스페이스 클럽 웹의 운명은 고위험 선쉐이드, 미러 배포에 달려 있습니다.

[인공위성]

CBS 뉴스를 위해 작성된 이야기와 허가와 함께 사용

빅뱅 이후 몇 억 년 동안 우주의 암흑 시대가 끝날 때 빛나기 시작한 첫 번째 별과 은하의 희미한 빛을 보고 싶다면 큰 망원경이 필요합니다. 하지만 단지 어떤 큰 망원경.

당신은 거의 140 억 년 동안 공간 자체의 확장에 의해 뻗어 된 빛을 감지, 그 지나간 시대의 매우 희미한 적외선 흔적을 등록하기 위해 절대 0 보다 몇 도 에서 작동해야 할 공간에 넣어해야합니다.

이를 위해 천문대에 수십 개의 풀리를 통해 라우팅된 수십 개의 모터 구동 스테인리스 스틸 케이블로 구성된 5개의 멤브레인으로 구성된 테니스 코트 크기의 연 모양의 선쉐이드를 장착해야 합니다.

거대한 온도 그라데이션에서 모양과 크기를 유지하는 천문대 구조의 재료를 선택해야 합니다.

그런 다음 로켓의 공관으로 밀집하고 100만 마일을 우주로 발사할 수 있도록 모든 것을 접을 수 있어야 하며, 발사의 진동과 귀 분할 소리가 중요한 구성 요소를 제거하지 않기를 바라며, 광학을 나노미터 정밀도에 맞추고 미약한 빛을 날카로운 초점에 가져다 줄 수 있기를 바랍니다.

31세의 허블의 후계자인 98억 달러 규모의 제임스 웹 우주 망원경이 직면한 크리스마스 휴가 도전입니다. 그것은 지금까지 가장 민감하고 기술적으로 도전적이며 비용이 많이 드는 과학 위성입니다.

유럽 우주국이 제공한 아리안 5 로켓 꼭대기에 보호 코 콘 안에 캡슐화된 우주선은 목요일 프랑스 령 기아나 쿠루의 발사대에 굴려 있었다. 출시는 7시 20분.m. EST 크리스마스, 날씨가 허락하는 것을 목표로 합니다.

일단, 망원경이 첨단 종이 접기처럼 전개하는 데 한 달이 걸릴 것입니다, 태양 배열을 배포, 안테나, 라디에이터, 분할 된 기본 거울, 보조 거울과 성공에 매우 필수적인 복잡하고 깨지기 쉬운 선쉐이드.

망원경이 절대 0에 가까운 느린 냉각을 계속하고 또 다른 3 개월 정도 웹의 악기를 체크 아웃하고 보정하는 동안 그 이상 또 다른 두 달은 신중하게 광학을 정렬해야합니다.

그리고 20년이 넘게 처음 제안된 지 20년이 넘었으며, 일정보다 몇 년 뒤, 수십억 달러의 예산이 지난 JWST는 마침내 전 세계 수천 명의 엔지니어와 천문학자의 희망과 꿈을 담은 높은 국경에서 중심무대를 차지할 준비가 되어 있습니다.

"이것은 고위험및 아주 높은 보수 프로그램입니다," NASA 부국장 팸 Melroy, 전 우주 왕복선 사령관을 말했습니다. "우리는 웹을 성공으로 만들기 위해 생각할 수 있는 모든 일을 다했습니다. 그리고 이제 우리는 그냥 그것을 갈 필요가있다."

가장 오래된 별빛을 찾고 있습니다.

우주 왕복선 우주비행사들이 서비스 콜을 할 수 있는 저지구 궤도에 배치된 허블과 달리 JWST는 태양, 지구, 달의 중력이 균형을 맞추고 있는 달 의 반대편에 있는 라그랑거리 2로 향하여 망원경이 최소한의 추진제와 함께 제자리에 남을 수 있도록 합니다.

우주 유영 수리공의 손이 닿지 않는 L2는 웹이 소위 암흑 시대의 끝까지 시간을 거슬러 내려야하는 서사시 탐구를 위해 진정할 수있는 이상적인 장소를 제공합니다.

