agosto 9, 2022

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James Webb Space Telescope da NASA está prestes a se transformar em sua forma final

O Telescópio Espacial James Webb tem o incrivelmente poderoso James Webb No espaço por três dias agoraMas talvez a parte mais perigosa de sua jornada ao espaço profundo esteja em andamento. Em breve, o telescópio começará uma dança mecânica intrincadamente projetada enquanto lentamente muda de forma e se abre, a fim de alcançar sua forma final. observar o universo distante.

É uma espécie de origami de espaço reverso que nunca foi feito antes, mas é absolutamente essencial para o Telescópio Espacial James Webb, ou JWST, cumprir sua missão. O telescópio era simplesmente muito grande para ser lançado em qualquer foguete em funcionamento enquanto estava totalmente estendido. Então, quando ele saltou para o espaço no topo de um foguete europeu Ariane 5 no dia de Natal, ele fez uma viagem de roer as unhas dobrado em si mesmo como o canivete suíço mais caro do mundo.

Agora, nas próximas duas semanas, o JWST irá torcer e remodelar – coloque uma viga aqui, um espelho ali – até que esteja totalmente configurado para olhar para as partes mais profundas do universo. “Às vezes chamamos Webb de ‘telescópio transformador'”, diz Amy Lo, engenheira de alinhamento da JWST na Northrop Grumman, a principal empreiteira do telescópio. A beira. É um processo meticuloso com centenas de peças móveis que os engenheiros testam repetidamente no solo, onde devem estar perfeitas. Mas há muitos pontos ao longo do caminho em que a falha de um mecanismo ou de um pequeno carretel de disparo pode colocar em risco o futuro da missão JWST. Embora os controladores de missão na Terra tenham algumas técnicas de solução de problemas que podem usar se algo der errado, eventualmente a espaçonave JWST deve fazer cada implantação por conta própria quase à perfeição.

JWST dobrou totalmente um míssil Ariane 5 antes do lançamento.
Foto: NASA / Kris Jenn

O JWST está se dirigindo a um destino final a cerca de um milhão de milhas da Terra, e não há foguetes ou espaçonaves operacionais que possam transportar com segurança os astronautas a essa distância para dar ao telescópio um ajuste. E mesmo que humanos possam acessá-lo, o JWST não foi projetado para ser reparado. Portanto, se o telescópio essencialmente quebrar, isso seria para uma missão que a NASA executa por um total de US $ 9,7 bilhões.

Tudo pode parecer uma complicação desnecessária para uma missão dessa magnitude, mas não havia um caminho fácil à frente para o JWST, de acordo com a NASA. “Eu realmente acho que não é possível simplificar devido às restrições que enfrentamos”, disse Thomas Zurbuchen, administrador associado do Diretório de Missões Científicas da NASA. A beira. “É o que é.”

Os designers da JWST sabiam desde o início que suas inovações deveriam se desenvolver enquanto estivessem no espaço. Em 1996, Quando os cientistas propuseram pela primeira vez fazer um telescópio como esteO administrador da NASA na época, Dan Goldin, desafiou os engenheiros a criar uma espaçonave com um espelho primário de até oito metros de largura. No final das contas, os designers se estabeleceram em um espelho de 6,5 metros, ou 21 pés de largura, mas este decreto determinou o destino do JWST dobrado.

Isso porque os maiores foguetes voando atualmente não são largos o suficiente para conter um espelho desse tamanho. Quando você lança algo para o espaço, a espaçonave deve se ajustar à linha de carga útil do foguete – a estrutura protuberante que fica no topo do foguete durante a primeira parte do vôo. A racionalização é crítica, pois protege a espaçonave durante o lançamento e protege a carga útil da atmosfera até atingir o espaço. No entanto, a largura da aerodinâmica é um grande fator limitante para o projeto da espaçonave, uma vez que o veículo Devo cabe dentro. É um problema que os profissionais da indústria espacial costumam chamar de “tirania dos clubes”.

