Tem sido uma estrada longa e sinuosa levar o Telescópio Espacial James Webb do conceito à realidade. E, finalmente, após décadas de planejamento, trabalho, atrasos e aumento de custos, a próxima geração de telescópios espaciais está finalmente pronta para ser lançada. Mas mesmo agora, como o telescópio pode estar viajando secretamente em um navio de carga para o local de lançamento da Agência Espacial Europeia (ESA) na Guiana Francesa, todos os envolvidos no projeto JWST sabem que um lançamento bem-sucedido não é a vitória final.
Na realidade, o pós-lançamento é quando começa a roer as unhas de verdade. Enquanto as equipes de rover de Marte passam por “Sete Minutos de Terror” para pousar sua espaçonave no Planeta Vermelho, as equipes do JWST terão mais de 30 dias de terror excruciante em câmera lenta enquanto o telescópio embarca em seu dia de um mês, 1,5 -milhões de quilômetros (milhões de milhas) de jornada até o segundo ponto de Lagrange (L2).
E, ao mesmo tempo, JWST estará se desdobrando para sua configuração desejada, com mais de 40 implantações principais de vários sistemas, precisando de centenas de atuadores para disparar e segurar mecanismos para liberar, junto com cabos para desenrolar, juntas para trabalhar e sistemas elétricos para ativar .
Tudo tem que funcionar perfeitamente durante os 30 dias consecutivos de tudo ou nada para a missão, tudo acontecendo no ambiente inflexível do espaço, com o telescópio sozinho. Não apenas 30 dias de terror, mas também 30 noites sem dormir para todos os envolvidos.
Claro, tudo começa com o lançamento, um terror em si mesmo.
“Estamos colocando este recurso incrivelmente precioso no topo de uma explosão controlada”, disse Heidi Hammel, uma cientista interdisciplinar e vice-presidente da Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia. “É assustador, mas a ciência de foguetes é o que é. Será um grande suspiro de alívio ter um lançamento bem-sucedido.”
Se tudo correr bem, a excitação / terror da implantação começa cerca de 30 minutos após o início do vôo. O foguete Ariane 5 fornecerá empuxo por aproximadamente 26 minutos, enviando à JWST cerca de 10.400 quilômetros em sua viagem. Após o corte do segundo estágio, Webb se separará do segundo estágio do Ariane 5.
“Isso fará com que os painéis solares sejam implantados 30 minutos após o lançamento”, disse Massimo Stiavelli, chefe do escritório da missão de Webb no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI). “Isso é extremamente importante porque precisamos de energia. Mas esta é apenas a primeira de uma série de implantações importantes no caminho para L2. ”
O próximo evento é o que mantém Stiavelli acordado à noite. Enquanto o Ariane colocará o JWST em uma rota direta para L2, sem primeiro orbitar a Terra, um importante disparo do propulsor garantirá que o telescópio esteja direcionado exatamente na direção certa.
“Temos que ligar o motor de foguete do observatório para nos colocar na órbita desejada de L2”, disse ele. “A Correção de Meio Curso 1 (MCC1) pode ocorrer cerca de 12,5 horas após o lançamento. Esta é a queima mais importante da missão.”
“O JWST tem que entrar em órbita em L2, é assim que a missão é projetada”, disse Hammel. “Se os propulsores não dispararem para nos levar lá, lá se vai a missão.”
Após o disparo do propulsor é outro momento importante, o lançamento e implantação da antena de alto ganho para comunicação com o telescópio, e para os dados científicos mais importantes serem enviados de volta para a Terra.
Na primeira semana de Webb no espaço, haverá uma segunda manobra de correção de trajetória e, em seguida, vem uma sequência de grandes implantações com quase 200 atuadores necessários para funcionar, apenas para se preparar para o desdobramento do protetor solar da JWST. Isso inclui a extensão das lanças e a liberação e implantação dos radiadores.
É aqui que começa o verdadeiro roer das unhas. O próprio protetor solar do tamanho de uma quadra de tênis requer mais de 150 mecanismos de liberação para disparar corretamente ao longo de três dias.
“O número de atuadores não detonados pode dar um pouco de dor de cabeça, já que todos eles têm que funcionar”, disse Helmut Jenkner, um cientista de longa data do STScI. “Mesmo com uma confiabilidade acima de 99,9%, se você multiplicar isso pelo número de atuadores, você obtém um número bastante assustador.”
A complicada implantação do protetor solar envolve cerca de 7.000 peças, incluindo 400 polias, vários cabos e oito motores. Mas a implantação do protetor solar é crucial para proteger o telescópio de qualquer calor ou luz do Sol, Terra e Lua, para manter os componentes infravermelhos do telescópio o mais frios possível. Isso permitirá que o JWST detecte as assinaturas fracas de objetos distantes no universo. O telescópio e os instrumentos científicos começarão a esfriar rapidamente à sombra do protetor solar, mas levará várias semanas para que esfriem completamente e atinjam temperaturas estáveis.
Durante a segunda semana após o lançamento, o telescópio começará a tomar forma, primeiro com a implantação do espelho secundário. Então chega o grande momento, quando o espelho primário do JWST 6.5 começa a se desdobrar. Os 18 segmentos de berílio folheados a ouro irão se desenrolar, começando com as asas laterais. Em seguida, 132 pequenos atuadores irão empurrar ou puxar cada um dos segmentos do espelho em um alinhamento micrométrico, colocando o espelho primário em foco. Novamente, tudo deve funcionar perfeitamente.