JWST의 기술 프로젝트 매니저인 폴 기스너(Paul Geithner)는 "적외선 망원경입니다. "처음에 구상된 주된 이유는 우주의 암흑 시대의 종말을 보는 것이었습니다. 그리고 그 시대의 물체를 보고 싶다면, 자외선과 그들이 오래 전에 방출한 가시광선은 적외선 스펙트럼으로 모든 방법을 이동했습니다.

"적외선은 열 복사입니다. 따라서 적외선 망원경이 절묘하게 민감하기를 원한다면 먼저 우주에 넣는 것 외에도 (그리고) 공간에 넣는 것 외에도 자체 열 방출로 눈이 멀지 않도록 매우 추워야합니다."

L2에서 작동하는 JWST는 지구 근처의 적외선 배경과 태양계의 적도 평면의 먼지에서 산발되고 재방출된 적외선에 의해 영향을 덜 받습니다. "우리는 60켈빈보다 추워야 우리 자신의 온도에 의해 제한되지 않도록 해야 합니다." 가이스너가 말했다.

우주선 버스와 선쉐이드의 바닥층인 JWST의 뜨거운 면은 화씨 230도에 달하는 온도를 경험하게 됩니다. 어두운 면에서는 태양음영의 다섯 번째와 최상위 층을 넘어 기온이 영하 390도에 가깝습니다.

프로젝트 매니저 빌 오크스(Bill Ochs)는 인터뷰에서 "이는 태양 방패에 있는 이 다섯 층(그리고) 각 층이 인간의 머리카락의 두께에 관한 것입니다" 라고 말했습니다.

이륙 후 30분 후 JWST는 아리안 5의 상층부와 분리됩니다. 잠시 후, 천문대의 태양 열배열은 선상 배터리 재충전을 시작하기 위해 배치되며, 그 후 12시간 후에는 추진기 발사가 L2로 궤도를 미세 조정할 계획입니다.

크리스마스 다음 날 달의 궤도를 통과, JWST는 높은 이득 안테나를 배포하고 지구로 목표로, 비행 컨트롤러에게 고속 데이터 링크를 제공.

출시 3일 후, 수납된 선쉐이드 멤브레인을 들고 있는 두 개의 팔레트가 펼쳐지며, 광학 망원경 원소 통합 과학 기기 모듈 또는 OTIS의 양쪽에 놓이게 됩니다. OTIS는 탄소 복합 프레임워크에 장착된 실제 망원경, 거울 및 계측기입니다.

필요한 작동 온도를 달성하기 위해 망원경 "배포 가능한 타워 조립"은 OTIS를 우주선의 지원 섹션에서 48인치 떨어진 곳에 이동하거나 상대적으로 따뜻한 통신, 열 제어 및 컴퓨터 장비를 수용하는 버스와 전망대의 추진 및 전력 시스템을 제공합니다.

100만 SPF 선쉐이드 배포

DTA가 확장되면 선쉐이드의 5개의 Kapton 멤브레인을 만들기 또는 브레이크 배치할 수 있는 무대가 설정됩니다.

"태양 열배열 전개, 높은 이득 안테나 짐벌 배포 및 작업은 우주선에 표준 물건의 종류이며, 그 드문,"가이스너는 말했다. "그리고 우리는 망원경을 버스와 분리하여 기계적, 열적으로 분리하기 위해 이 탑을 배치해야 합니다. 그것은 조금 새로운, 하지만 그것은 매우 간단한 볼 나사 메커니즘.

"하지만 태양 방패는 단일 지점 오류의 많은 존재 하기 때문에 배포 위험의 너무 많은 존재 하는 곳. 그리고 그것은 단지 복잡합니다."

선쉐이드 팔레트가 이미 배치되고 확장 된 광학 조립의 후유서를 사용하면 발사 구속이 해제되고 보호 커버가 접힌 선쉐이드 멤브레인의 양쪽으로 롤백됩니다. 팔레트에 직각에서 두 개의 중간 붐이 확장되고 모터 구동 케이블은 수납 된 멤브레인을 연 모양으로 끌어 냅니다.

