Webb se cierra en el destino junto con un espejo importante al hacer clic – Spaceflight Now

Una historia escrita para Noticias CBS & usado con permiso

Treinta días después del despegue de la Tierra, el Telescopio Espacial James Webb se deslizará en órbita a un millón de millas de distancia el lunes, un lugar ideal para escanear el cielo en busca de luz infrarroja tenue de estrellas y galaxias de primera generación.

Pero llegar allí, y esparcir con éxito un paraguas gigante, espejos y otros accesorios en el camino, fue solo la mitad de la diversión.

Los científicos e ingenieros ahora tienen que convertir el Webb de $ 10 mil millones en un telescopio eficiente, alineando con precisión los 18 segmentos del espejo primario para que funcionen juntos como un solo espejo de 21.3 pies de ancho, el más grande jamás lanzado.

A principios de esta semana, el equipo de operaciones remotas de la misión completó una operación de varios días para levantar cada parte, el espejo secundario de 2,4 pies de ancho del telescopio, a media pulgada de los bloqueos de lanzamiento que lo mantuvieron en su lugar durante el día de Navidad en el observatorio. Ir al espacio a bordo de un cohete europeo Ariane 5.

Ahora que está completamente desplegado, 18 clips están actualmente alineados dentro de un milímetro más o menos. Para que el telescopio logre un enfoque extremadamente nítido, esta alineación debe ajustarse dentro de 1/10000 del ancho de un cabello humano usando múltiples actuadores para inclinar e incluso cambiar la forma de la sección si es necesario.

“Nuestro espejo primario está segmentado, y estos segmentos necesitan alinear solo una pequeña porción de la longitud de onda de la luz”, dijo Lee Feinberg, director del Elemento del Telescopio Óptico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “No estamos hablando de micrones, estamos hablando de una fracción de longitud de onda. Eso es lo que es tan difícil de manejar en Webb”.

La NASA dice que una vez que sus instrumentos estén alineados y calibrados, Webb será 100 veces más potente que el Hubble, y es tan sensible a la luz infrarroja que puede detectar el leve calor de un abejorro a cierta distancia de la luna.

Cada pieza de espejo ha sido fresada con una prescripción que tiene en cuenta los efectos distorsionadores de la gravedad a medida que se fabrica en la Tierra y su contracción esperada a las temperaturas extremadamente bajas en el espacio. Eran muy conscientes de que si uno fuera a volar hasta el tamaño de los Estados Unidos, las Montañas Rocosas de 14,000 pies tendrían menos de 2 pulgadas de alto.

Pero si Webb estuviera apuntando a una estrella brillante hoy, el resultado serían 18 imágenes separadas “y se verían horribles, estarían muy borrosas”, dijo Feinberg en una entrevista, “porque los segmentos del espejo primario aún no están alineados”.

Este es el próximo gran obstáculo para el equipo de Webb, mapear y luego inclinar cada parte en pequeños incrementos, fusionando esas 18 imágenes para formar un punto de luz perfectamente enfocado. Es un proceso iterativo de varios pasos que se espera que tarde varios meses en completarse.

Pero primero, el telescopio debe entrar en órbita alrededor del Punto 2 de Lagrange, a 930 000 millas de la Tierra, donde la gravedad del Sol y la Tierra se combinan para formar una bolsa de estabilidad que permite que la nave espacial permanezca en su lugar con un gasto mínimo de combustible.

También es un punto en el que el dosel de Webb, del tamaño de una cancha de tenis, puede funcionar con el máximo beneficio, bloqueando el calor del Sol, la Tierra, la Luna e incluso el polvo interplanetario cálido que, de otro modo, bañaría los sensibles detectores infrarrojos del telescopio.

A partir del sábado, partes del espejo se han enfriado a unos -340 grados Fahrenheit, en camino a una temperatura de funcionamiento de unos -390, o poco menos de 40 grados por encima del cero absoluto.

Mientras continúa el enfriamiento, se planea un propulsor de corrección de trayectoria de 4 minutos y 58 segundos para el lunes a las 2 p.

Si todo va bien, el telescopio permanecerá en esta órbita de seis meses por el resto de su vida operativa, disparando periódicamente un lanzador de conservación de la estación para permanecer en la estación.

