นี่คือสิ่งที่ยังคงผิดพลาดได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเวบบ์

ในที่สุด กล้องส่องทางไกล Webb Space T หลังจากความล่าช้าหลายปี ในที่สุดก็ถึงแท่นยิงจรวดขีปนาวุธแล้ว เป็นโอกาสสำคัญ แต่หอดูดาวยังคงต้องผ่านกระบวนการว่าจ้างที่ซับซ้อนและไม่เคยปรากฏมาก่อน ซึ่งต้องใช้เวลาหกเดือนที่น่าปวดหัวจึงจะเสร็จสมบูรณ์ ส่วนที่ยากดูเหมือนจะยังมาไม่ถึง

พัฒนาโดยหน่วยงานด้านอวกาศของอเมริกา ยุโรป และแคนาดา และด้วยความช่วยเหลือจากผู้รับเหมาส่วนตัวเช่น Lockheed Martin Webb ได้รับการอธิบายว่าเป็น "กล้องโทรทรรศน์ที่ซับซ้อนและทรงพลังที่สุดที่เคยสร้างมา" ด้วยความสามารถด้านอินฟราเรด เวบบ์จะล่าสัตว์และกาแลคซีโบราณ ศึกษาการก่อตัวของดาวและดาวเคราะห์นอกระบบ และค้นหาชีวิตในทางช้างเผือก กล้องโทรทรรศน์อวกาศมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงมุมมองของเราเกี่ยวกับจักรวาล และ ความเข้าใจ ของเรา เกี่ยวกับ สถานที่ของเราในนั้นอย่าง แท้จริงและเปรียบเปรย

ความตื่นเต้นสำหรับภารกิจนี้ถูกเน้นโดยข้อเท็จจริงที่ว่า Webb ควรจะขึ้นไปในปี 2007 แต่การออกแบบครั้งสำคัญที่เกี่ยวข้องกับบังแดด ค่าใช้จ่ายที่เกินมาซึ่งเกือบสองเท่าของราคาเดิม อุปสรรคทางเทคนิคอย่างต่อเนื่อง การทดสอบอย่างละเอียด ปัญหาเกี่ยวกับตัวเลือกที่เลือก รถปล่อย— หยุดเพื่อหายใจ — การระบาดใหญ่ของ covid-19 และปัญหา ระหว่างการประมวลผล ที่ Guiana Space Center ล้วนแต่สมคบคิดกันเพื่อสร้างวันเปิดตัวปัจจุบันในวันที่ 25 ธันวาคม 2021 ( ปัจจุบันมีกำหนดการออกบินระหว่าง 7:20 ถึง 7:52 น. am EST ในวันคริสต์มาส D ay)

ดูเหมือนว่าการยกของหนักจะอยู่ข้างหลังเรา แต่ยังมีขั้นตอนอีกมากที่ยังคงอยู่ก่อนที่ Webb จะประกาศให้ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ ตอนนี้ ฉันไม่สามารถอธิบายทุกอย่างที่อาจผิดพลาดได้ตั้งแต่ตอนนี้จนถึงตอนนั้น แต่ฉันสามารถข้ามขั้นตอนสำคัญๆ ไปได้ หรือแม้แต่อุปกรณ์เทคโนโลยีบางอย่าง ที่อาจสร้างปัญหาในอีกหกเดือนข้างหน้า

ก่อนที่เราจะพูดถึงเรื่องนั้น ฉันอยากจะพูดถึงจรวด Ariane 5ที่จะนำ Webb ขึ้นสู่อวกาศ จรวด Arianespace มีความน่าเชื่อถือสูง แต่ปัญหาทางเทคนิคก่อนหน้านี้ทำให้ฉันกังวลเล็กน้อยเกี่ยวกับการเปิดตัวที่จะเกิดขึ้น สองครั้งที่แยกจากกันในปี 2020 จรวด Ariane 5 ประสบกับอัตราเร่งของยานพาหนะที่ไม่คาดคิด ในระหว่างการแยกแฟริ่ง Arianespace ได้แก้ไขปัญหาแล้ว และทุกอย่างดูเหมือนจะดีไป แต่ฉันไม่ชอบที่สิ่งนี้เกิดขึ้น สิ่งนี้จะทำให้ฉันรู้สึกประหม่าเล็กน้อยในเช้าวันคริสต์มาสขณะที่ฉันจิบ Eggnog และดูการเปิดตัว