5층 선실드는 캘리포니아노스롭 그루먼 공장에서 지상 테스트를 하는 동안 제임스 웹 우주 망원경에 긴장감을 더합니다. 신용: NASA/크리스 건

케이블이 조여짐에 따라 각 팽팽한 층 간의 약간의 간격을 보장하기 위해 필요에 따라 레이어가 분리되고 장력을 갖습니다. 그늘의 중심 부근에서, 간격은 아웃보드 모서리에있는 동안 1 인치에서 5 인치만큼 작으며, 분리는 열 흐름을 용이하게하기 위해 발에 관한 것입니다. 완전히 배치, 선쉐이드는 69.5- 46.5 피트를 측정합니다.

"선실드만으로도 90개의 케이블이 있으며, 결국 종단으로 묶으면 길이가 거의 1/2 마일에 달하는 것입니다." 가이스너가 말했다. "그리고 그것은 막을 꺼내서 긴장을 풀기 위한 것입니다. ... 물론, 우리는 107 개의 작은 비 폭발성 액추에이터 장치, 멤브레인 방출 장치를 가지고 있으며, 기본적으로 멤브레인을 아래로 고정하고 발사를 위해 덮개를 덮습니다."

붐을 제외하고, 태양 방패는 "플로피 것들로 구성되어 있으며, 그들은 단지 제로 G로 떠다니고 가능한 한 많이 제어하지 않으면 얽힌 혼란을 얻을 수 있습니다"라고 그는 말했다.

"그래서 우리는 이러한 모든 케이블과 멤브레인을 제한하고 보장하기 위해 많은 작은 장치를 가지고 있으며, 이러한 모든 케이블은 무작위로 플롭하고 무언가를 걸지 않습니다. 많은 부품이기 때문에 배포 위험이 너무 많은 부분입니다. 그들은 간단한 메커니즘, 하지만 그들 중 많은, 그리고 그들은 모두 작동 해야 합니다."

Ochs는 선쉐이드 배치 시퀀스가 엔지니어가 절차의 각 단계를 평가할 시간을 주기 위해 "느리고 신중"하도록 설계되었다고 말했습니다. NASA는 우주 비행사 수리 승무원을 망원경에 보낼 수는 없지만 엔지니어들은 잠금 장치가 열린 메커니즘을 동축하기 위한 비상 계획을 개발했습니다.

"메커니즘 자체는 중복되지 않지만, 이러한 메커니즘을 구동하는 전자 장치는 중복 측면을 가지고 있지만, 배포를 시도하는 데 문제가 있다면 중복 면으로 갈 수 있습니다."라고 그는 말했다. "그리고 만약 우리가 뭔가 붙어 말할 수 있는 상황에 도착 하면, 우리는 그것의 태도 제어 시스템을 사용 하 여 우주선을 흔들 수 있습니다. 우리는 그것을 '쉬미'라고 부르며, 다양한 주파수에서 앞뒤로 가서 느슨한 무언가를 흔들 수 있습니다."

"돌리기"로 알려진 또 다른 절차는 다시 "느슨한 무언가를 흔들어"하기 위해 다양한 속도로 천문대를 회전시키기 위해 개발되었습니다.

"당신은 또한 일을 백업하고 다시 시작할 수 있습니다," Ochs는 말했습니다. "그래서 만약 당신이 그것을 백업 하 고 그것을 또 다른 기회를 포기 해야, 당신은 그렇게 할 수 있습니다. 이미 리허설에서 이러한 것들을 많이 행사했기 때문에 이러한 모든 배포를 진행할 때 도움이 되는 도구를 가지고 있습니다."

그러나 심각한 걸림돌이 있거나 층이 서로 접촉하거나 멤브레인이 찢어지면 어떻게됩니까?

이 그림은 제임스 웹 우주 망원경의 주요 요소를 보여줍니다. 이름에서 알 수 있듯이 통합 과학 기기 모듈 또는 ISIM에는 미션의 4가지 과학 기기가 포함되어 있습니다. 신용: NASA

열 분해 정도에 따라 JWST의 수동 냉각 근적외선 기기 3개(근적외선 카메라 또는 NIRCam) 근적외선 분광기, 또는 NIRSpec; 그리고 근적외선 및 슬리플리스 분광기/미세 안내 센서 또는 NIRISS/FGS는 여전히 귀중한 데이터를 수집할 수 있어야 합니다.

