|
웹 망원경의 선실드 팔레트 개구부에 대한 작가의 그림. 신용: NASA
임무 컨트롤러는 제임스 웹 우주 망원경의 선실드를 풀기 위해 위험한 과정을 화요일에 시작, 먼 우주에 천문대 적외선 비전을 제공하는 데 필요한 5 층 열 장벽.
선실드 멤브레인을 포함하는 두 개의 큰 팔레트가 출시를 위해 웹의 기본 거울 양쪽에 접혀 있었습니다. 이제 웹이 지구에서 거의 백만 마일(150만 킬로미터) 떨어진 관측 포스트를 향해 나아가면서 지상 팀은 선실드를 전체 차원으로 열 준비가 되어 있습니다.
5개의 깨지기 쉬운 카프톤 멤브레인으로 만들어졌으며, 각각 인간의 머리카락처럼 얇아서 웹의 거울, 계측기 및 검출기를 일정한 그림자로 유지하여 작동 온도가 화씨 영하 400도 에 가까워질 수 있습니다. 이러한 추운 조건은 웹이 135억 광년 이상 떨어진 우주의 첫 번째 은하에서 희미한 적외선을 볼 수 있도록 허용해야 합니다.
지금까지 발사된 우주 망원경 중 가장 큰 웹은 크리스마스 아침에 이륙을 위해 아리안 5 로켓의 페이로드 페어링 안에 맞게 접을 수 있었습니다.
NASA의 고다드 우주 비행 센터에서 웹의 임무 시스템 엔지니어인 마이크 멘젤은 "우리는 세계적 수준의 적외선 망원경을 구축했다" 고 말했다. "우리는 그것을 구축하고, 정렬하고, 테스트했으며, 그것이 효과가 있음을 증명했습니다."
"이제 우리는 그것을 부수고 접고 실제로 궤도에 다시 구축해야합니다 - 그것을 재건하고, 재조정하고, 조정하고, 궤도에서 로봇으로 작동하도록 해야합니다. 그건 전에 해본 적이 없어."
거의 100억 달러에 달하는 웹 망원경을 사용하기를 기다리는 대부분의 NASA 매니저와 천문학자들은 미션의 가장 스트레스가 많은 순간인 선실드 배치에 대해 동일한 해답을 제시합니다.
"선실드는 거의 본질적으로 결정적이지 않은 것들 중 하나입니다." 멘젤이 말했다. "NASA는 경첩에 경질 빔을 배치하는 데 사용되며, 이는 결정적이기 때문에 이동 방식을 결정할 수 있습니다."
자외선 막드가 전체 크기로 열리면 - 테니스 코트의 대략적인 치수와 함께 - NASA는 망원경의 기본 거울의 양쪽에 날개를 열라는 명령을 보내 조리개에게 최종 직경21.3 피트 (6.5 미터)를 제공합니다. 웹의 보조 미러가 있는 삼각대 와 같은 구조도 배포해야 합니다.
"40개의 다른 주요 배치와 수백 개의 풀리와 전선이 있다는 점을 감안할 때, 모든 것이 나를 긴장시키고 완전히 배치될 때까지 의지할 것입니다"라고 말한 존 그런스펠트(John Grunsfeld)는 2012년부터 2016년까지 웹 개발의 핵심 기간인 NASA의 과학 임무 책임자라고 말했다.
하지만 웹의 디자인과 테스트 기간 동안 멘젤의 가장 큰 관심을 얻은 것은 선실드입니다.
Menzel은 선실드 레이어의 동작을 예측하여 테이블 상단에 푸시할 때 문자열이 어떻게 될지 추측합니다.
"그래서 선실드의 멤브레인이 있습니다." 그가 말했다. "그래서 우리는 그들의 모양을 정말로 예측할 수는 없지만, 우리는 그것을 제한할 수 있습니다. " 우리는 우리가 가고 싶지 않은 장소에 가는 것을 방지할 수 있습니다, 그것은 걸려 또는 찢어 질 수있는 장소, 또는 어쩌면 다른 회원의 배치를 방해 할 수 있습니다.
