5 momentos críticos determinarão o sucesso ou fracasso do Telescópio Espacial James Webb da NASA
Após décadas de desenvolvimento, o sucesso ou o fracasso do Webb da NASA se resume a cinco marcos críticos que estão a apenas alguns dias de distância.
Mostrado durante uma inspeção na sala limpa em Greenbelt, Maryland, o Telescópio Espacial James Webb da NASA está completo. Ele foi transportado, testado, abastecido e preparado para lançamento dentro de um foguete Ariane 5. Em 25 de dezembro de 2021, e por cerca de um mês depois, será submetido ao teste final: lançamento e implantação. (Crédito: NASA/Desiree Stover)
Principais conclusões- O Telescópio Espacial James Webb, de US $ 9 bilhões, da NASA, está 'todos os sistemas prontos' para lançamento em 22 de dezembro de 2021.
- Com tudo em jogo, o lançamento bem-sucedido, a inserção orbital L2 e a implantação do painel solar, protetor solar e espelhos são de missão crítica.
- O grau de sucesso alcançado nessas etapas determinará todo o escopo científico futuro do Webb como observatório.
Em 22 de dezembro de 2021, o Telescópio Espacial James Webb da NASA finalmente será lançado.
James Webb terá sete vezes o poder de captação de luz do Hubble, mas será capaz de ver muito mais longe na porção infravermelha do espectro, revelando essas galáxias existentes ainda mais cedo do que o Hubble poderia ver. Populações de galáxias vistas antes da época da reionização devem ser abundantemente descobertas, inclusive em baixas massas e baixas luminosidades, por James Webb a partir de 2022. ( Crédito : Equipe Científica da NASA/JWST; composto por E. Siegel)
Sucesso significa o observatório espacial mais poderoso da humanidade.
O mesmo objeto, os Pilares da Criação na Nebulosa da Águia, pode ter detalhes muito diferentes revelados dependendo do comprimento de onda da luz usada. Aqui, as vistas da luz visível (L) e do infravermelho próximo (R) são mostradas, ambas obtidas com o Telescópio Espacial Hubble. Capaz de se estender muito mais longe no infravermelho do que o Hubble, James Webb verá detalhes neste (e em outros) objetos que nunca foram vislumbrados antes. ( Crédito : NASA, ESA/Hubble e Hubble Heritage Team)
Falha significa o lixo espacial mais caro da história.
Telescópio Espacial James Webb da NASA, como mostrado durante uma inspeção de luzes apagadas após seu teste final de vibração e acústico, realizado em outubro de 2020. Tendo passado no teste final sem bandeiras vermelhas ou amarelas, o Webb está pronto para o lançamento, mas deve resistir e sobreviver uma série de marcos críticos antes mesmo de começar a coletar dados científicos. ( Crédito : NASA/Chris Gunn)
Esses cinco eventos críticos determinarão seu destino.
Um diagrama aproximado de lançamento e implantação da ordem de operações do Telescópio Espacial James Webb. Dependendo do que acontecer durante a missão, esses horários podem variar significativamente, mas essa é a ordem esperada das etapas mais críticas da implantação inicial. ( Crédito : NASA/Clampin/GSFC)
1.) O lançamento do Ariane 5.
Este lançamento de 2017 de um foguete Ariane 5 espelha o veículo de lançamento do Telescópio Espacial James Webb da NASA. O Ariane 5 teve uma série de mais de 80 sucessos de lançamento consecutivos antes de uma falha parcial em janeiro de 2018. Este lançamento, o 82º sucesso consecutivo antes dessa falha, esperamos oferecer uma prévia do lançamento de James Webb. ( Crédito : ESA-CNES-ARIANESPACE/CSG Vídeo Óptico – OV)
Após 82 sucessos consecutivos, um lançamento de 2018 saiu catastroficamente do curso.
O foguete Ariane 5 tem sido um dos veículos de lançamento mais confiáveis da humanidade, com uma série de 82 lançamentos bem-sucedidos de 2003 a 2018. Essa sequência foi quebrada no início de 2018 e, apesar dos sucessos desde então, ninguém está dando como certo o lançamento bem-sucedido de Webb. ( Crédito : Equipe do Telescópio Espacial NASA/James Webb)
Webb posteriormente queima combustível para correções de curso: o mesmo combustível necessário para as operações do telescópio.
Concepção de um artista (2015) de como será o Telescópio Espacial James Webb quando completo e implantado com sucesso. Observe a proteção solar de cinco camadas protegendo o telescópio do calor do Sol, e os espelhos primários (segmentados) e secundários (retidos pelas treliças) totalmente implantados. O mesmo combustível usado para manobrar o Webb no espaço será necessário para apontá-lo para seus alvos e mantê-lo em órbita ao redor de L2. ( Crédito : Northrop Grumman)
Sem uma chegada de ponto L2 Lagrange, Webb será totalmente inútil.
Assumindo um lançamento e implantação bem-sucedidos, o Webb entrará em órbita ao redor do ponto L2 Lagrange, onde esfriará, ligará seus instrumentos, calibrará tudo e iniciará as operações científicas. Tudo depende de seu sucesso chegar lá. ( Crédito : ESTA)
2.) Separação e implantação de painéis solares.
30 minutos após a decolagem, ocorrerá a separação final do Telescópio Espacial James Webb do último estágio do veículo de lançamento. Apenas ~ 3 minutos depois, o painel solar planejará a implantação. Se isso ocorrer com sucesso, a espaçonave reunirá a energia necessária para todas as operações futuras. Se falhar, a missão terminará prematuramente: em fracasso. ( Crédito :ESA/D. Ducros)
Ocorrendo ~30 minutos após o lançamento, a implantação do painel solar é obrigatória.
