será independente e terá seu próprio poder.

Os lançamentos sempre envolvem um elemento de risco, mas, neste caso, são todas as coisas que acontecerão a seguir que podem criar os maiores problemas. Com mais dobras do que uma escultura de papel de origami, o telescópio espacial deve se abrir, dar um bocejo metafórico e desenrolar seus vários componentes.

A espaçonave implantará seus painéis solares por volta de 33 minutos após o início da missão “para que o Webb possa começar a produzir eletricidade a partir da luz do sol e parar de esgotar sua bateria”, como escreve a NASA no Webb FAQ . “O Webb estabelecerá rapidamente sua capacidade de se orientar e ‘voar’ no espaço.” A antena de alto ganho do Webb também será implantada neste momento, a fim de “permitir as mais altas taxas disponíveis de comunicação de dados o mais cedo possível”, de acordo com a NASA.

A implantação dos painéis solares será um assunto sensível ao tempo, mas também será a primeira correção de trajetória. Ao contrário do Hubble, que funciona na órbita baixa da Terra, o Webb conduzirá seus negócios no segundo ponto de Lagrange, ou L2. Este ponto ideal, situado entre a Terra e o Sol, é altamente estável, o que significa que o Webb não terá que usar uma quantidade excessiva de combustível para se manter na posição. O L2 está localizado a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra, portanto Webb levará um mês inteiro para chegar lá, período durante o qual a espaçonave precisará fazer algumas correções de curso. O primeiro, conhecido como MCC-1a, acontecerá cerca de 12,5 horas após o início da missão.

O primeiro dia de Webb no espaço parece intenso, mas as semanas e meses seguintes também envolverão algumas etapas muito importantes, qualquer uma das quais pode comprometer a missão , como explica o SpaceNews :

O processo de implantação do protetor solar de cinco camadas do telescópio começará três dias após o lançamento. Sendo um telescópio infravermelho, o Webb precisa desse escudo para minimizar possíveis interferências; o telescópio é projetado para detectar fontes de calor, então a última coisa que os cientistas precisam é captar o calor vindo de seus próprios instrumentos. Na semana seguinte ao lançamento, “as operações mais críticas serão todas as implantações de proteção solar e tensionamento das camadas”, disse Nordt ao Gizmodo. “A implantação do protetor solar está causando mais discussão em parte porque foi o sistema mais difícil de testar como você voa”. Outras implantações, como a implantação dos radiadores do Webb, ocorrerão ao mesmo tempo.

Na segunda semana, a equipe deve estar finalizando as implantações, incluindo o desdobramento e travamento do tripé do espelho secundário, a rotação e travamento das duas asas do espelho primário e o desbloqueio dos segmentos do espelho primário. A implantação completa do telescópio deve ser concluída em cerca de 13 dias após o início da missão. Os efeitos do guarda-sol devem começar a ficar aparentes por volta dessa época, com os instrumentos científicos em rápido resfriamento.

“A equipe Webb fez tudo o que pôde para testar tudo para garantir o sucesso, e sei que todos respiraremos um pouco mais tranquilos quando todas as implantações estiverem concluídas e pudermos passar para os alinhamentos”, disse Nordt.

O final do primeiro mês envolverá uma correção final de curso (no dia 29) e a inserção de Webb em sua órbita L2. De forma empolgante, os controladores ativarão os quatro instrumentos científicos do observatório: a câmera de infravermelho próximo (NIRCam), o espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec), o instrumento de infravermelho médio (MIRI) e o sensor de orientação fina/imagem de infravermelho próximo e sem fenda Espectrógrafo (FGS-NIRISS).

“Depois que todas essas implantações estiverem concluídas, o próximo passo no comissionamento é aquele pelo qual estou pessoalmente mais animado: ligar a NIRCam para iniciar o processo meticuloso de alinhar os 18 segmentos de espelho primários”, disse Nordt.

Para iniciar esse processo de ajuste fino dos espelhos, “126 atuadores extremamente precisos na parte de trás dos espelhos irão posicionar e sutilmente dobrar ou flexionar cada espelho em uma prescrição específica, um processo que levará meses”, diz a NASA . A NIRCam pode detectar distorções na luz recebida com grande precisão, disse Nordt, e esses dados permitirão que a equipe no controle dos segmentos individuais do espelho “translate, gire e altere sua curvatura de acordo”. Ao final desse processo de alinhamento, os 18 segmentos individuais servirão como um único espelho primário. “Como você pode imaginar, essas medições da NIRCam precisam estar exatamente corretas para que tudo isso funcione”, explicou Nordt.

Essas verificações iniciais de óptica e alinhamentos de telescópio acontecerão durante os meses dois a quatro. Os meses cinco e seis envolverão as calibrações finais e a conclusão do processo de comissionamento. O Webb realizará observações de alvos representativos para ajudar nas calibrações, e as primeiras demonstrações testarão a capacidade do observatório de rastrear objetos como asteróides, cometas e luas. A equipe então preparará um relatório preliminar, as Observações de Lançamento Antecipado, para mostrar as habilidades do telescópio. Só depois disso é que se inicia a fase de operações científicas oficiais.

O Webb deve permanecer funcional por no mínimo cinco anos, mas a expectativa é que funcione por pelo menos 10 e possivelmente 12. Ao longo desses anos, o telescópio terá que realizar leves rajadas de motor para mantê-lo em L2, mas o combustível necessários para esses ajustes acabarão por se esgotar, após o que o telescópio simplesmente se afastará, encerrando efetivamente o estágio científico da missão.

Sem nenhuma maneira viável de consertar o telescópio caso algo dê errado, e potencialmente 10 anos de descobertas científicas em jogo , estaremos na ponta dos nossos assentos nesta manhã de Natal . A próxima década será movimentada para Webb e muitos astrônomos que planejam usá-lo. Para que tudo isso aconteça, no entanto, as estrelas, ao que parece, precisarão entrar em alinhamento perfeito.