NASAs Webb-teleskop pakker sit solskjold til en tur på en million mile

Ingeniører, der arbejder på NASAs James Webb-rumteleskop, har med succes foldet og pakket dets solskjold til dens kommende million-mile (ca. 1,5 million kilometer) rejse, som begynder senere i år.

Solskjoldet - et femlags, diamantformet struktur på størrelse med en tennisbane - blev specielt konstrueret til at folde op omkring de to sider af teleskopet og passe inden for rammerne af dets løfteraket, Ariane 5-raketten. Nu hvor foldningen er afsluttet ved Northrop Grumman i Redondo Beach, Californien, solskjoldet vil forblive i denne kompakte form gennem opsendelsen, og de første par dage vil observatoriet tilbringe i rummet.

Designet til at beskytte teleskopets optik mod varmekilder, der kan forstyrre synet, solskjoldet er en af ​​Webbs mest kritiske og komplekse komponenter. Fordi Webb er et infrarødt teleskop, dens spejle og sensorer skal holdes ved ekstremt kolde temperaturer for at registrere svage varmesignaler fra fjerne objekter i universet.

I rummet, den ene side af solskjoldet vil altid reflektere lys og baggrundsvarme fra solen, Jorden og Månen. Termiske modeller viser, at den maksimale temperatur i det yderste lag er 383 Kelvin, eller omkring 230 grader Fahrenheit. I mellemtiden den anden side af solskjoldet vil altid vende mod det dybe rum, hvor det koldeste lag har en modelleret minimumstemperatur på 36 Kelvin, eller omkring minus 394 grader Fahrenheit.

Fuldt indsat, teleskopets solskærm måler næsten 70 fod gange 47 fod (21 meter gange 14 meter). Når de er stuvet inde i raketten til affyring, det foldede solskjold vil blive pakket i et meget begrænset område mellem andre strukturer i observatoriet for at rumme den begrænsede plads inde i den 18 fod (5,4 meter) diameter raketkåbe.

"Der er ikke noget, der er analogt med det, vi forsøger at opnå med at folde et solskjold på størrelse med en tennisbane sammen, men det ligner at pakke en faldskærm, " sagde Jeff Cheezum, en lead solskærmsdesigner hos Northrop Grumman. "Ligesom en faldskærmsudspringer har brug for deres faldskærm pakket korrekt for at kunne åbne perfekt og for at komme tilbage til Jorden med succes, Webb har brug for, at solskærmen er perfekt stuvet for at sikre, at den også åbner sig perfekt og bevarer sin form, for at kunne holde teleskopet på dens krævede driftstemperatur."

Den månedlange proces med at folde solskærmen begyndte med at lægge de fem lag så fladt som muligt. I sin udstationerede tilstand, solskjoldet ligner et flerlags sølvskib, så dens iboende buede overflader tilføjede en grad af kompleksitet til dette trin. Bagefter, lagene blev løftet lodret og støttet på særligt støtteudstyr, så de kunne fastholdes ordentligt til foldning. Et team af teknikere foldede derefter forsigtigt hvert lag i et zigzag-mønster for at skabe harmonika-lignende stakke af membraner på hver side af teleskopet.

Det første lag af solskjoldet er to tusindedele af en tomme (0,005 centimeter) tykt, mens de andre fire lag kun er en tusindedel af en tomme tykke. For holdet, en indbygget udfordring var det fine ved at folde så tynde lag. Foldeprocessen skulle også tage højde for komponenter som solskærmens 90 forskellige spændekabler, som skal opbevares på en bestemt måde for at sikre, at solskærmen udfolder sig jævnt.

Med den succesfulde færdiggørelse af solskærmsfoldning, ingeniørteamet har forberedt solskjoldet til dets komplekse udbredelse i rummet. Solskjoldet vil folde sig ud i slutningen af ​​teleskopets første uge i rummet efter opsendelsen, strække sig ud til sin fulde størrelse og derefter adskille og spænde hvert af dets fem lag. Test af denne udfoldnings- og spændingsprocedure blev afsluttet for sidste gang på Jorden i december 2020.

"Tænk på det baglæns; vi vil have, at den udsatte solskærm opnår en bestemt form, så vi får den ydeevne, vi har brug for. Hele foldningsprocessen blev designet med det i tankerne. Vi skal folde rent og omhyggeligt på samme måde hver gang, for at sikre, at udfoldelsen sker præcis, som vi ønsker det, " sagde James Cooper, ledende solskjoldsingeniør ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

For eksempel, et af de mest indviklede aspekter af foldningsprocessen involverede justering af membranstablerne. Hvert af solskjoldets lag har hundredvis af bevidste huller, som er bevidst indrettet til at undgå, at lys og varme passerer til teleskopets optiske elementer, når solskærmen er fuldt udfoldet. Disse huller skal være på linje under foldningen, så Webb-teknikere kan indsætte "stifter" gennem hullerne i hver membranstabel. De 107" stifter, " eller membranudløseranordninger, vil hjælpe med at fastholde lagene til lancering, men slip for at folde solskjoldet ud, når teleskopet er i rummet.

"Det er en meget metodisk proces, som vi bruger til at sikre, at alt er justeret korrekt, " sagde Marc Roth, maskiningeniør hos Northrop Grumman. "Vores hold har været igennem flere træningscyklusser, og vi har implementeret mange erfaringer fra de tidligere gange, vi har udført denne proces, alt sammen kulminerede i denne sidste solskærmsfold."

I løbet af de næste tre måneder, ingeniører og teknikere vil færdiggøre stuvning og sikring af det pakkede solskjold. Denne proces involverer installation af membranfrigørelsesanordningerne, rigning og sikring af alle solafskærmningskabler, og opbevaringsovertræk til solskærmsmembranerne. Det vil også omfatte opbevaring af solskjoldets to "arme" - Mid-Boom-samlingerne - som vil forlænge solskjoldet vandret udad under udsættelsen, samt stuvning af de to pallestrukturer, der holder solskærmen på plads.

Observatoriet vil desuden gennemgå en sidste spejlinstallation, før det sendes til dets opsendelsessted i Fransk Guyana, Sydamerika.