Путешествие самого мощного космического телескопа "Джеймс Уэбб" в место его постоянного нахождения в космическом пространстве подходит к концу.
Телескоп стоимостью 10 миллиардов долларов был запущен при помощи ракеты "Ариан-5" в космос 25 декабря 2021 года.
В эти несколько часов телескопу предстоит завершить коррекцию траектории полёта, что позволит вывести эту астрономическую обсерваторию на орбиту вокруг точки в космосе, получившей название точка Лагранжа Земля-Солнце 2, или L2.
Согласно графика NASA, ожидается, что телескоп завершит этот последний манёвр 23 января 2022 года. Все подготовительные работы по раскрытию защитного экрана телескопа были ранее успешно осуществлены.
Для защиты телескопа от от нагревания солнцем предназначен специальный пятислойный экран. Каждый слой экрана невероятно тонкий: толщина первого слоя составляет всего 0,05 миллиметра, а остальных — 0,025 миллиметра. Толщина алюминиевого покрытия составляет 100 нанометров, а кремниевого — 50 нанометров.
Экран состоит из пяти тонких слоев каптона, на каждый из которых нанесено покрытие из алюминия. Кроме того, первые два слоя, обращенные к Солнцу, обладают еще и покрытием из легированного кремния.
Вакуум между слоями усиливает теплоизоляцию — один толстый экран из каптона будет проводить тепло лучше, чем пять слоёв, разделенных вакуумом. Моделирование показало, что максимальная температура первого слоя будет 383 кельвин, а минимальная температура последнего слоя составит 36 кельвин.
Обсерватория уже завершила основные этапы развертывания опорной башни, теплозащитного экрана, солнечной батареи, радиаторов и зеркала оптической системы, а также совершила два из трёх манёвров коррекции траектории.
Работы по развёртыванию сегментов зеркала начались 12 января и должны были продолжаться около 10 дней, но операции получилось закончить даже быстрее.
19 января 2022 года "Джеймс Уэбб" завершил операцию выдвижения 18 сегментов главного зеркала, а также 132 приводов, расположенных на задней стороне сегментов главного и вторичного зеркал.
Главное зеркало обсерватории — уникальная оптическая система. Оно в шесть раз больше, чем у «Хаббла» (его площадь 27 квадратных метров), и при этом легче почти на треть — 625 кг против 828 кг. Это потому, что в качестве основного материала для зеркал используется не стекло, а бериллий — очень легкий и прочный материал, который помимо этого еще и обладает более низким коэффициентом теплового расширения по сравнению со стеклом.
Из бериллиевых сплавов делают многие детали сверхзвуковых самолётов, а в качестве материала для зеркала его уже опробовали на телескопах "Спитцер" и IRAS. Заготовки зеркал прошли испытания на устойчивость к бомбардировке микрометеороидами, которые показали, что они способны их выдерживать.
Заготовки получили путём прессования бериллиевого порошка в формах из нержавеющей стали. Затем им придавали окончательную форму, шлифовали и полировали.
Потом каждое из зеркал покрыли тонким слоем золота методом парофазного осаждения в вакууме: толщина золотого покрытия составляет 100 нанометров, а всего на обсерваторию ушло 48,25 грамма чистого золота, что сравнимо с массой мяча для гольфа.
Золото выбрано не случайно — оно лучше отражает инфракрасное излучение и длинноволновую часть оптического излучения. Поверх золотого покрытия нанесен тонкий слой аморфного диоксида кремния для защиты от царапин. Работы над главным зеркалом были завершены в 2016 году.
При развёртывании главного зеркала его сегменты были смещены на 12,5 миллиметра от первоначального положения, поэтому в дальнейшем необходимо провести тонкую настройку положения зеркал для придания главному зеркалу параболической формы. Специалистам NASA проведут кропотливый процесс тонкой настройки позиции каждого сегмента, чтобы 18 разрозненных картинок вселенной составили одно изображение. Эта работа займёт около трёх месяцев.