30 minutos após o lançamento, a espaçonave se separará do estágio final do veículo lançador. Apenas 3 minutos depois, o painel solar deve ser implantado. Se a implantação falhar, a bateria do Webb durará apenas algumas horas antes que o telescópio fique totalmente sem energia. ( Crédito : Equipe do Telescópio Espacial NASA/James Webb.)
Uma implantação malsucedida causará falha de energia após poucas horas, encerrando a vida do Webb prematuramente.
Todas as cinco camadas do pára-sol devem ser devidamente implantadas e tensionadas ao longo de seus suportes. Cada grampo deve soltar; cada camada não deve prender, prender ou rasgar; tudo deve funcionar. Caso contrário, o telescópio não esfriará adequadamente e será inútil para observações infravermelhas: seu objetivo principal. Aqui é mostrado o protótipo do protetor solar, um componente de escala de um terço. ( Crédito : Alex Evers/Northrop Grumman)
3.) Implantação completa do protetor solar.
Para implantar a proteção solar, os paletes de proteção solar traseiro e dianteiro, bem como outras estruturas de suporte e proteção, devem primeiro sair e implantar corretamente. Só então, uma vez que a configuração adequada esteja no lugar, a proteção solar pode sair e ser tensionada. ( Crédito : Northrop Grumman)
Após a implantação das estruturas de suporte e do conjunto da torre, um cumulativo de 178 liberações de proteção solar deve disparar.
O processo de tensionar e desenrolar o protetor solar de 5 camadas a bordo do Telescópio Espacial James Webb da NASA é mostrado aqui. Se as estruturas de suporte falharem, se o pára-sol travar ou se prender, ou se todos os 178 lançamentos que devem ocorrer não forem bem-sucedidos, a missão poderá ser uma perda total. ( Crédito : Equipe do Telescópio Espacial NASA/James Webb.)
Se falhar, ou se o tensionamento travar ou prender, o telescópio não esfriará: uma perda catastrófica.
Durante um teste ambiental de 2018 do elemento da espaçonave, alguns parafusos e arruelas saíram do ônibus e do pára-sol: uma falha que exigia correção. A partir da última e última rodada de testes acústicos e de vibração, esse problema parece ter sido corrigido com sucesso, enquanto nenhum outro comparável surgiu. Isso é essencial, pois se o pára-sol ou os espelhos não forem implantados corretamente, a missão poderá ser uma perda total. ( Crédito : NASA/Chris Gunn)
4.) Implantações de espelho.
Os 18 espelhos segmentados devem se desdobrar, implantar e formar uma única superfície calibrada com uma precisão posicional de ~ 20 nanômetros, enquanto o espelho secundário deve focar essa luz precisamente nos instrumentos. Qualquer falha aqui seria desastrosa para o telescópio. ( Crédito : Equipe do Telescópio Espacial NASA/James Webb)
O espelho primário deve ser implantado, criando uma superfície única e lisa com precisão de ~ 20 nanômetros.
A sequência de implantação do espelho secundário é mostrada nesta imagem de lapso de tempo. Ele deve estar localizado precisamente a menos de 24 pés, ou pouco mais de 7 metros, do espelho primário. As estruturas de apoio não devem falhar. ( Crédito : Equipe do Telescópio Espacial NASA/James Webb)
O espelho secundário focaliza a luz acumulada; qualquer desalinhamento é ruinoso.
Quando todas as óticas estiverem devidamente implantadas, James Webb deverá ser capaz de visualizar qualquer objeto além da órbita da Terra no cosmos com uma precisão sem precedentes, com seus espelhos primários e secundários focando a luz nos instrumentos, onde os dados podem ser obtidos, reduzidos e enviados. de volta à Terra. ( Crédito : Equipe do Telescópio Espacial NASA/James Webb)
5.) Inserção orbital L2.
Cada planeta que orbita uma estrela tem cinco locais ao seu redor, pontos de Lagrange, que co-orbitam. Um objeto localizado precisamente em L1, L2, L3, L4 ou L5 continuará a orbitar o Sol com precisamente o mesmo período que a Terra, o que significa que a distância Terra-nave espacial será constante. L1, L2 e L3 são pontos de equilíbrio instáveis, exigindo correções periódicas de curso para manter a posição de uma espaçonave ali, enquanto L4 e L5 são estáveis. Webb está indo para L2 e deve sempre ficar de costas para o Sol para fins de resfriamento. ( Crédito : NASA)
29 dias após o lançamento, os propulsores do Webb disparam, entrando em órbita em torno de L2: seu destino final.
Se essas cinco etapas de missão crítica forem bem-sucedidas, as operações de calibração e ciência começarão.
Uma parte do Hubble eXtreme Deep Field que foi fotografada por 23 dias no total, em contraste com a visão simulada esperada por James Webb no infravermelho. Com o campo COSMOS-Webb esperado para chegar a 0,6 graus quadrados, ele deve revelar aproximadamente 500.000 galáxias no infravermelho próximo, revelando detalhes que nenhum observatório até o momento conseguiu ver. ( Crédito : Equipe NASA/ESA e Hubble/HUDF; colaboração JADES para a simulação NIRCam)
Apenas o combustível limita a vida útil operacional do Webb.
Embora não tenha sido projetado para manutenção, continua sendo tecnicamente possível que uma espaçonave robótica encontre e atraque com James Webb para reabastecê-la. Se essa tecnologia puder ser desenvolvida e lançada antes que o Webb fique sem combustível, poderá prolongar a vida útil do Webb em aproximadamente 15 anos. ( Crédito : NASA)
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