JWST espelho primário dobrado vs publicar totalmente
NASA / Chris Jenn

O Ariane 5 tem um dos maiores perfis de carga útil atualmente no mercado, medindo 5,4 metros, ou quase 18 pés, de largura. Mas isso ainda é muito pequeno para permitir que o espelho JWST seja totalmente estendido. Portanto, desde o início, os designers da missão JWST construíram o espelho em partes, com dois painéis de cada lado que podiam girar para dentro e para fora. Foi um grande desafio de design, pois as partes tiveram que se unir para se comportar como um único espelho plano a fim de coletar a luz do universo distante. “A decisão do espelho primário nunca foi feita na órbita do espaço”, diz Lu.

A JWST publicará seus painéis de espelho dentro de 12 a 13 dias após o lançamento. Mas antes que isso aconteça, o observatório tem um processo de implantação mais complexo pela frente, que pode levar até seis dias para ser concluído. É uma implantação de protetor solar JWST, um dispositivo complexo projetado para bloquear o calor do sol e manter o telescópio muito fresco enquanto estiver no espaço. Embora o processo de implantação seja flexível e as coisas possam mudar, O primeiro passo para o protetor solar deve começar hoje, o que significa que todos os associados a essa tarefa prenderão a respiração na próxima semana.

“O escudo solar em si – de todas as nossas implantações – é o mais complexo”, disse Lee Feinberg, diretor do JWST Optical Telescope Element no Goddard Space Flight Center da NASA. A beira. “Tem as partes mais móveis.”

O protetor solar é um recurso necessário devido à forma como o JWST foi projetado. O telescópio monitorará estrelas e galáxias distantes no infravermelho, um tipo de luz invisível aos nossos olhos, mas emitida por qualquer coisa que carregue calor. Mas, para coletar fótons infravermelhos, o Telescópio Espacial James Webb deve operar em temperaturas incrivelmente baixas, de até -370 graus Fahrenheit. Se ficar muito quente, o telescópio pode emitir muito Rei Luz infravermelha, que pode interferir nas observações das espaçonaves do universo.

As camadas do pára-sol da JWST têm elasticidade e intensidade.
Foto: NASA / Kris Jenn

Entre no protetor solar, que oferece um ótimo protetor solar para o JWST. O escudo é feito de cinco camadas extremamente finas de um material brilhante chamado Kapton, cada camada do tamanho de uma quadra de tênis. A camada externa sempre estará voltada para o sol e obterá a maior parte de seu calor, operando a 230 graus Fahrenheit. Mas cada camada sucessiva será cada vez mais fria, para que as ferramentas JWST permaneçam boas e legais.

Os filmes refletores de calor do escudo são muito sensíveis, portanto, cuidado extra e engenharia especial foram necessários para esticar as camadas para fora no espaço e apertá-las sem rasgar. “Existem sistemas que espalham e apertam as camadas”, diz Feinberg. “É um pouco como uma vela em um barco em termos de como você vai rolar.”

Todo o processo depende de centenas de peças móveis diferentes, incluindo até 140 mecanismos de liberação, 400 polias, 70 dobradiças e 90 cabos, de acordo com a NASA. Existem também vários planos de contingência em vigor no caso de a implantação não funcionar conforme o esperado. A NASA tem a opção de reenviar comandos ao telescópio, caso o primeiro comando não acione um movimento. Os engenheiros também construíram o maior número possível de espaçonaves sobressalentes. Existem áreas com vários circuitos que podem realizar a mesma tarefa, caso o circuito inicial não seja disparado corretamente.

Mas há momentos em que realmente não há opções de backup. Durante o processo de implantação, existem mais de 300 eventos conhecidos como “falha de ponto único”. Essas são as postagens que Possui Para funcionar por design, porque não pode ser construído com repetição. “Falhas em um ponto são pequenas coisas engraçadas. E, tecnicamente, o que elas significam é essa coisa”, diz Low. Devo acontece. “A JWST depende muito deles durante todo o processo de implantação. Por exemplo, um total de 107 dispositivos de liberação são necessários para liberar as películas de proteção solar, permitindo que se estiquem até sua forma completa. De acordo com Lo, todos esses 107 são defeitos pontuais. 1.

A NASA não é estranha às falhas de ponto único. Quando a agência espacial pousou seu rover persistente em Marte em fevereiro passado, a sequência de pouso continha quase 100 pontos únicos de falha, de acordo com Zurbuchen. O pouso foi totalmente perfeito. Além disso, a NASA e a Northrop Grumman testaram várias implantações de JWST na Terra nos últimos dois ou três anos, ensaiando-as intrincadamente para a exibição final. Cada componente foi testado individualmente na Terra dezenas de vezes primeiro, antes de ser adicionado à espaçonave. Então, todo o telescópio foi dobrado e aberto várias vezes como uma unidade coesa.

“Temos confiança de que entraremos em órbita?”, Diz Lu. “A razão é que passamos nesses testes rigorosos do nível do solo.”

Os testes do JWST no terreno levaram vários anos a mais do que o planejado, mas tiveram que ser rigorosos devido à sua incapacidade de reparo. É uma das maiores diferenças entre o telescópio JWST e seu predecessor, o Telescópio Espacial Hubble, que orbita a Terra desde 1990. O Hubble foi projetado intencionalmente para obter o ajuste durante a órbita visitando astronautas; O JWST não tem essa capacidade. Além disso, enviar humanos para um telescópio geraria muito calor de qualquer maneira. “Mesmo se você colocar o traje espacial em torno de você ou de mim, ainda estará mais quente do que o ambiente do telescópio”, diz Zurbuchen.

Embora uma missão de serviço humano não seja viável para o JWST, a NASA fez um pequeno ajuste no projeto, caso a agência queira modificar o telescópio um dia. No verso do JWST, há adesivos em forma de cruzes. Eles têm como objetivo servir como alvos, para ajudar a guiar um visitante em potencial de uma espaçonave robótica para o JWST no futuro. Na última década, muitas empresas aeroespaciais trabalharam em um “serviço de satélite”, projetado para alcançar e capturar satélites que já estavam no espaço, seja para reabastecer em seus tanques ou para reformar componentes desatualizados. É possível que um dia a NASA queira enviar um satélite de manutenção ao JWST para adicionar mais combustível aos tanques do telescópio, estendendo seu tempo no espaço. Se isso acontecer, os alvos fornecerão um ponto de referência de onde a espaçonave visitante deve pendurar para encher o tanque JWST.

No entanto, ninguém na NASA está considerando essa missão de reabastecimento agora. Todos os associados ao JWST se concentram diretamente nas implantações. Uma vez que o telescópio esteja totalmente aberto nas próximas duas semanas, ainda há muito trabalho a ser feito enquanto o observatório se move através do espaço profundo. A NASA continuará a ajustar os espelhos JWST levemente, garantindo que todos estejam alinhados conforme o planejado. E cerca de 29 dias após o lançamento, o telescópio fará uma queima final de seus propulsores, colocando-o em sua posição final no espaço profundo.

Nesse ponto, o trabalho havia apenas começado. O pessoal da missão irá então testar e calibrar todos os instrumentos JWST para garantir que estão funcionando corretamente. Esse processo levará meses e as operações científicas estão programadas para começar neste verão.

Portanto, mesmo que o JWST seja publicado conforme planejado após algumas semanas, a preocupação realmente não tem fim. “É quando eu acho que muitos de nós vamos dar um suspiro de alívio, mas é claro, as ferramentas e os espelhos estavam apenas começando”, disse Lu. “Um grupo diferente de pessoas – fabricantes de ferramentas, designers, engenheiros, cientistas – vai começar a prender a respiração.”

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