แม้ว่าจรวดจะล้มเหลวอย่างร้ายแรงก็ตาม (ห้ามจากสวรรค์) การปล่อยตัวอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนที่สร้างความเสียหายได้ ที่กล่าวว่า Webb ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรองรับการสั่นที่คาด หวัง ย้อนกลับไปในปี 2016 การทดสอบการสั่นสะเทือนเผยให้เห็นปัญหาเกี่ยวกับการผูกมัดหรือ "กลไกการยับยั้ง" ที่จะยึดปีกกระจกของกล้องโทรทรรศน์ การทดสอบ เสียงและการสั่นสะเทือนจำนวนมากที่ทำกับเครื่องมือ 14,300 ปอนด์น่าจะตัดสิ่งนี้ออก ท่ามกลางปัญหาอื่นๆ ที่อาจเกิดขึ้น แต่เราไม่รู้จนกว่า Webb จะไปถึงอวกาศในที่สุด

Alison Nordt ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์อวกาศและเครื่องมือวัดของ Lockheed Martin อธิบายในอีเมลว่า Webb ไม่เพียงต้องเอาตัวรอดจากการปล่อยจรวดเท่านั้น แต่ยังต้องเอาตัวรอดจากการแนะนำอย่างหยาบคายสู่อวกาศด้วย

“แน่นอนว่าฉันตื่นเต้นมากสำหรับการเปิดตัว JWST และเดิมพันก็สูงอย่างแน่นอน” Nordt กล่าว “สภาพแวดล้อมในอวกาศ รวมถึงการปล่อยตัว ทำให้เกิดความแตกต่างมากมายจากพื้นดิน—สิ่งต่าง ๆ เช่น แรงส่ง (การสั่นสะเทือนและเสียง), สุญญากาศ (ขาดอากาศ), อุณหภูมิสุดขั้ว (โดยเฉพาะสำหรับเวบบ์ที่จะอยู่ที่ประมาณ - 400 ° F) และความไร้น้ำหนัก ” ซึ่งไม่จำเป็นต้องทดสอบบนพื้นดินเสมอไป

ลำดับการเปิดตัวนั้นควรเป็นงานประจำ โดยที่บูสเตอร์ด้านข้างของ Ariane จะหลุดออกไปหลังจากการระเบิดไม่กี่นาทีหลังจากการระเบิด ตามด้วยการปล่อยแฟริ่งของเพย์โหลด ระยะล่างของจรวดจะยังคงให้แรงขับที่จำเป็นต่อไป แต่เมื่อเชื้อเพลิงหมดแล้ว จรวดจะต้องหลุดออกไปด้วยเช่นกัน ปล่อยให้ชั้นบนเข้ายึดครอง ยานอวกาศจะต้องทำการเคลื่อนตัวเป็นชุดเพื่อป้องกันไม่ให้รังสีดวงอาทิตย์ระเบิดด้านเดียวของกล้องโทรทรรศน์ที่เปิดอยู่ในขณะนี้ เวทีบนจะถูกทิ้งร้างประมาณ 27 นาทีหลังจากการเปิดตัว ซึ่งเวบบ์จะเป็นอิสระและอยู่ภายใต้อำนาจของตัวเอง

การเปิดตัวมักเกี่ยวข้องกับความเสี่ยง แต่ในกรณีนี้ ทุกสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไปอาจสร้างปัญหาที่ใหญ่ที่สุดได้ ด้วยการพับที่มากกว่าประติมากรรมกระดาษพับ กล้องโทรทรรศน์อวกาศจะต้องเปิดออก หาวเชิงเปรียบเทียบ และคลี่ส่วนประกอบต่างๆ ของมันออก

ยานอวกาศจะใช้แผงโซลาร์เซลล์ประมาณ 33 นาทีในภารกิจ "เพื่อให้เว็บบ์สามารถเริ่มผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงแดดและหยุดการระบายแบตเตอรี่" ตามที่ NASA เขียนไว้ในWebb FAQ “เวบบ์จะสร้างความสามารถในการปรับทิศทางตัวเองอย่างรวดเร็วและ 'บิน' ในอวกาศได้” เสาอากาศกำลังสูงของ Webb จะถูกปรับใช้ในเวลานี้เช่นกัน เพื่อ "เปิดใช้งานอัตราการสื่อสารข้อมูลสูงสุดที่มีอยู่ให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้" ตามรายงานของ NASA

การปรับใช้แผงโซลาร์เซลล์จะเป็นเรื่องที่ละเอียดอ่อนเรื่องเวลา แต่ก็จะเป็นการแก้ไขวิถีแรกเช่นกัน Webb จะดำเนินธุรกิจในจุด Lagrange จุดที่สองหรือ L2 ซึ่งแตกต่างจากฮับเบิลซึ่งทำงานในวงโคจรโลกต่ำ จุดที่น่าสนใจซึ่งอยู่ระหว่าง โลกและ ดวงอาทิตย์นี้มีความเสถียรสูง ซึ่งหมายความว่า Webb จะไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงมากเกินไปเพื่อให้อยู่ในตำแหน่ง L2 อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1 ล้านไมล์ (1.5 ล้านกิโลเมตร) ดังนั้น Webb จึงต้องใช้เวลาหนึ่งเดือนเต็มกว่าจะไปถึงที่นั่น ในช่วงเวลานั้นยานอวกาศจะต้องทำการแก้ไขเส้นทางบางอย่าง ครั้งแรกที่เรียกว่า MCC-1a จะเกิดขึ้นประมาณ 12.5 ชั่วโมงในภารกิจ

วันแรกในอวกาศของ Webb ฟังดูเข้มข้น แต่สัปดาห์และเดือนต่อๆ ไปก็จะมีขั้นตอนที่สำคัญบางอย่างเช่นเดียวกัน ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อภารกิจ ตามที่ SpaceNews อธิบาย :

กระบวนการติดตั้งแผงบังแดดห้าชั้นของกล้องโทรทรรศน์จะเริ่มขึ้นสามวันหลังจากการเปิดตัว เนื่องจากเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด เวบบ์จึงต้องการเกราะป้องกันนี้เพื่อลดการรบกวนที่อาจเกิดขึ้น กล้องโทรทรรศน์ถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับแหล่งกำเนิดความร้อน ดังนั้นสิ่งสุดท้ายที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการคือการดึง ความร้อนที่ ออกมาจากเครื่องมือของตัวเอง ในสัปดาห์หลังการเปิดตัว “การดำเนินการที่สำคัญที่สุดคือการติดตั้งแผงบังแดดและการปรับความตึงของเลเยอร์” Nordt กล่าวกับ Gizmodo “การติดตั้งแผงบังแดดทำให้เกิดการสนทนาส่วนใหญ่ ส่วนหนึ่งเพราะมันเป็นระบบที่ยากที่สุดในการทดสอบเหมือนคุณบิน” การปรับใช้อื่นๆ เช่น การเปิดตัวหม้อน้ำของ Webb จะเกิดขึ้นพร้อมกัน

ภายในสัปดาห์ที่ 2 ทีมงานควรจะเสร็จสิ้นการติดตั้งใช้งาน รวมถึงการกางออกและการล็อคขาตั้งกล้องสำรอง การหมุนและการล็อคของปีกกระจกหลักทั้งสอง และการปลดล็อคส่วนกระจกหลัก การใช้งานกล้องโทรทรรศน์แบบเต็ม ควร เสร็จสิ้นภายใน 13 วันในภารกิจ ผลกระทบของม่านบังแดดควรเริ่มปรากฏชัดเจนในช่วงเวลานี้ โดยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์จะเย็นลงอย่างรวดเร็ว

“ทีม Webb ได้ทำทุกอย่างที่ทำได้เพื่อทดสอบทุกอย่างเพื่อให้มั่นใจว่าจะประสบความสำเร็จ และผมรู้ว่าเราทุกคนจะหายใจได้ง่ายขึ้นเล็กน้อยเมื่อการติดตั้งใช้งานทั้งหมดเสร็จสิ้น และเราสามารถเดินหน้าต่อไปได้” Nordt กล่าว

สิ้นเดือนแรกจะเกี่ยวข้องกับการแก้ไขหลักสูตรสุดท้าย (ในวันที่ 29) และการแทรก Webb เข้าไปในวงโคจร L2 ผู้ควบคุมจะเพิ่มพลังให้กับเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ทั้งสี่ของหอดูดาว: กล้องอินฟราเรดใกล้ (NIRCam), อินฟราเรดใกล้สเปกโตรกราฟ (NIRSpec), เครื่องมืออินฟราเรดช่วงกลาง (MIRI) และเซ็นเซอร์คำแนะนำที่ดี/เครื่องสร้างภาพอินฟราเรดใกล้และไร้ช่อง สเปกโตรกราฟ (FGS-NIRISS)