세 가지 모두 4메가픽셀 수은 카드뮴 텔루라이드 검출기를 사용하여 0.6~5미크론 사이의 적외선 파장을 등록합니다. 세 가지 모두 40 켈빈 (절대 영도)보다 낮은 온도에서 가장 잘 작동하도록 설계되었지만 약간 따뜻하면 여전히 작동합니다.

JWST의 네 번째 계측기인 미드 적외선 계측기(MIRI)는 1메가픽셀 비소 도핑 실리콘 검출기를 사용하여 5~28마이크론 사이의 파장을 가져옵니다. 7켈빈 아래에서 작동하도록 설계되었으며, 정교한 냉동 냉각기에 의존하여 우주선 버스에서 MIRI의 탐지기로 차가운 헬륨 가스를 펌핑합니다.

계측기는 마진이 내장되어 있지만 "진짜 문제는 미드 적외선 계측기의 열 부하가 너무 높아서 극저온 냉각기가 극복할 수 없다는 것입니다. 나는 우리가 여전히 괜찮다고 생각한다"고 가이스너는 말했다. "최악의 경우, 어쩌면 우리는 중간 적외선 악기를 가지고 있지 않을 것입니다. 하지만 당신은 여전히 몇 가지 근적외선 과학을 할 수 있을 것입니다. 당신은 여전히 선교 사업을 할 것이지만, 그것은 저하될 것입니다."

Ochs는 수년간의 테스트 와 분석을 기반으로 설계된 선쉐이드가 배포될 것이라고 확신합니다.

"우리는 물건을 찾았고, 우리는 돌아가서 수정했습니다. "선실드가 너무 깨지기 때문에 너무 많이 테스트하고 싶지는 않지만, 우리는 서너 개의 배포를 했고 마지막 배치를 했고, 우리는 완전히 성공적이었고, 우리는 그것에 대해 정말 기분이 좋았습니다. 그것은 단지 한 번 더 작동해야합니다. 그리고 그것은 궤도에 있습니다."

우주에서 가장 큰 거울을 어떻게 발사합니까? 접기

선쉐이드가 정상적으로 배포한다고 가정하면 다음 주요 과제는 출시 후 약 10일부터 JWST의 거울을 전개하는 것입니다.

허블 우주 망원경은 91.5인치 기본 거울과 보조 거울이 있는 리치-크레티엔 카세그레인으로, 주 거울 바로 뒤에 선명한 초점을 맞출 수 있습니다. 거기에서, 픽 오프 거울은 망원경의 악기에 빛을 공급.

JWST는 천문학자들이 3거울 아나시스트라고 부르는 것입니다. 빛은 먼저 21.3 피트 기본 거울안타, 볼록 보조까지 반송 한 다음, 축에서 약간 떨어져, 바로 앞세 번째 타원형 거울에. 타원형 거울은 난시를 보정하고 시야를 넓히며, 라이트를 평평한 "스티어링 미러"로 되돌리며 악기에 반사됩니다.

스티어링 미러는 "초당 최대 100사이클에서 매우 약간 기울어질 수 있다"며 우주선 버스의 회전 휠과 냉동 냉각기 펌프로 인해 시스템의 잔류 기계 식 지터를 정확하게 중화할 수 있다고 말했다.

원피스 원피스 원피스 미러가 너무 무겁고 기존 코 콘 페어링에 맞지 않기 때문에, 전망대는 직경 4.3피트, 얇은 금층으로 코팅된 18개의 육각형 서브 미러로 구성된 분할 된 베릴륨 프라이머리를 중심으로 설계되었습니다.

그 중 6개 구간은 망원경의 2.4피트 보조 거울과 마찬가지로 발사를 위해 접히도록 설계되었습니다. 출시 후 약 10일 후, 선쉐이드가 완전히 배치되고 긴장이 고조된 후, 웹의 보조 거울은 세 가지 음표 붐의 정점에 세워질 것입니다.

JWST의 기본 미러 세그먼트 중 두 개. 신용: 스티븐 클라크 / 우주 비행 지금

기본의 두 측면 패널은 각각 3개의 미러 세그먼트를 가진 다음 중앙 12 세그먼트의 양쪽으로 회전됩니다.

"조리개(폭)는 충분한 빛을 수집하고 허블이 가시파장에서 가지고 있는 근적외선 파장에서 동일한 해상도를 갖기 위해 적어도 6미터 반 미터(21.3피트)여야 했습니다."

18개의 기본 미러 세그먼트의 초정밀 광학 정렬은 매우 중요합니다. 이를 달성하기 위해 각 세그먼트에는 6개의 기계 액추에이터가 장착되어 있어 6방향으로 이동이 허용됩니다. 일곱 번째 액추에이터는 세그먼트의 중앙을 밀거나 당기면 필요한 경우 모양을 약간 왜곡할 수 있습니다.

각 세그먼트는 너무 정확하게 접지와 연마되어 미국의 크기까지 날아가면 14,000 피트 높이의 로키 산맥은 2 인치 미만이 될 것입니다.

망원경이 공간에서 냉각될 때 거울 세그먼트가 약간 모양을 바꾸기 때문에 "우리는 기본적으로 60 켈빈 이하의 작동 온도에서 정확하게 정확할 수 있도록 실온에서 이 것을 완벽하게 잘못 만들어야 했습니다." "그건 지나치게 아치형 큰 도전이야."

정렬 하기 전에, 18 세그먼트 18 별도 이미지를 생성 합니다. NIRCam 계측기를 사용하여 엔지니어는 각 세그먼트의 정렬을 매핑하고 명령을 보내 단일, 급격하게 초점을 맞춘 이미지를 생성하는 데 필요한 방향과 곡률을 조정합니다.

"이 18개의 거울을 하나의 거울역할을 해야 합니다." 오크스가 말했다. "그래서 궤도에 오르면 파면 감지 프로세스라고 부르는 것을 거치지만, 실제로는 초점을 맞추는 과정입니다. 당신이 밖으로 시작할 때, 당신은 하나의 별을보고 있다면, 당신은 18 이미지를 가지고있을 거야 그리고 당신은 하나에 그것을 얻을 필요가있다.

"그래서 우리는 거울 의 뒷면에 액추에이터를 사용, 당신이 위아래로, 앞뒤로, 앞뒤로 거울을 이동할 수 있도록 각 거울의 뒷면에 모터가 있다 뿐만 아니라 약간 모양을 변경합니다."

허블에서 교훈을 배우기

허블 우주 망원경은 유명한 결함이 기본 거울과 함께 1990 년에 시작되었다, 구형 수차와 흐린 사진으로 이어진 지상에 테스트 오류의 결과. 셔틀 우주 비행사는 내장 된 교정 광학 기구를 설치하여 망원경을 복구 할 수 있었다.

JWST 관리자는 이러한 교훈을 염두에 두고 Webb의 광학 시스템이 계획대로 작동하도록 보장하기 위해 상세한 사전 출시 테스트를 선택했습니다. 각 기본 미러 세그먼트의 철저한 테스트와 함께 전체 망원경은 휴스턴의 존슨 우주 센터로 보내졌으며 우주 환경을 복제한 아폴로 시대의 진공 챔버 내부에서 테스트되었습니다.

"우리는 광섬유의 끝에서 나오는 빛으로 인공 별을 만들었고, 우리는 시스템을 통해 모든 방법을 빛을 통과하고 우리는 우리가 그것을 줄수 있고 작동 할 수 있다는 것을 알고 있다"고 Geithner는 말했습니다.

그리고 액추에이터가 고장나거나 다른 문제가 발생하면 기본 미러 세그먼트 중 하나를 제대로 정렬할 수 없는 이유는 무엇입니까?

"우리는 17개 세그먼트를 통해 가장 기본적인 모든 요구 사항을 충족할 수 있습니다. "우리는 다른 세그먼트와 보조와 보상하려고 할 수 있습니다, 그것은 특정 범위 내에 있는지에 따라 달라집니다. 그러나 나쁜 세그먼트라면 나머지 액추에이터와 함께 완전히 기울일 수 있습니다. 그건 좋은 아니에요 ... 하지만 우리는 여전히 레벨 원 요구 사항을 충족할 수 있습니다."

스페이스 클럽(Space Club)