Embora o primeiro mês seja a parte mais tensa da implantação, levará seis meses para que todos os instrumentos sejam ligados, calibrados e comissionados. Só então os cientistas verão a “primeira luz” do telescópio.
“Existem inúmeras maneiras de as coisas darem errado”, admitiu Hammel. “Mas nos últimos 20 anos e especialmente nos últimos 5 anos, testamos este telescópio e todos os sistemas de todas as maneiras imagináveis: sacudindo-o, fazendo um ciclo térmico, colocando-o em pressão zero. Nós realmente nos exercitamos para descobrir todas as pequenas coisas que podem dar errado, certificando-nos de que fizemos tudo o que pudemos para garantir uma missão bem-sucedida.”
O que acontece depois que o Webb é lançado?
Na primeira hora: A viagem para o espaço, implantação de painéis solares e “voo livre”. O veículo lançador Ariane 5 fornecerá empuxo por aproximadamente 26 minutos após a decolagem matinal da Guiana Francesa. Momentos após o corte do motor do segundo estágio, Webb se separará do Ariane, o que fará com que o painel solar seja implantado em minutos para que Webb possa começar a produzir eletricidade com a luz do sol e parar de descarregar sua bateria. Webb estabelecerá rapidamente sua capacidade de se orientar e “voar” no espaço.
No primeiro dia: Correção de meio curso para L2. Ariane terá enviado Webb em uma rota direta para L2, sem antes orbitar a Terra. Durante o primeiro dia, executaremos a primeira e mais importante manobra de correção de trajetória usando pequenos motores de foguete a bordo do próprio Webb. Também lançaremos e implantaremos a antena de alto ganho para permitir as taxas mais altas disponíveis de comunicação de dados o mais cedo possível.
Na primeira semana: implantação do protetor solar. Logo depois de executarmos uma segunda manobra de correção de trajetória, começaremos a sequência de implantações principais, começando com os paletes de proteção solar dianteira e traseira. O próximo passo é a separação do ônibus da espaçonave e do telescópio, estendendo a torre telescópica entre eles. A torre se estenderá por cerca de 2 metros, sendo necessário neste ponto da sequência para que o restante do desdobramento do protetor solar possa prosseguir. Em seguida, as membranas do protetor solar serão desafixadas e as barras intermediárias telescópicas do protetor solar se estenderão – primeiro o lado de bombordo e depois o lado de estibordo – puxando as membranas com eles. A última etapa de implantação da proteção solar é o tensionamento das membranas. Enquanto isso, outras coisas como radiadores serão lançados e implantados.
No primeiro mês: implantação do telescópio, resfriamento, ativação do instrumento e inserção na órbita ao redor de L2. Durante a segunda semana após o lançamento, terminaremos de implantar as estruturas do telescópio desdobrando e travando o tripé do espelho secundário e girando e travando as duas asas do espelho primário. Observe que o telescópio e os instrumentos científicos começarão a esfriar rapidamente à sombra do protetor solar, mas levará várias semanas para esfriar totalmente e atingir temperaturas estáveis. Este resfriamento será cuidadosamente controlado com tiras de aquecedor elétrico estrategicamente colocadas para que tudo encolha com cuidado e para que a água presa dentro das partes do observatório possa escapar como gás para o vácuo do espaço e não congelar como gelo em espelhos ou detectores, o que se degradaria desempenho científico. Vamos desbloquear todos os segmentos do espelho primário e o espelho secundário e verificar se podemos movê-los. Perto do final do primeiro mês, executaremos a última manobra do meio do curso para inserir na órbita ótima em torno de L2. Durante esse tempo, também ligaremos os sistemas de instrumentos científicos. Os cinco meses restantes de comissionamento serão para alinhar a óptica e calibrar os instrumentos científicos.
No segundo, terceiro e quarto meses: Verificações ópticas iniciais e alinhamento do telescópio. Usando o Sensor de Orientação Fina, apontaremos Webb para uma única estrela brilhante e demonstraremos que o observatório pode adquirir e travar em alvos, e obteremos dados principalmente com NIRCam. Mas como os segmentos do espelho primário ainda precisam ser alinhados para funcionar como um único espelho, haverá até 18 imagens distorcidas da mesma estrela-alvo única. Em seguida, embarcaremos no longo processo de alinhamento de todas as ópticas do telescópio, começando com a identificação de qual segmento de espelho primário combina com qual imagem, movendo cada segmento um de cada vez e terminando alguns meses depois com todos os segmentos alinhados como um e o secundário espelho alinhado de forma otimizada. O resfriamento efetivamente terminará e o resfriador criogênico começará a funcionar em sua temperatura mais baixa e o MIRI também poderá começar a coletar bons dados.
No quinto e sexto meses: Calibração e finalização do comissionamento. Calibraremos meticulosamente todos os vários modos de operação dos instrumentos científicos enquanto observamos alvos representativos e demonstraremos a capacidade de rastrear alvos “móveis”, que são objetos próximos como asteróides, cometas, luas e planetas em nosso próprio sistema solar . Faremos “Observações de liberação antecipada”, a serem reveladas logo após o término do comissionamento, que mostrarão as capacidades do observatório.
Após seis meses: “Operações científicas!” Webb iniciará sua missão científica e começará a conduzir operações científicas de rotina.
Publicado em 17/10/2021 02h54
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