“เมื่อการติดตั้งใช้งานทั้งหมดเสร็จสิ้น ขั้นตอนต่อไปในการว่าจ้างคือสิ่งที่ผมรู้สึกตื่นเต้นมากที่สุดเป็นการส่วนตัว: การเปิด NIRCam เพื่อเริ่มกระบวนการที่พิถีพิถันในการจัดตำแหน่งกระจกเงาหลักทั้ง 18 ส่วน” Nordt กล่าว

ในการเริ่มต้นกระบวนการปรับแต่งกระจกแบบละเอียดนี้ “ตัวกระตุ้นที่แม่นยำที่สุด 126 ตัวที่ด้านหลังของกระจกจะจัดตำแหน่งและงอหรืองอกระจกแต่ละบานอย่างละเอียด ซึ่งเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลาหลายเดือน” NASA กล่าว NIRCam สามารถรับรู้ การบิดเบือนของแสงที่เข้ามาได้อย่างแม่นยำ Nordt กล่าว และข้อมูลนี้จะช่วยให้ทีมงานสามารถควบคุมส่วนกระจกแต่ละส่วนเพื่อ "แปล หมุน และเปลี่ยนความโค้งตามนั้น" เมื่อสิ้นสุดกระบวนการจัดตำแหน่งนี้ 18 ส่วนแต่ละส่วนจะทำหน้าที่เป็นมิเรอร์หลักเดียว “อย่างที่คุณจินตนาการได้ การวัดจาก NIRCam เหล่านั้นต้องถูกต้องทุกประการเพื่อให้ทั้งหมดนี้ใช้งานได้” Nordt อธิบาย

การชำระเงินเบื้องต้นเกี่ยวกับเลนส์และการจัดตำแหน่งกล้องโทรทรรศน์จะเกิดขึ้นในช่วง เดือนสองถึงสี่เดือน เดือนที่ 5 และ 6 จะเกี่ยวข้องกับการสอบเทียบขั้นสุดท้ายและเสร็จสิ้นกระบวนการทดสอบระบบ Webb จะดำเนินการสังเกตการณ์เป้าหมายตัวแทนเพื่อช่วยในการสอบเทียบ และการสาธิตในช่วงต้นจะทดสอบความสามารถของหอดูดาวในการติดตามวัตถุ เช่น ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และดวงจันทร์ จากนั้นทีมงานจะเตรียมรายงานเบื้องต้น คือ Early Release Observations เพื่อแสดงความสามารถของกล้องดูดาว หลังจาก เสร็จสิ้นขั้นตอนการดำเนินการทางวิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการจะเริ่มขึ้น

เวบบ์ควรจะยังคงใช้งานได้อย่างน้อยห้าปี แต่ความคาดหวังก็คือว่ามันจะทำงานอย่างน้อย 10 และ p osssible อย่างน้อย 12 ในช่วงหลายปีที่ผ่านมากล้องโทรทรรศน์จะต้องระเบิดเครื่องยนต์เล็กน้อยเพื่อเก็บไว้ใน L2 แต่เชื้อเพลิง ที่จำเป็นสำหรับการปรับเปลี่ยนเหล่านี้ในที่สุดจะหมด หลังจากนั้นกล้องโทรทรรศน์ก็จะลอยออกไป สิ้นสุดขั้นตอนวิทยาศาสตร์ของภารกิจอย่างมีประสิทธิภาพ

หาก ไม่มีวิธีใดที่จะซ่อมแซมกล้องโทรทรรศน์ได้หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น และอาจถึง 10 ปีของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหม่ในด้านความสมดุล เราจะ ถึงจุดสูงสุดในเช้าวันคริสต์มาส นี้ ทศวรรษหน้าจะเป็นช่วงที่วุ่นวายสำหรับเวบบ์และนักดาราศาสตร์จำนวนมากที่วางแผนจะใช้มัน อย่างไรก็ตาม เพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น ดูเหมือนว่าดวงดาวจะต้องมาอยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์แบบ