모든 것이 계획에 따라 진행되면 선실드를 배포하고 긴장하는 타임 라인은 5 일이 소요됩니다. 그러나 미션 플래너는 해당 일정에 유연성을 가지며 문제가 발생할 경우 데이터를 보기 위해 몇 가지 단계를 연기하거나 연기하기로 결정할 수 있습니다.
선실드 배치 첫날은 차질 없이 꺼졌습니다. NASA는 두 개의 선실드 팔레트가 망원경 화요일 앞과 뒤에 위치로 낮췄다고 말했다. 두 팔레트는 팁에 69.5 피트 (21.2 미터) 팁을 확장합니다.
통합 팔레트 구조라고 불리는 팔레트에는 NASA의 웹 임무 의 주요 계약자인 노스롭 그루먼(Northrop Grumman)의 엔지니어들이 조심스럽게 접고 보관한 5개의 카프톤 선실드 레이어가 포함되어 있습니다.
NASA는 화요일 늦게 업데이트에서 "웹은 완전히 배치될 때 걸리는 형태를 닮기 시작했습니다 - 이제 임무 작전 팀이 관측소의 전방 및 aft Unitized 팔레트 구조물을 성공적으로 배치하고 제자리에 고정시켰습니다."
전방 팔레트는 먼저 낮아졌으며, 전개는 약 1:21 p.m. EST (1821 GMT) 화요일에 끝났다고 NASA는 말했다. 다음 단계는 약 7:27 p.m. EST (0027 GMT)에 배치 된 위치에 고정 된 aft 팔레트의 전개였다.
전방 팔레트를 배치하는 데 약 20분, 선고팔레트를 이동하는 데 18분이 걸렸다고 NASA는 전했다. 그러나 이 과정에는 몇 시간 동안 추가 단계가 포함되어 있어 지상 팀이 구조적 온도를 모니터링하고 태양과 관련하여 천문대를 기동하여 배치에 최적의 열 조건을 제공할 수 있다고 에이전시는 전했다.
지상 팀은 또한 히터를 켜고, 릴리스 메커니즘을 활성화하고, 팔레트를 제자리에 고정하기 전에 소프트웨어 구성을 검증했다고 NASA는 전했다. 웹에 대한 임무 제어는 볼티모어, 메릴랜드에있는 우주 망원경 과학 연구소에 있습니다.
NASA의 Webb 시운전 매니저인 키스 패리시(Keith Parrish)는 "각 배치에는 일반적으로 모터 검사, 모터 성능을 확인하기 위한 작은 움직임, 너무 추운 모든 것의 가열 등이 포함됩니다. " 또한 전체 쇼를 제어하는 배포 전자 제품에 전원을 공급하고 구성해야 합니다. "
선실드 팔레트의 배치는 웹을위한 공간에서 부드러운 처음 3 일을 따랐다.
3층 높이의 천문대는 유럽 아리안 5 로켓 꼭대기에서 크리스마스 아침에 프랑스 령 기아나에서 발사되었습니다. 발사기는 우주의 불스아이 지점으로 웹을 전달했고, 우주선은 태양 열을 풀고 두 개의 미드 코스 보정 화상을 완료했으며 지난 며칠 동안 고이득 안테나를 열었습니다.
웹은 지구의 밤을 넘어 거의 백만 마일 떨어진 중력 균형 지점인 L2 Lagrange 지점 주변의 작동 궤도로 가는 도중 달의 궤도를 통과했습니다. 우주선은 1 월 말에 L2 주변의 후광 궤도에 도착할 예정입니다.
다음은 우주선에서 망원경을 멀리 이동 웹의 배포 타워 어셈블리의 제기입니다. 망원경 구조에는 웹의 18개의 육각형 기본 미러 세그먼트와 4개의 적외선 계측기가 관측소의 극저온 작동 온도를 견딜 수 있도록 제작된 탄소 복합 모듈에 장착되어 있습니다.
수요일에 발생할 예정입니다.
"선실드의 모든 재료는 실제로 그 지역에 보관되어 있거나 그 중 일부는 망원경을 꺼내서 그 물질을 꺼낼 수 있도록 해야 합니다." 패리쉬가 말했다.
목요일에 잠정적으로 설정된 다음 큰 이벤트는 선실드 멤브레인 위에 보호 커버가 열릴 것입니다. 다섯 층은 신중하게, 수동으로, 스카이 다이빙 전에 낙하산포장 하는 방법에 유사한 팔레트 내부를 스토우 하는 데 한 달 이 걸렸습니다.
