۲۹ روز وحشت با تلسکوپ فضایی جیمز وب؛ از پرتاب تا پس از آن

اکنون دقیقا یک ماه تا زمان برنامه‌ریزی شده برای پرتاب بزرگ‌ترین مأموریت نجومی سال‌های اخیر باقی‌مانده است و تیم‌های فنی گام‌های نهایی پیش از پرتاب را برای آماده‌سازی تلسکوپ فضایی جیمز وب پیش می‌برند اما این تلسکوپ پس از پرتاب مسیری پرچالش را تا استقرار کامل پیش رو دارد که ۲۹ روز حساس را برای آن رقم خواهد زد.

از زمان ورود کشتی حامل جیمز وب به محل پرتاب در ماه گذشته، آزمایش‌های آماده‌سازی جیمز وب ۵۵ روز طول طول خواهد کشید. پس از ورود وب به گویان فرانسه، این تلسکوپ به اتاق تمیز انتقال داده شد و تکنسین‌های کنترل آلودگی، اطمینان حاصل کردند که رصدخانه از سفر ۹۳۰۰ کیلومتری به سلامت گذشته و بدون هر گونه آلودگی است.

سپس مهندسان مجموعه‌ی نهایی آزمایش‌های الکتریکی و عملکردی را انجام دادند و پیکربندی مکانیکی تلسکوپ را در حالت جمع‌شده بررسی کردند تا اطمینان یابند که به‌خوبی به محل پرتاب رسیده است. به زودی خدمه‌ی آموزش‌دیده با لباس‌های مخصوص استریل (Hazmat) فرآیند دو هفته‌ای بارگیری فضاپیمای وب با سوخت هیدرازین و اکسیدکننده‌ی نیتروژن تتروکسید را که برای تأمین نیروی رانشگرهای موشکی و حفظ مدار تلسکوپ نیاز است، آغاز خواهند کرد.

در گام بعدی وب به ساختمان یکپارچه‌سازی منتقل می‌شود و بر بالای موشک «آریان ۵» (Ariane 5) نصب خواهد شد تا برای پرتاب آماده باشد. چند برچسب قرمز نهایی نهایی پیش از پرواز برداشته شده‌اند و چند برچسب سبز اضافه شده هم پیش از پرواز نصب می‌شوند. سپس کلاهک موشک در بالای آن قرار می‌گیرد و در جای خود قفل می‌شود. این نشان‌دهنده‌ی پایان سفر طولانی آماده‌سازی وب برای پرتاب است و بدین ترتیب آماده‌ی پرتاب از بندرگاه فضایی اروپا یا همان مرکز فضایی گویان (CSG) خواهد بود.

شیوه‌ی قرارگیری تلسکوپ فضایی جیمز وب در موشک آریان ۵
Credit: ESA

موشک آریان ۵ به‌عنوان یک وسیله‌ی پرتابگر کاملا یکپارچه با محموله‌ای مانند «تلسکوپ فضایی جیمز وب» (James webb Space Telescope)، چند روز پیش از پرتاب به سمت سکوی پرتاب خواهد رفت. در این مرحله مهندسان از طریق اتصالات الکتریکی که از اتاق کنترل محموله تا سکوی پرتاب کشیده شده‌اند، بر موشک نظارت می‌کند. این اتصالات هنگام برخاستن موشک از آن جدا می‌شوند.

چند ساعت پیش از بلند شدن، موشک با سوخت هیدروژن مایع و اکسیدکننده‌ی اکسیژن مایع پر می‌شود. حدود نیم ساعت پیش از پرتاب هم مهندسان اتاق کنترل، تأمین‌کننده‌ی نیروی محموله‌ی فضاپیما را از نیروی الکتریکی خارجی به باتری داخلی فضاپیما تغییر می‌دهند.

پرتاب وب قطعا لحظه‌ای محوری برای ناسا و شرکای آن در این پروژه یعنی آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) خواهد بود اما این تنها آغاز کار است.

۲۹ روز پس از آن یک زمان هیجان‌انگیز اما ترسناک است. هزاران قطعه‌ی تلسکوپ باید به‌درستی و گام‌به‌گام کار کنند تا جیمز وب باز شود و در پیکربندی نهایی خود قرار بگیرد. همه‌ی اینها باید در حالی که فضاپیما کاملا تنها در وسعت فضا حرکت می‌کند و به سوی مقصدی ۱٫۵ میلیون کیلومتر دورتر می‌رود، انجام شوند.

پیچیده‌ترین روند استقرار فضایی در انتظار جیمز وب

۲۹ روز حیاتی وب با برخاستن از زمین آغاز می‌شود. در ابتا و پس از ۲۰۶ ثانیه پرواز، در ارتفاع حدود ۱۲۰ کیلومتری از جو، دو نیمه‌ی کلاهک موشک که هنگام صعود از مجموعه‌ی رصدخانه‌ی فضایی محافظت می‌کنند، توسط یک سیستم آتش‌افکن و فنر از هم جدا می‌شوند و جیمز وب را در معرض فضا قرار می‌دهند.

