Инженерные изображения четко сфокусированных звезд в поле зрения каждого инструмента демонстрируют, что телескоп полностью выровнен и находится в фокусе. Предоставлено: NASA/STScI
Космический телескоп «Джеймса Уэбба» (JWST) вступил в новую фазу процесса ввода в эксплуатацию, поскольку НАСА объявляет, что обсерватория завершила процесс юстировки и фокусировки зеркал и готова перейти к калибровке инструмента перед полноценными научными операциями в конце этого года.
«Эти замечательные тестовые изображения с успешно выровненных зеркал телескопа демонстрируют, чего могут достичь люди в разных странах и континентах, когда есть смелое научное видение исследования Вселенной», — сказал Ли Файнберг, менеджер по элементам оптического телескопа Уэбба в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА.
Чтобы обсудить это событие, NASASpaceflight поговорило с Чарли Аткинсоном, главным инженером программы JWST Northrop Grumman, о статусе телескопа, его производительности на данный момент и о том, что остается сделать генеральному подрядчику по мере того, как телескоп приближается к рабочему состоянию.
Оптическая настройка космического телескопа «Джеймса Уэбба»
«На каждом этапе все шло либо точно так, как планировалось, либо лучше, чем планировалось, и это было невероятно приятное чувство», — сказал Аткинсон, который работает в программе Webb для Northrop Grumman с 1998 года.
Один из этих лучших, чем ожидалось, показателей производительности связан с оптическими характеристиками телескопа. Как объяснил Аткинсон, «мы получаем указание на то, что фактические оптические характеристики телескопа на самом деле лучше, чем мы ожидали».
Аткинсон уточнил, комментируя тот факт, что все космические телескопы имеют массив оптических ошибок для учета определенных частей производственного процесса, которые могут способствовать ухудшению качества оптики, например, несовершенная полировка зеркал и несовершенная юстировка этих зеркал.
Кроме того, некоторая оптическая деградация может происходить из-за обязательных систем телескопа, которые, по мнению Уэбба, включают в себя систему управления ориентацией обсерватории и криокулер, обе из которых вызывают помехи или «дрожание» в системе.
Учитывая все эти факторы, команда смогла сравнить прогнозы с реальностью. «Если сложить все это воедино, то получается намного лучше, чем предполагаемые ранее оценки», — отметил Аткинсон.
Но чтобы добраться до точки, где можно было протестировать оптику, нужно было выровнять 18 отдельных сегментов главного зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба. Процесс, который сложнее, чем может показаться.
( Нажмите здесь, чтобы просмотреть архив материалов NASASpaceflight о космическом телескопе Джеймса Уэбба )
Для начала главное зеркало «Джеймса Уэбба» пришлось собрать из 18 меньших отдельных сегментов зеркала. И эти отдельные сегменты зеркала нельзя было полностью интегрировать и выровнять на земле, потому что зеркало диаметром 8,4 метра было слишком большим, чтобы поместиться в любой обтекатель полезной нагрузки для запуска. Поэтому зеркало приходилось складывать по частям, а затем разворачивать в пространстве.
Как только процесс развертывания был завершен, следующим шагом было перемещение каждого из 18 сегментов зеркала из их конфигураций блокировки запуска примерно на полдюйма — процесс, который занял несколько дней из-за того, насколько медленными были двигатели, предназначенные для перемещения элементов тонкой настройки.
Космический телескоп НАСА имени «Джеймса Уэбба». (НАСА)
Затем команда должна была выяснить, куда указывает каждый из этих сегментов зеркала, чтобы они могли выровнять их все вместе в эффективное «единое» зеркало.
«В этот момент у нас [был] телескоп, который [еще не] действительно начал юстироваться», — сказал Аткинсон. «Нам нужно было выяснить, где находятся эти 18 отдельных изображений. И мы сделали так называемый мозаичный узор».
Это включало вращение обсерватории по спирали, чтобы желаемая цель изображения была видна всеми 18 сегментами зеркала.
«Хорошая новость заключается в том, что это не заняло много времени, потому что эта коллекция из 18 изображений была не очень далека от идеального выравнивания», — сказал Аткинсон.