Только через полгода после запуска телескоп получит первые полноценные научные данные. Так что первых снимков придётся долго ждать.
К настоящему времени обсерватория пролетела почти весь путь к рабочей гало-орбите вокруг L2 в системе Солнце—Земля, а 23 декабря она выполнит финальный манёвр выхода на орбиту и начнёт процесс юстировки (от нем. justieren выверять — ряд операций по выравниванию конструкций и конструктивных элементов измерительного или оптического прибора и приведение его в рабочее состояние, обеспечивающее точность, правильность и надёжность механизма).
Зеркальные сегменты пока ещё не совсем готовы к наблюдению. NASA должно точно настроить положение каждого сегмента, чтобы они стали одним большим сверхмощным зеркалом.
Команда «Уэбба» рассчитывает, что процесс настройки будет длиться около трёх месяцев. За процесом юстировки последует этап калибровки научных инструментов телескопа. Для обозначения подобных действий к различным научным приборам также применяют термин "регулировка" или калибровка, который займёт около трёх месяцев.
Об очередном достижении проекта по выведениютелескопа в космоссообщил в твиттере администратор NASA Билл Нельсон (Bill Nelson): "Только что поступило от команды @NASAWebb: все 18 сегментов основного зеркала и вторичное зеркало полностью развёрнуты! Поздравляю команды, неустанно работавшие с запуска, с этим достижением. Вскоре "Уэбб" прибудет в свой новый дом, L2". Под новым домом считается точка Лагранжа L2 системы Солнце-Земля.
Основное зеркало телескопа включает в себя 18 шестиугольных сегментов, каждый из которых управляется семью индивидуальными приводами и регулируется с высокой точностью. Все сегменты теперь развёрнуты на своих позициях, и произошло это на пару дней раньше установленного срока.
23 января космический телескоп "Джеймс Уэбб" должен получить из центра управления команду на последнюю коррекцию траектории движения к точке назначения для проведения научной работы. Но прибытие в точку Лагранжа L2 вовсе не означает, что телескоп неподвижно зависнет в пространстве. Наоборот, он продолжит движение вокруг точки L2 по орбите, превышающей орбиту Луны при вращении вокруг Земли.
Сохранение орбитального движения вокруг точки L2 потребует сравнительно небольшого расхода топлива. Двигатели коррекции траектории будут включаться примерно один раз в три недели. Полный оборот вокруг точки L2 телескоп будет совершать каждые 6 месяцев.
Телескоп намечено доставить к месту работы без тормозных двигателей, так как использование двигателей для торможения сразу было отброшено ещё в начале миссии, поскольку это заставило бы обсерваторию повернуться на 180 градусов чувствительной аппаратурой к Солнцу.
Вместо этого режимы работы ракеты-носителя "Aриан-5", был выбран иной, чтобы она задала необходимый и достаточный импульс скорости телескопу, а он тормозился бы по законам обычной небесной механики благодаря гравитационному влиянию Солнца, Земли и, в меньшей степени, Луны.
Судя по результатам, манёвр удался и, более того, топливо сэкономили на двух предыдущих коррекциях траектории, а это годы дополнительной работы телескопа в космосе.
При движение по орбите вокруг точки L2 Земля не будет перекрывает Солнце, что позволит солнечным батареям "Джеймса Уэбба" работать в полном объёме. Точка L2 важна для работы инфракрасных приборов телескопа, так как в ней нет прямого отражённого света Солнца от Земли и Луны и эти небесные тела всегда будут повёрнуты к телескопу ночной стороной.
Ближайшим из ключевых этапов для обсерватории станет прибытие в точку назначения, расположенную на расстоянии 1,5 млн км от Земли в направлении, противоположном Солнцу. Согласно расписанию NASA, финальный манёвр "Джеймса Уэбба" состоится в воскресенье 23 января.
Угловое разрешение "Джеймса Уэбба" будет около 0,1 угловой секунды на длине волны 2 микрометра. Это означает, что он способен детально разглядеть футбольный мяч с расстояния 550 километров.