Con la inserción orbital ardiendo detrás de ellos, los ingenieros avanzarán con la alineación del espejo, uno de los aspectos más complejos del ya complejo despliegue de Webb.

Cada clip de espejo de base hexagonal de 4.3 pies de ancho presenta seis actuadores mecánicos en una disposición “hexagonal” en el reverso, lo que permite el movimiento en seis direcciones. El séptimo actuador puede empujar o tirar del centro de un clip para deformar ligeramente su curvatura si es necesario.

Después de que la cámara de infrarrojo cercano Webb, o NIRCam, alcance su temperatura de funcionamiento, Webb apuntará a una estrella brillante para que el instrumento pueda trazar los reflejos de los 18 sectores, creando un mosaico que muestra su tamaño y posición relativos.

A continuación, se ajustarán los clips de los espejos uno a uno, utilizando un gatillo y luego otro, para orientarlos correctamente. Se realizarán mosaicos adicionales a medida que continúe el proceso y, dependiendo de los resultados, es posible que se deba repetir el proceso de alineación.

“Lo importante es hacer que los dieciocho segmentos del espejo primario apunten de manera similar para que sus imágenes tengan aproximadamente el mismo tamaño”, dijo Feinberg. “Algunos de ellos pueden estar muy desenfocados, por lo que es posible que obtenga un punto grande (imagen de estrella borrosa) en el segmento 5 y un área pequeña en el segmento 3”.

El objetivo es inclinar las secciones según sea necesario para reducir el tamaño de las imágenes desenfocadas y luego mover los múltiples reflejos al mismo punto en el centro del eje óptico del telescopio, todos apilados uno encima del otro para producir un solo haz de alta luz enfocada.

“En el nivel más alto, piense en ello como 18 telescopios separados alineados aproximadamente en el mismo nivel”, dijo Feinberg. “Y luego superpondremos 18 puntos uno encima del otro. A eso lo llamamos apilamiento de imágenes. Es el proceso de inclinar los segmentos del espejo primario para que las imágenes queden una encima de la otra”.

La clave, dijo, es “realmente necesitas tener un muy buen control de esos motores, inclinaciones muy precisas, porque necesitamos que estos 18 puntos se superpongan muy bien”.

Cualquier pieza puede perder uno de los seis gatillos de inclinación sin ningún efecto. Incluso la pérdida del accionamiento central puede compensarse hasta cierto punto moviendo el clip un poco hacia arriba o hacia abajo.

Pero extensas pruebas sobre el terreno han demostrado que los motores de alta tecnología son muy fiables. Los procedimientos se probaron antes del lanzamiento utilizando un modelo a escala del telescopio, y Feinberg dijo que confiaba en que el proceso de alineación funcionaría según lo planeado.

“¿Cuándo vamos a tener una imagen de una estrella en fase (adecuadamente apilada y enfocada)? Creo que será en algún momento de marzo, tal vez a fines de marzo”, dijo.

“Pero la siguiente pregunta es, ¿cuándo vamos a tener un telescopio perfectamente alineado, incluido el espejo secundario, optimizado para los cuatro instrumentos? El plan original nos tenía haciendo eso cuatro meses después de la misión. Así que eso sería como el final de abril.”

Esto todavía no es suficiente para comenzar las observaciones científicas.

Una vez que el sistema óptico esté alineado, el equipo se centrará en probar y calibrar la NIRCam, una cámara compuesta y un espectrómetro, y los otros tres espectrofotómetros del telescopio, uno de los cuales incluye el sensor de orientación preciso necesario para mantener a Webb fijo en el objetivo.

Este proceso tardará otros dos meses más o menos en completarse. Solo entonces se darán a conocer al público las imágenes enfocadas de la “primera luz”.

“Queremos asegurarnos de que las primeras imágenes que vea el mundo, que vea la humanidad, hagan justicia a este telescopio de 10 000 millones de dólares y no imágenes de, ya sabes, hola, estrella”, dijo Jane Rigby, científica del proyecto de operaciones de Webb. en Godard.

“Así que estamos planeando publicar una serie de imágenes ‘wow’ al final de la puesta en marcha cuando comencemos las operaciones científicas normales diseñadas para mostrar lo que este telescopio puede hacer… y para sorprender a todos”.