노스롭 그루먼의 웹의 수석 우주선 시스템 엔지니어인 크리스탈 푸가(Krystal Puga)는 "엉킴 없이 완벽하게 접을 필요가 있다"고 말했다.
발사 구속조건은 덮개가 선쉐이드 의 상단에서 굴러갈 수 있도록 해제됩니다. 탭 목요일에 또 다른 배치, 일정이 개최하는 경우, 웹의 aft 모멘텀 탭의 출시입니다, 태양 방패에 태양 광 압력에서 압력의 균형을 후방 플랩, 그것은 지구와 잠금 단계에서 태양 주위에 가는 대로 전망대를 안정적으로 유지하는 데 도움.
그런 다음 금요일에 웹의 각 측면에서 두 번의 붐이 확장됩니다. 구조 지원 붐은 배치 모터의 도움으로 5개의 선쉐이드 멤브레인을 독특한 다이아몬드 모양으로 끌어낼 것입니다.
이 모든 것은 천문대의 센서가 태양 방패가 어떻게 열리는지 추적하면서 천천히 일어납니다. 접지 컨트롤러는 모든 것이 설계된 대로 작동하는지 확인하기 위해 단계 사이에 일시 중지할 수 있습니다.
Puga에 따르면, 선실드의 각 층은 크기와 모양이 약간 다르며, 약 10,000 개의 솔기와 함께 Kapton의 열 보전 섹션을 사용하여 만들어집니다. 눈물이나 구멍을 포함하기 위해 보강 스트립 또는 립 스톱이 있으며, 카프톤에 구조적 지원을 제공하는 금속 리본이 있습니다.
선실드 멤브레인은 알루미늄으로 코팅되며, 가장 바깥쪽 층 두 개는 실리콘으로 처리되어 피부와 같은 소재에 보라색 색조를 부여합니다.
Webb에는 의도한 대로 정확하게 작동해야 하는 344개의 장치가 있습니다. 그 중 107개는 멤브레인 방출 장치, 발사를 위해 선실드를 고정하는 비폭발성 액추에이터입니다.
총 임무의 배포 시퀀스는 140개의 릴리스 메커니즘, 70개의 힌지 어셈블리, 8개의 배포 모터, 400개의 풀리 및 90개의 케이블에 의존합니다. 또한 Webb를 출시에서 운영 구성으로 변환하는 베어링, 스프링 및 기어도 있습니다.
다이아몬드 모양의 선실드를 장착하여 테니스 코트 크기의 면적을 커버하는 Webb 컨트롤러는 현재 1월 1일과 1월 2일에 계획된 5개의 층 각각을 긴장시키기 위해 천문대에 대한 명령을 보낼 것입니다.
"일단 우리가 선실드를 꺼내면, 그것은 훌륭하지만, 우리는 그것을 조여야합니다." 패리시가 말했다. "5개의 레이어 모두 서로 다른 지점을 연결한 다음 각 모서리의 케이블을 당겨 실제로 선실드를 조일 것입니다."
"마지막 단계는 매우 중요합니다." 푸가가 말했다. "우리는 5개의 층 의 각 분리를 만들기 위하여 일련의 풀리및 케이블을 사용하여 모든 막을 긴장시켜야 합니다."
장력은 5개의 초박형 카프톤 멤브레인을 각각 분리하여 중앙에서 몇 인치, 가장 바깥쪽 가장자리에서 몇 피트 간격을 두게 됩니다. 테이퍼 간격은 태양의 열이 층 사이에 반사되도록 하고 결국 공간으로 다시 방출되도록 합니다.
선실드의 작은 부분에만 영향을 미치는 사소한 눈물이나 걸림돌이 있다면 웹은 여전히 많은 과학 목표를 달성할 수 있습니다. 망원경의 악기 중 세 가지 (미국제 근적외선 카메라, 유럽 근적외선 분광, 캐나다 근적외선 이미저 및 슬릿리스 분광기)는 가시광선에 가까운 근적외선 파장에서 우주를 관찰하도록 조정됩니다.
