Het is een lange en bochtige weg geweest om de James Webb-ruimtetelescoop van concept tot realiteit te krijgen. En eindelijk, na tientallen jaren van planning, werk, vertragingen en kostenoverschrijdingen, is de volgende generatie ruimtetelescopen eindelijk klaar om gelanceerd te worden. Maar zelfs nu de telescoop in het geheim per vrachtschip naar de lanceerlocatie van het European Space Agency (ESA) in Frans-Guyana reist, weet iedereen die bij het JWST-project betrokken is dat een succesvolle lancering niet de uiteindelijke overwinning is.
In werkelijkheid begint na de lancering het echte nagelbijten. Terwijl de Mars rover-teams ondergaan “Zeven Minuten van Terreur” om hun ruimtevaartuig op de Rode Planeet te laten landen, zullen de JWST-teams meer dan 30 dagen ondraaglijke, slow-motion terreur hebben terwijl de telescoop begint aan zijn maandlange dag, 1,5 miljoen kilometer (miljoen mijl) reis naar het tweede Lagrangepunt (L2).
En al die tijd zal JWST zich ontvouwen tot de gewenste configuratie, met meer dan 40 grote implementaties van verschillende systemen, waarbij honderden actuatoren nodig zijn om mechanismen af te vuren en vast te houden, samen met kabels om af te spoelen, verbindingen om te werken en elektrische systemen om te activeren .
Alles moet perfect werken tijdens de 30 opeenvolgende dagen van make-or-break voor de missie, die allemaal plaatsvinden in de onverzettelijke omgeving van de ruimte, met de telescoop alleen. Er zijn niet alleen 30 dagen van terreur, er kunnen ook 30 slapeloze nachten zijn voor alle betrokkenen.
Artist conceptie van de James Webb Space TEnlescoop. Krediet: NASA
Het begint natuurlijk allemaal met de lancering, een schrik op zich.
'We plaatsen deze ongelooflijk kostbare hulpbron bovenop een gecontroleerde explosie', zegt Heidi Hammel, een interdisciplinaire wetenschapper en vice-president van de Association of Universities for Research in Astronomy. “Het is beangstigend, maar raketwetenschap is wat het is. Het zal een enorme zucht van verlichting zijn om een succesvolle lancering te hebben.”
Als alles goed gaat, begint de opwinding/terreur van de inzet ongeveer 30 minuten na de vlucht. De Ariane 5-raket zal ongeveer 26 minuten stuwkracht leveren en JWST ongeveer 10.400 kilometer op zijn reis sturen. Na de afsluiting van de tweede trap zal Webb de loskoppeling scheiden van de tweede trap van de Ariane 5.
'Hierdoor worden de zonnepanelen 30 minuten na de lancering geactiveerd', zegt Massimo Stiavelli, hoofd van het missiekantoor van Webb bij het Space Telescope Science Institute (STScI). “Dit is van cruciaal belang omdat we stroom nodig hebben. Maar dit is slechts de eerste van een aantal belangrijke implementaties op weg naar L2.”
Het volgende evenement houdt Stiavelli 's nachts wakker. Terwijl de Ariane JWST op een directe route naar L2 zet, zonder eerst om de aarde te draaien, zorgt een belangrijke boegschroef ervoor dat de telescoop precies in de goede richting wordt gestuurd.
'We moeten de raketmotor van het observatorium aanzetten om ons naar de gewenste baan van L2 te sturen', zei hij. “De Mid Course Correction 1 (MCC1) zou ongeveer 12,5 uur na de lancering kunnen plaatsvinden. Dit is de belangrijkste verbranding van de missie.”
'JWST moet in de baan om L2 gaan, zo is de missie ontworpen', zei Hammel. 'Als de stuwraketten niet vuren om ons daar te krijgen, daar gaat de missie.'
Na het afvuren van de boegschroef is een ander belangrijk moment, het vrijgeven en inzetten van de high-gain antenne voor communicatie met de telescoop, en voor het terugsturen van de allerbelangrijkste wetenschappelijke gegevens naar de aarde.
Binnen Webb's eerste week in de ruimte zal een tweede baancorrectiemanoeuvre plaatsvinden, en dan komt een reeks van grote implementaties met bijna 200 actuatoren die nodig zijn om te werken, gewoon om voor te bereiden op het ontvouwen van JWST's zonnescherm. Dit omvat het uitschuiven van gieken en het vrijgeven en inzetten van radiatoren.
Tijdens een test hebben ingenieurs en technici alle vijf de lagen van het James Webb Space Telescopes-zonnescherm volledig ingezet. Afbeelding tegoed: NASA/Chris Gunn
Hier begint het echte nagelbijten. Het zonnescherm ter grootte van een tennisbaan zelf heeft meer dan 150 ontgrendelingsmechanismen nodig om correct te vuren in de loop van drie dagen.
'Het aantal niet-ontplofte actuatoren kan je een beetje hoofdpijn bezorgen, omdat ze allemaal moeten werken', zegt Helmut Jenkner, een oude wetenschapper bij STScI. 'Bij een betrouwbaarheid van zelfs meer dan 99,9%, als je dat vermenigvuldigt met het aantal actuatoren, krijg je een behoorlijk huiveringwekkend aantal.'
De gecompliceerde plaatsing van de zonnekap omvat ongeveer 7.000 onderdelen, waaronder 400 katrollen, talrijke kabels en acht motoren. Maar de plaatsing van het zonnescherm is cruciaal om de telescoop te beschermen tegen warmte of licht van de zon, aarde en maan, om de infraroodcomponenten van de telescoop zo koud mogelijk te houden. Hierdoor kan JWST de vage handtekeningen van verre objecten in het universum detecteren. De telescoop en wetenschappelijke instrumenten beginnen snel af te koelen in de schaduw van het zonnescherm, maar het zal enkele weken duren voordat ze helemaal zijn afgekoeld en stabiele temperaturen hebben bereikt.
In de tweede week na de lancering begint de telescoop vorm te krijgen, eerst met de plaatsing van de secundaire spiegel. Dan komt het grote moment, wanneer JWST's 6.5 primaire spiegel zich begint te ontvouwen. De 18 vergulde berylliumsegmenten zullen zich ontvouwen, te beginnen met de zijvleugels. Vervolgens zullen 132 kleine actuatoren elk van de spiegelsegmenten in een micron-precieze uitlijning duwen of trekken, waardoor de primaire spiegel in focus komt. Nogmaals, alles moet perfect werken.
Hoewel de eerste maand het meest spannende deel van de implementatie is, duurt het zes maanden voordat alle instrumenten zijn ingeschakeld, gekalibreerd en in gebruik genomen. Alleen dan zullen wetenschappers het 'eerste licht' van de telescoop zien.
'Er zijn talloze manieren waarop dingen fout kunnen gaan', gaf Hammel toe. “Maar in de afgelopen 20 jaar en vooral in de afgelopen 5 jaar hebben we deze telescoop en alle systemen op elke denkbare manier getest: schudden, thermisch fietsen, onder druk nul zetten. We hebben het echt geoefend om alle kleine dingen te ontdekken die mis kunnen gaan, en ervoor te zorgen dat we er alles aan hebben gedaan om een succesvolle missie te garanderen.'
Lees meer over JWST op: deze NASA-website , of bij de STScI website.