Das Webb-Teleskop der NASA packt seinen Sonnenschutz für eine Million-Meilen-Reise

Das Webb-Teleskop der NASA packt seinen Sonnenschutz für eine Million-Meilen-Reise

Beide Seiten des Sonnenschutzes des James Webb-Weltraumteleskops wurden vertikal angehoben, um das Falten der Sonnenschutzschichten vorzubereiten. Bildnachweis: NASA / Chris Gunn

Ingenieure, die am James Webb-Weltraumteleskop der NASA arbeiten, haben den Sonnenschutz für die bevorstehende Reise von ungefähr 1,5 Millionen Kilometern, die später in diesem Jahr beginnt, erfolgreich zusammengelegt und verpackt.

Der Sonnenschutz – eine fünfschichtige, rautenförmige Struktur von der Größe eines Tennisplatzes – wurde speziell entwickelt, um die beiden Seiten des Teleskops zusammenzufalten und in die Grenzen seines Trägerraketen, der Ariane 5-Rakete, zu passen. Nachdem die Faltung bei Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornien, abgeschlossen ist, bleibt der Sonnenschutz bis zum Start in dieser kompakten Form und die ersten Tage wird das Observatorium im Weltraum verbringen.

Der Sonnenschutz wurde entwickelt, um die Optik des Teleskops vor Wärmequellen zu schützen, die seine Sicht beeinträchtigen könnten. Er ist eine der kritischsten und komplexesten Komponenten von Webb. Da Webb ein Infrarot-Teleskop ist, müssen seine Spiegel und Sensoren bei extrem kalten Temperaturen gehalten werden, um schwache Wärmesignale von entfernten Objekten im Universum zu erfassen.

Im Weltraum reflektiert eine Seite des Sonnenschutzes immer Licht und Hintergrundwärme von Sonne, Erde und Mond. Wärmemodelle zeigen, dass die maximale Temperatur der äußersten Schicht 383 Kelvin oder etwa 230 Grad Fahrenheit beträgt. Währenddessen ist die andere Seite des Sonnenschutzes immer dem Weltraum zugewandt, wobei die kälteste Schicht eine modellierte Mindesttemperatur von 36 Kelvin oder etwa minus 394 Grad Fahrenheit aufweist.

Der Sonnenschutz des Teleskops ist vollständig entfaltet und misst fast 21 x 14 Meter. Wenn der gefaltete Sonnenschutz zum Start in der Rakete verstaut wird, wird er auf engstem Raum zwischen anderen Strukturen des Observatoriums verpackt, um den begrenzten Raum innerhalb der Raketenverkleidung mit einem Durchmesser von 5,4 m (18 Fuß) aufzunehmen.

Das Webb-Teleskop der NASA packt seinen Sonnenschutz für eine Million-Meilen-Reise

Während des Sonnenschutz-Faltvorgangs für das James Webb-Weltraumteleskop faltet ein Team von Technikern jede Schicht sorgfältig im Zick-Zack-Muster, um auf beiden Seiten des Teleskops akkordeonartige Membranstapel zu erzeugen. Bildnachweis: NASA / Chris Gunn

“Es gibt nichts wirklich Analoges zu dem, was wir mit dem Zusammenklappen eines Sonnenschutzes in Tennisplatzgröße erreichen wollen, aber es ähnelt dem Packen eines Fallschirms”, sagte Jeff Cheezum, leitender Ingenieur für Sonnenschutz bei Northrop Grumman. “So wie ein Fallschirmspringer seinen Fallschirm richtig verpackt haben muss, um sich perfekt zu öffnen und erfolgreich zur Erde zurückzukehren, muss Webb seinen Sonnenschutz perfekt verstauen, um sicherzustellen, dass er sich auch perfekt öffnet und seine Form beibehält, um den Fallschirm erfolgreich zu halten.” Teleskop bei der erforderlichen Betriebstemperatur. “

Der monatelange Faltvorgang des Sonnenschutzes begann damit, die fünf Schichten so flach wie möglich zu legen. Im ausgefahrenen Zustand ähnelt der Sonnenschutz einem mehrschichtigen Silberschiff, weshalb seine inhärent gekrümmten Oberflächen diesem Schritt ein gewisses Maß an Komplexität verliehen. Anschließend wurden die Schichten vertikal angehoben und auf spezielle Stützvorrichtungen gestützt, damit sie zum Falten richtig festgehalten werden konnten. Ein Team von Technikern faltete dann jede Schicht sorgfältig in einem Zick-Zack-Muster, um akkordeonartige Stapel von Membranen auf beiden Seiten des Teleskops zu erzeugen.

Die erste Schicht des Sonnenschutzes ist 0,005 Zentimeter dick, während die anderen vier Schichten nur ein Tausendstel Zoll dick sind. Für das Team war eine eingebaute Herausforderung die Delikatesse, so dünne Schichten zu falten. Der Faltvorgang musste auch Komponenten wie die 90 verschiedenen Spannkabel des Sonnenschutzes berücksichtigen, die auf bestimmte Weise verstaut werden müssen, um einen reibungslosen Einsatz des Sonnenschutzes zu gewährleisten.

Mit dem erfolgreichen Abschluss der Sonnenschutzfaltung hat das Engineering-Team die Sonnenschutzfolie für den komplexen Einsatz im Weltraum vorbereitet. Der Sonnenschutz wird sich am Ende der ersten Woche des Teleskops im Weltraum nach dem Start entfalten, sich auf seine volle Größe ausdehnen und dann jede seiner fünf Schichten trennen und spannen. Die Tests für dieses Entfaltungs- und Spannverfahren wurden im Dezember 2020 zum letzten Mal auf der Erde abgeschlossen.

“Denken Sie rückwärts darüber nach. Wir möchten, dass der eingesetzte Sonnenschutz eine bestimmte Form erreicht, damit wir die Leistung erhalten, die wir benötigen. Der gesamte Faltprozess wurde unter diesem Gesichtspunkt entworfen. Wir müssen jedes Mal sauber und sorgfältig auf die gleiche Weise falten, um dies sicherzustellen.” Die Entfaltung erfolgt genau so, wie wir es wollen “, sagte James Cooper, leitender Sonnenschutzingenieur am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.

Das Webb-Teleskop der NASA packt seinen Sonnenschutz für eine Million-Meilen-Reise

Das James Webb-Weltraumteleskop hat bereits im März 2020 seinen Primärspiegel eingesetzt. In diesem Bild ist auch die gefaltete Sonnenschutzscheibe sichtbar. Bildnachweis: Northrop Grumman

Zum Beispiel bestand einer der kompliziertesten Aspekte des Faltprozesses darin, die Membranstapel auszurichten. Jede Schicht des Sonnenschutzes weist Hunderte von absichtlichen Löchern auf, die absichtlich angeordnet sind, um zu verhindern, dass Licht und Wärme zu den optischen Elementen des Teleskops gelangen, wenn der Sonnenschutz vollständig entfaltet ist. Diese Löcher müssen während des Faltens ausgerichtet werden, damit Webb-Techniker “Stifte” durch die Löcher in jedem Membranstapel einführen können. Die 107 “Stifte” oder Membranfreigabevorrichtungen helfen dabei, die Schichten für den Start zurückzuhalten, lassen sie jedoch los, um den Sonnenschutz zu entfalten, sobald sich das Teleskop im Weltraum befindet.

“Es ist ein sehr methodischer Prozess, mit dem wir sicherstellen, dass alles richtig ausgerichtet ist”, sagte Marc Roth, Leiter Maschinenbau bei Northrop Grumman. “Unser Team hat mehrere Trainingszyklen durchlaufen und wir haben viele Lehren aus den vorherigen Prozessen gezogen, die alle in dieser letzten Sonnenschutzfalte gipfelten.”

In den nächsten drei Monaten werden Ingenieure und Techniker das Verstauen und Sichern des gepackten Sonnenschutzes abgeschlossen haben. Dieser Prozess umfasst die Installation der Membranfreigabevorrichtungen, das Aufrüsten und Sichern aller Sonnenschutzkabel sowie das Verstauen von Abdeckungen für die Sonnenschutzmembranen. Dazu gehört auch das Verstauen der beiden “Arme” des Sonnenschutzes – der Mid-Boom-Baugruppen -, die den Sonnenschutz während des Einsatzes horizontal nach außen verlängern, sowie das Verstauen der beiden Palettenstrukturen, die den Sonnenschutz an Ort und Stelle halten.

Das Observatorium wird zusätzlich einem endgültigen Spiegeleinsatz unterzogen, bevor es an seinen Startort in Französisch-Guayana, Südamerika, geliefert wird.


Weiter erforschen

Die Sonnenschutzschichten sind vollständig in das James Webb-Weltraumteleskop der NASA integriert


Bereitgestellt vom Goddard Space Flight Center der NASA

Zitat: Das Webb-Teleskop der NASA packt seinen Sonnenschutz für eine Million-Meilen-Reise (2021, 7. April), die am 8. April 2021 von https://phys.org/news/2021-04-nasa-webb-telescope-sunshield-million.html abgerufen wurde

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Das Webb-Teleskop der NASA packt seinen Sonnenschutz für eine Million-Meilen-Reise

Das James Webb-Weltraumteleskop hat bereits im März 2020 seinen Primärspiegel eingesetzt. In diesem Bild ist auch die gefaltete Sonnenschutzscheibe sichtbar. Bildnachweis: Northrop Grumman

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