화씨 영하 388도, 절대 영하 40도 의 온도에서 작동하도록 설계되었습니다. 그 악기는 여전히 희미한 적외선에 민감 할 수 있습니다 그들은 몇 도 따뜻한 경우, 멘젤은 말했다.
더 긴 빛의 파도를 감지하도록 설계된 웹의 유르포에안 이 빌린 미드 적외선 계측기는 다른 기기보다 33도 더 추워야 합니다. 기기에 차가운 헬륨 가스를 펌핑하는 극저온 냉각기는 중간 적외선 기기를 규정된 온도로 끌어올 수 있지만, 관측소의 선실드에 결함이 있으면 우주에서 가장 오래된 은하에서 빛을 감지하고 더 짧은 파장에서 불투명한 별 형성 먼지 구름을 들여다보는 것을 목표로 하는 MIRI의 과학 목표를 위태롭게 할 수 있습니다.
그러나 웹이 극복하기는 어려울 것입니다.
ESA의 수석 과학 고문이자 수술 첫 해에 웹에서 시간을 관찰하는 학제 간 과학자인 마크 맥코그레인(Mark McCaughrean)은 "이러한 모든 단일 지점 고장, 이러한 배포 메커니즘, 망원경을 만들기 위해 올바르게 가야 할 모든 것들은 중간 단계가 없다"고 말했다.
"선실드가 반만 배치되면 망원경이 차가워지지 않으면 장비가 켜지지 않습니다." 맥코그레인이 말했다. "그래서 첫 달이라는 신경질적인 시간이며, 그 후 5개월간의 냉각과 시운전을 통해 과학을 시작할 수 있습니다.
이 그림은 제임스 웹 우주 망원경의 주요 요소를 보여줍니다. 통합 과학 기기 모듈(ISIM)에는 미션의 4가지 과학 기기가 포함되어 있습니다. 신용: NASA
"이런 것에 대해 100% 확실한 것은 없습니다." 맥코그레인이 출시 전에 말했다. "그리고 실패하면, 나는 그것이 우주 과학에 대한 천문학에 대한 절대 재앙이 될 것이라고 생각합니다. 몇 년 동안이 임무에 대해 많은 이야기가 있었고, 길을 따라 어딘가에 실패한다면 계산이있을 것입니다.
"하지만 그래서 우리는 시작하기 전에 올바른 일을 해야 한다는 압박감을 느낍니다.
선실드 배치가 지연되지 않는다고 가정할 때, Webb의 지상 팀은 다음 주에 망원경의 움직이는 요소에 주의를 기울일 것입니다.
먼저 1월 4일 예정된 보조 거울을 배치하여 1차 거울의 빛을 망원경의 내부 초점 평면에 초점을 맞추고 궁극적으로 웹의 기기 감지기 어레이로 이어질 것입니다.
그런 다음 웹의 예비 비행 계획에 따라 1 월 6 일과 1 월 7 일 장소에 접힌 기본 거울의 두 날개가 있습니다.
각 날개는 웹의 6면 미러 세그먼트 3개를 보유하고 있으며, 12개의 거울은 기본 미러의 중앙 구조물에 고정되어 있습니다.
그 동안 우리는 많은 릴리스와 (작동) 발사 잠금을 수행하고 있습니다." 패리쉬가 말했다. "우리는 우리의 극저온 쿨러 어셈블리를 해제, 우리는 우리가 배포해야 몇 가지 추가 라디에이터가 ... 작은 배포라고 부르고 싶지는 않지만, 선실드와 같은 헤드라인을 만들지 않는 다른 배포가 있습니다."
미러가 제자리에 있으면 광학 엔지니어가 발사 구속으로부터 각 세그먼트의 잠금을 해제하기 시작합니다. 각 미러 뒤에 있는 작은 모터는 앞뒤로, 위아래로, 좌우로 움직일 수 있으며, 심지어 거울 세그먼트를 약간 구부려 전체 망원경을 날카로운 초점으로 가져올 수 있습니다.
"그건 매우 지루한 과정이야." 패리쉬가 슬퍼했다. "그들은 매번 정말로, 정말 작은 비트만 움직입니다."
웹이 다음 달 L2 주변 궤도에 진입하면 지상 컨트롤러가 망원경을 계속 정렬하고, 장비를 켜고 보정하고, 과학 운영을 위한 천문대를 준비할 것입니다. 이 모든 작업은 극저온 온도에 망원경의 자연 냉각에 병렬로 발생합니다.
엔지니어들은 Webb의 복잡한 배포 시퀀스 동안 문제를 처리하기 위해 수많은 비상 절차를 고안했습니다. 가능한 경우 백업 드라이브로 전환하는 것과 같은 간단한 옵션부터 모터 백업 및 배포 재시도에 이르기까지 다양합니다.
엔지니어들은 캘리포니아의 노스롭 그루먼 클린룸 에서 웹의 선실드와 함께 일합니다. 신용: 노스롭 그루먼
마지막 도랑 옵션? 팀은 우주에서 쉬미 또는 돌리는 웹을 만들거나 전망대를 발사하고 얼음으로 만들 수 있습니다.
"시미는 온보드 추진 시스템을 사용하여 웹을 조금 흔들 수있는 능력입니다."라고 Parrish는 말했습니다. "우리는 실제로 그 시스템에 약간의 흔들림을 부과 할 수 있습니다.
"우리는 또한 천문대를 돌릴 수 있으며, 이는 우리가 정적 힘을 넣을 수있는 속도로 회전하고 약간의 고집이 될 수있는 것입니다.
"우리는 또한 태도 제어 시스템, 특히 추진 시스템을 사용하여 웹을 앞뒤로 빠르게 움직일 수 있으므로 우리에게 약간의 문제를 줄 수있는 특정 영역을 가열하고 냉각 할 수 있습니다 ... 우리는 앞뒤로 불과 얼음을 호출합니다.
"도구 상자에 이러한 도구를 사용하는 경우 최고의 날을 보내고 있지 않습니다." 패리쉬가 말했다.
웹이 달보다 4배 더 멀리 향하고 있는 가운데, 허블 우주 망원경에 서비스를 드신 우주왕복선 대원들처럼 우주비행사들이 수리를 위해 방문할 방법이 없습니다. 또한 로봇 서비스를 위해 설계되지 않았습니다.
세 번의 셔틀 수리 임무를 수행하던 그룬스펠트는 웹에서 늦은 설계 변경을 구현하여 서비스를 더욱 어렵게 만들려고 했다고 말했다.
"과학 임무 이사회의 관리를 인수하고, 제임스 웹 우주 망원경을 확장하여, 내 첫 번째 응답 중 하나는 조금 그래플 기구를 넣어 보자 - 정말 작은 - 그리고 제임스 웹에 일부 대상, 경우에 우리는 그것을 실행하고 시도하고 배포하기 위해 약간의 흔들림을 제공해야합니다.
"그리고 나는 엄청난 밀어 붙잡았어." 그런즈펠트가 말했다. "제임스 웹의 디자인은 엄청나게 성숙했고, 기본적으로 완성되었고, 질량은 관심사였습니다. 제가 제안한 것은 반 킬로그램이었지만, 그들은 '아니, 우리는 질량을 추가할 수 없다'고 말했습니다."
그리고 지상 팀에게 상황이 어떻게 진행되는지에 대한 시각적 관점을 제공하기 위해 선상에 카메라가 없습니다. 그러나 망원경의 배치를 관찰할 수 있는 위치에 있는 카메라는 관측소 의 "차가운 면"에 있어야 하며, 초냉하고 그늘진 조건을 견딜 수 있도록 장갑을 기용해야 합니다.
카메라 전자 기기에 의해 내놓은 따뜻함은 웹의 과학 관찰을 방해할 수 있습니다.
"망원경의 시야 내에서 뜨거운 것은 그것을 망칠 것입니다." 그런스펠트가 말했다.
"구성이 정확히 무엇인지 알려주는 작은 마이크로 스위치가 많기 때문에 카메라가 필요하지 않습니다. 우리는 컴퓨터에서 이미지를 만들 수 있습니다." 그런즈펠트가 말했다. "저는 그것이 사실이라는 것에 동의하지만, 시각 동물이라는 사실에 동의하지만, 우리는 사물을 보고 싶지만, 우리는 그 애니메이션을 갖게 될 것입니다."
|