طرحی گرافیکی از حرکت تلسکوپ وب در فضا
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

تیم‌های مأموریت انتظار دارند در مدت کوتاهی پس از این جدایش، سیگنال ارتباطی از تلسکوپ وب دریافت کنند. سپس تلسکوپ تقریبا ۲۸ دقیقه پس از پرتاب از پرتابگر جدا می‌شود و از این لحظه به بعد، تیم زمینی در مؤسسه‌ی علمی تلسکوپ فضایی که در بالتیمور مستقر است، کنترل کامل آن را در دست خواهد داشت تا پیچیده‌ترین توالی استقرار را که تا کنون در فضا انجام شده است، آغاز کند.

برای گشودن راز کیهان، نخست باید این تلسکوپ را باز کنیم. به دنبال پرتاب، بیش از ۳۰۰ نقطه‌ی احتمال شکست و ۵۰ عملیات استقرار اصلی باید با موفقیت سپری شوند تا از عملکرد صحیح این ابزار قدرتمند علمی اطمینان حاصل شود. زیرا در چنین فاصله‌ای در فضا، امکان فرستادن ربات یا انسانی برای تعمیر تلسکوپ وجود ندارد.

نخستین گام استقرار وب، باز کردن آرایه‌ی خورشیدی آن است که بین ۳۱ تا ۳۳ دقیقه پس از برخاست انجام می‌شود تا با توان تقریبا ۲ کیلووات، از تخلیه‌ی بیشتر باتری داخلی جلوگیری کند. همچنین برای فعال کردن ارتباط با بالاترین نرخ داده با زمین از طریق شبکه‌ی فضای دوردست ناسا (DSN)، پلتفرم آنتن متوسط و با بهره‌ی بالا، طی دو ساعت باز می‌شود.

۱۲ ساعت و نیم پس از پرتاب، جیمز وب پیشرانه‌های خود را روشن می‌کند و برای نخستین بار چندین اصلاح حیاتی مسیر را انجام می‌دهد تا رصدخانه را به سمت مقصد نهایی خود در مدار هدایت کند. این رصدخانه تقریبا دو روز و نیم پس از پرتاب از ماه خواهد گذشت و این حتی سریع‌تر از زمانی است که فضانوردان آپولو به مدار ماه رسیده بودند.

خارج کردن تلسکوپ جیمز وب از بستر محافظ در اتاق تمیز، هنگام جابه‌جایی به کورو، گویان فرانسه
Credit: Credit: NASA/Chris Gunn

نخستین استقرار بزرگ وب، گسترش قاب محافظ آن است که «ساختار پالت یکپارچه» ( Unitized Pallet Structure) نام دارد و تقریبا سه روز پس از پرتاب به سمت پایین تا می‌شود و فضای کافی را برای ادامه‌ی گسترش رصدخانه، باز می‌کند. این نشان‌دهنده‌ی آغاز همه‌ی استقرارهای اصلی است و تقریبا ۵ ساعت طول خواهد کشید تا پالت‌های جلو و عقب به‌طور کامل جمع شوند.

چهار روز پس از پرتاب، یک برج تاشو گسترش خواهد یافت تا آینه‌ها و ابزار تلسکوپ را از مجموعه‌ی فضاپیما جدا کند. این جداسازی به شکل مؤثری تلسکوپ را از ارتعاشات و گرمای هدایت شده از بستر فضاپیما جدا می‌کند. چنین گسترشی همچنین به بقیه‌ی اجزای بزرگ‌تر تاشو، مانند آفتابگیر و آینه‌ی اصلی امکان می‌دهد تا فضای کافی برای ادامه‌ی حرکات پیچیده‌ی خود داشته باشند.

در ادامه استقرار سایه‌بان محافظ آفتاب که یکی از بزرگ‌ترین فرآیند‌های لازم است، تقریبا ۵ روز پس از پرتاب به‌طور رسمی آغاز می‌شود. این فرآیند شامل باز شدن یک آرایه‌ی آفتابگیر پیچیده به اندازه‌ی زمین تنیس است که دارای ۱۴۰ سازوکار آزادسازی، مجموعه‌ی ۷۰ لولا، ۴۰۰ قرقره، ۹۰ کابل و ۸ موتور استقرار به همراه فنرها و چرخ‌دنده‌ها است.

در این مرحله پوشش‌های مخصوصی که از این آفتابگیر در هنگام سفر به فضا محافظت می‌کنند، برداشته می‌شوند. گام بعدی یک نقطه‌ی حساس مأموریت خواهد بود. زمانی که همه‌ی ۱۰۷ پین گسترش آفتابگیر پنج لایه که در جای خود قفل شده‌اند، از جای خود خارج شوند و اتصال‌ها را آزاد کنند.

پس از اینکه همه‌ی پین‌های محافظ آفتابگیر با موفقیت برداشته شدند، دو بال که به‌عنوان بوم‌های میانی شناخته می‌شوند، گسترش می‌یابند تا هر یک از لایه‌های محافظ آفتابگیر را تقریبا یک روز بعد به شکل نهایی الماس-مانند خود مستقر کنند.

پس از استقرار کامل، هر یک از پنج لایه با استفاده از قراره‌ها و سیستم‌های موتوری خاص تنش و جدا می‌شوند. انتظار می‌رود که استقرار و گسترش آفتابگیر بین هشت ۸ تا ۹ روز پس از بلند شدن به پایان برسد اما در صورت بروز هر گونه مشکل پیش‌بینی نشده، می‌توان سرعت آن را کاهش داد.

آزمایش‌های پیش از پرتاب جیمز وب
Credit: NASA/Chris Gunn

با انجام کشش و گسترش آفتابگیر، یک رادیاتور ویژه در پشت آینه‌ی اولیه مستقر می‌شود تا به خنک شدن ابزار علمی کمک کند. در ادامه، ابزار نوری وب و چشم جدید ناسا به کیهان باز می‌شود. استقرار تلسکوپ با باز کردن و قرارگیری پایه‌ی نگهدارنده‌ی آینه‌ی ثانویه در محل خود آغاز می‌شد و انتظار می‌رود که این مرحله ۲ ساعت بعد از روز دهم پرتاب، کامل شود.

آینه‌ی ثانویه یکی از مهم‌ترین تجهیزات تلسکوپ است که برای موفقیت مأموریت ضروری است. این آینه‌ی دایره‌ای کوچک‌تر از آینه‌ی اصلی است که نقش مهمی در جمع‌آوری نور از ۱۸ آینه‌ی اصلی وب در یک پرتو متمرکز دارد.

استقرار آینه‌ی اولیه هم قرار است در روز دوازدهم آغاز شود، با شروع از پنل‌های کناری آینه که هر کدام سه بخش آینه را در خود جای می‌دهند قرارگیری آن‌ها که شامل بیرون آمدن و محکم شدن در جای خود است، حدود ۳ ساعت طول می‌کشد. در ۱۳ روز بعدی هم انتظار می‌رود که استقرار بزرگ-مقیاس وب انجام شود و قفل شدن بال‌های آینه‌های اصلی، شکوه کامل تلسکوپ را نمایان کند.

پس از بسته شدن بال‌های آینه، یک فرآیند ۱۰ روزه و چند مرحله‌ای برای خارج کردن همه‌ی ۱۸ بخش اصلی آینه از پیکربندی حالت پرتاب، آغاز می‌شود و در روز ۲۵ به پایان می‌رسد. سپس برای تنظیم دقیق آینه‌ها، ۱۲۶ محرک بسیار دقیق در پشت آن‌ها، هر آینه را به شکلی ماهرانه شیبدار می‌کند. فرآیندی که ماه‌ها طول می‌کشد.

در روز بیست‌ونهم، تلسکوپ وب بار دیگر پیشرانه‌های خود را روشن می‌کند تا خود را در مدار تعیین شده، دومین نقطه‌ی لاگرانژ یا L2، که حدود ۱٫۵ میلیون کیلومتر دورتر از زمین است قرار دهد و رسما دشوارترین و پیچیده‌ترین توالی استقرار را که تا کنون در فضا انجام شده است، به پایان برساند.

مسیر سفر و فرآیند استقرار جیمز وب در هر مرحله
Credit: NASA/Universe Today

بدین ترتیب تلسکوپ فضایی جیمز وب یک فرآیند بسیار حساس و لب مرزی را پیش رو دارد اما ناسا معتقد است که سال‌ها آموزش و مدیریت پروژه در آژانس‌های فضایی همکار، به وب در این فرآیند پیچیده کمک خواهد کرد.

در حالی که ماه اول پرتنش‌ترین بخش استقرار است، شش ماه طول می‌کشد تا همه‌ی ابزارها روشن، کالیبره و راه‌اندازی شوند تا مجموعه‌ی رصدخانه به‌درستی کار کند و دانشمندان بتوانند نخستین نور را از نگاه آن ببینند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از استقرار، برترین رصدخانه‌ی علوم فضایی جهان خواهد بود. این فضاپیما اسرار منظومه‌ی شمسی ما را حل خواهد کرد، به دنیاهای دوردست اطراف ستاره‌های دیگر نگاه خواهد کرد و ساختارها و منشأ اسرارآمیز جهان و مکان ما را بررسی می‌کند تا درک بشر را از کیهان تغییر دهد.

• تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری ناسا آماده‌ی پرتاب به فضا است

عکس کاور: طرحی گرافیکی از تلسکوپ فضایی جیمز وب در فضا
Credit: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

منابع: SciTechDaily, Space, Universe Today