Когда и почему "Джеймс Уэбб" может потерпеть неудачу, не достигнув места назначения?

Чуть менее чем через две недели телескоп "Джеймс Уэбб" покинет Землю и отправится к точке L2. Недостаток, пусть и незаметный, в сложном механизме может помешать успеху миссии, делая бесполезными человеческие, технологические, экономические и ресурсные усилия. Но каковы потенциальные риски?

"Для большинства миссий запуск составляет основную часть риска миссии: как только космический аппарат достигнет космоса, опасность исчезает". Так сказал Томас Зурбунчен, помощник администратора НАСА по управлению космической наукой. Это не относится к Уэббу. Когда он достигнет космоса, ему придется в полной автономии выполнить пятьдесят операций по настройке огромной системы, и есть сотни отдельных шагов, которые должны сработать идеально, чтобы миссия прошла успешно.

От запуска "Уэбба" до его прибытия в точку Лангранжа L2 и до полного развертывания зеркала существует до 344 возможных точек отказа. Но давайте по порядку рассмотрим амбициозные задачи, с которыми пришлось столкнуться научному миру в ходе реализации этой миссии.

Размер Джеймса Уэбба

Размер Уэбба стал первым серьезным испытанием. Телескоп такого размера и веса никогда ранее не запускался в космос. Затем JWST был свернут и сложен сам на себя, а затем вставлен в ракету Ariane V диаметром 5,47 метра. Телескоп и ракета были приспособлены так, чтобы первый мог содержаться и безопасно транспортироваться вторым.

Солнцезащитный экран "Уэбба" размером с теннисный корт (21 метр на 14 метров) также рассчитан на установку Ariane V. Ariane V была изготовлена на заказ с учетом всех специфических требований миссии. С другой стороны, Ariane V была адаптирована для удовлетворения всех специфических требований миссии. Тем не менее путешествие JWST не обойдется без опасностей: вибрации, радиация, поддержание теплового контроля и перепады давления - вот лишь некоторые из многочисленных нагрузок, которым будет подвергаться аппарат.

Этапы запуска и развертывания.

Потребуется около пяти месяцев, чтобы Уэбб был полностью настроен и готов к наблюдениям. Далее мы рассмотрим самые важные шаги и самые опасные маневры, которые будут держать инженеров и астрофизиков всего мира начеку в течение нескольких недель.

• В первый час: после старта из Французской Гвианы "Уэбб" будет перемещаться в атмосфере в сопровождении Ariane V в течение 26 минут. После этого двигатель второй ступени отключится, и JWST отделится от своего Харона. На этом этапе будут активированы солнечные панели, которые позволят ему вырабатывать электроэнергию из солнечного света.
• В течение первого дня с помощью небольших ракетных двигателей на борту "Уэбба" будет выполнен первый и самый важный манёвр по коррекции траектории. Эти маневры необходимы, поскольку Ariane V будет направлять JWST приблизительно в направлении L2 без обращения вокруг Земли. В тот же день будет также запущена и внедрена антенна с высоким коэффициентом усиления, чтобы как можно скорее обеспечить максимально возможную скорость передачи данных. Первые сигналы поступят через 28 дней после запуска, в этот момент можно будет проверить активность выравнивания зеркальных сегментов.
• В течение второй недели будет произведено развертывание конструкций телескопа, и телескоп будет полностью открыт, как показано на рисунке ниже. Этот манёвр чрезвычайно деликатен и состоит из нескольких отдельных этапов. Необходимо, чтобы каждый из них был выполнен идеально.
• В оставшуюся часть первого месяца: развертывание боковых сегментов первичного зеркала, охлаждение, включение прибора и вывод на орбиту вокруг L2.

Телескоп и научные приборы начнут быстро охлаждаться в тени солнцезащитного экрана, но до достижения стабильной температуры пройдет несколько недель. В конце первого месяца будет выполнен заключительный манёвр среднего курса, чтобы вывести аппарат на оптимальную орбиту вокруг L2.

Подготовка к научной деятельности

К этому моменту JWST уже будет полностью развернут, и оставшиеся пять месяцев будут потрачены на юстировку оптики и калибровку научных инструментов.

Во второй, третий и четвертый месяцы будет проведена первичная проверка оптики и юстировка телескопа. Это тонкий манёвр, выполняемый с помощью датчика точного наведения. Ученые наведут Уэбб на одну яркую звезду и продемонстрируют, что телескоп может правильно сфокусироваться на цели. Но поскольку сегменты первичного зеркала еще должны быть выровнены, чтобы функционировать как единое зеркало, будет получено до 18 искаженных изображений одной и той же целевой звезды. Из этих изображений, полученных с помощью NIRCam (фильтр ближнего инфракрасного диапазона), затем начнется долгий процесс выравнивания оптики. Каждый сегмент первичного зеркала будет перемещен и выровнен. То же самое будет сделано со вторичным зеркалом. Охлаждение фактически заканчивается, и криоохладитель начинает работать при самой низкой температуре, чтобы камера со средней длиной инфракрасной волны (MIRI) также могла начать получать хорошие данные.

В течение пятого и шестого месяцев будет проведена тщательная калибровка всех многочисленных режимов работы научных приборов путем наблюдения репрезентативных целей, которые уже были тщательно изучены и известны. В результате будет продемонстрирована способность отслеживать движущиеся цели, такие как астероиды, кометы, спутники и планеты нашей Солнечной системы. Через шесть месяцев "Уэбб" наконец будет готов приступить к своей научной миссии и начать первые наблюдения.

Неудача - не вариант

"Те, кто не обеспокоен и даже не напуган проблемами, с которыми сталкивается миссия JWST, не понимают, что мы пытаемся сделать", — написал Зурбунхен.

Телескоп Джеймса Уэбба - это самая амбициозная космическая миссия, которую когда-либо осуществлял человек после миссий "Аполлон", МКС и космического телескопа "Хаббл". За последние 20 лет тысячи людей по всему миру посвятили свою карьеру этому грандиозному проекту. Поэтому каждый шаг планируется с предельной точностью и многократно проверяется с особой тщательностью. Кроме того, суммы, вложенные в его реализацию, необычайно велики и достигают почти 11750 миллионов долларов.

Поэтому надежда на то, что новый телескоп достигнет места назначения в L2 неповрежденным и в рабочем состоянии, подпитывается теми огромными усилиями, которые человечество приложило для его строительства. И такая большая преданность этому проекту рождается из тех ожиданий, которые возлагают на него ученые. "Джеймс Уэбб" может показать нам места, расположенные так далеко во Вселенной, настолько отдаленные во времени и неизученные, что человеческий разум с трудом может представить их себе.