После того, как эти изображения были собраны, команде нужно было выяснить, какое зеркало смотрит на какое изображение. Для этого они медленно перемещали одно зеркало за раз и наблюдали, какое изображение перемещается.
Это было необходимо, чтобы предоставить одну часть информации, необходимой для перемещения каждого сегмента зеркала, чтобы выровнять их все вместе.
После того, как эти идентификации были завершены, команда выполнила первоначальную развертку фокуса, изменив фокус вторичного зеркала и изменив его расстояние от основного зеркала, чтобы увидеть, как изменились изображения.
«Это позволило нам сделать две вещи. Во-первых, это дало нам начальное местоположение, где мы хотим разместить вторичное зеркало, чтобы найти оптимальное положение», — сказал Аткинсон.
Второй предоставленный элемент был последней частью информации о том, как перемещать каждый сегмент главного зеркала для выравнивания.
«Весь процесс его получения, начиная с того момента, когда мы впервые сняли их с пусковых замков, и до момента, когда мы полностью выровняли телескоп, занял около двух месяцев», — сказал Аткинсон.
Перекрывающиеся операции
Пока эта работа с зеркалом продолжалась, другие команды были заняты подключением научных инструментов «Уэбба» к сети и их первоначальными проверками.
Для Northrop Grumman этот период также включал в себя основную задачу криокулера по охлаждению обсерватории до температуры в 6 градусов Кельвинов, необходимой максимальной рабочей температуры для MIRI (инструмент среднего инфракрасного диапазона).
Криоохладитель для МИРИ. Для MIRI требуется более низкая рабочая температура, чем для других инструментов Webb, и криокулер отвечает этому требованию. (Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт)
«Температуры в основном перестали меняться», — отметил Аткинсон, говоря о производительности криокулера. «Они все еще немного меняются, но по большей части мы довольно стабильны на данный момент».
Криоохладитель составлял значительную часть обсерватории, которую нельзя было полностью протестировать на земле из-за оперативных размеров телескопа.
«Был ряд подобных ситуаций, когда только из-за наземной среды с гравитацией, с температурными случаями, с такой большой обсерваторией вы [не могли] упаковать все это в одну камеру, потому что [не было] той, которая [был] достаточно большим, чтобы протестировать его».
«Поэтому мы протестировали сам криокулер как целое, чтобы убедиться, что он сможет получить нужное количество хладагента, нужное давление, нужные температурные условия. И мы протестировали инфракрасный прибор, чтобы убедиться, что он будет правильно реагировать. Но вы никогда не узнаете, пока не пройдете через все это», — сказал Аткинсон.
Часть работы криокулера включала в себя прохождение его линий охлаждающей жидкости по выдвижной стреле от главной шины управления телескопа до прибора MIRI, развертывание, которое растягивало линии криокулера, как Slinky.
«Это никогда не проверялось», — добавил Аткинсон. «Но все испытания, которые мы провели на земле, вселили в нас уверенность в том, что они сработают».
Хотя цель этого изображения состояла в том, чтобы сфокусироваться на яркой звезде в центре для оценки выравнивания, оптика Уэбба и NIRCam настолько чувствительны, что видны галактики и звезды, видимые на заднем плане. (Фото: НАСА/STScI)
И это так.
Будущее с JWST для Northrop Grumman
По мере того, как Webb проходит последние этапы ввода в эксплуатацию, работа Northrop Grumman с обсерваторией не закончится, когда она войдет в научную деятельность.
Испытательный стенд, который был построен на месте, будет по-прежнему использоваться для тестирования обновлений программного обеспечения, а также для оценки и анализа всего, что может пойти не так с Webb, что требует исправления.
«Если есть аномалия, и мы можем проверить это на испытательном стенде, чтобы сказать: «Да, такое поведение возникает, если это то, что произошло в обсерватории», а затем мы можем проверить: «Хорошо, как мы хотим исправить это?», — отметил Аткинсон.
«Так что такого рода техническое обслуживание — это то, что мы обязательно будем делать для James Webb в течение его обозримой жизни».
Первоисточник:
