James Webb Space Telescope da NASA está prestes a se transformar em sua forma final

Um telescópio disfarçado

O incrivelmente poderoso James Webb Space Telescope da NASA já está no espaço há três dias, mas talvez a parte mais arriscada de sua jornada ao espaço profundo esteja apenas começando. Em breve, o telescópio iniciará uma dança mecânica intrincadamente coreografada enquanto lentamente se contorce e se desenrola, a fim de atingir sua forma final de observação do cosmos distante.

É um tipo de origami de espaço reverso que nunca foi executado antes, mas é absolutamente necessário para o Telescópio Espacial James Webb, ou JWST, cumprir sua missão. O telescópio era simplesmente muito grande para ser lançado em qualquer foguete operacional enquanto estava totalmente estendido. Então, quando ele se lançou para o espaço em cima de um foguete europeu Ariane 5 no dia de Natal, fez a viagem de roer as unhas dobrar-se sobre si mesma como o canivete suíço mais caro do mundo.

“Às vezes chamamos Webb de‘ Telescópio do Transformador ’”.

Agora, ao longo das próximas duas semanas, o JWST irá torcer e remodelar – implantando um feixe aqui, um espelho ali – até que esteja completamente configurado para perscrutar as partes mais profundas do Universo. “Às vezes chamamos Webb de‘ Telescópio Transformador ’”, disse Amy Lo, engenheira de alinhamentos JWST da construtora principal do telescópio Northrop Grumman. É um processo assustador, com centenas de peças móveis que os engenheiros testaram repetidamente no terreno, pois não deve ser nada menos do que perfeito. Mas há muitos pontos ao longo do caminho em que a falha de um pequeno mecanismo de liberação ou polia pode colocar em risco o futuro de toda a missão JWST. Embora os controladores de missão no solo tenham algumas técnicas de solução de problemas que podem empregar se algo ficar preso, em última análise, a espaçonave JWST deve fazer cada implantação por conta própria quase à perfeição.

O JWST dobrou-se completamente sobre o foguete Ariane 5 antes do lançamento.

O JWST está se dirigindo a um destino final a cerca de 1 milhão de milhas da Terra, e não há foguetes ou espaçonaves operacionais que possam levar os astronautas com segurança a tal distância para dar um ajuste no telescópio. E mesmo se humanos pudessem alcançá-lo, o JWST simplesmente não foi projetado para ser útil. Portanto, se o telescópio quebrar de uma forma fundamental, é para uma missão que está executando a NASA por um total de US $ 9,7 bilhões.

Pode parecer uma complexidade desnecessária para uma missão dessa magnitude, mas nunca houve um caminho fácil para o JWST, de acordo com a NASA. “Na verdade, acredito fortemente que não é possível simplificar dentro das restrições que temos”, disse Thomas Zurbuchen, administrador associado da diretoria de missões científicas da NASA. “É o que é.”

Os designers da JWST sabiam desde o início que sua criação teria que se desdobrar no espaço. Em 1996, quando os cientistas propuseram a construção de um telescópio como este, o administrador da NASA na época, Dan Goldin, desafiou os engenheiros a criar a espaçonave com um espelho primário de até oito metros de largura. No final das contas, os designers se estabeleceram em um espelho de 6,5 metros, ou 21 pés de diâmetro, mas esse decreto determinou o destino dobrado da JWST.

Isso porque os maiores foguetes voando atualmente não são largos o suficiente para carregar um espelho desse tamanho. Sempre que você lança algo para o espaço, a espaçonave tem que caber dentro da carenagem de carga útil de um foguete – a estrutura bulbosa que fica no topo do foguete durante a primeira parte do vôo. A carenagem é crítica, pois envolve a espaçonave durante o lançamento, protegendo a carga útil da atmosfera até chegar ao espaço. No entanto, a largura da carenagem é um fator limitante importante para o projeto de uma espaçonave, uma vez que o veículo deve caber dentro. É um problema que aqueles na indústria espacial costumam se referir como a “tirania da carenagem”.

Espelho primário da JWST dobrado vs totalmente implantado

NASA / Chris Gunn

O foguete Ariane 5 tem uma das mais largas carenagens de carga útil atualmente no mercado, medindo 5,4 metros, ou quase 18 pés de largura. Mas isso ainda é muito pequeno para abrigar o espelho de JWST totalmente estendido. Portanto, desde o início, os projetistas da missão JWST construíram o espelho em segmentos, com duas abas de cada lado que podiam girar para dentro e para fora. Foi um grande desafio de design, já que os segmentos precisam se unir para se comportar como um único espelho plano a fim de captar a luz do cosmos distante. “Desenrolar um espelho primário nunca foi feito antes em órbita no espaço”, diz Lo.

“Desenrolar um espelho primário nunca foi feito antes em órbita.”

A JWST implantará seus flaps de espelho em torno de 12 a 13 dias após o lançamento. Mas antes que isso aconteça, o observatório tem uma implantação ainda mais complexa pela qual deve passar, que levará até seis dias para ser concluída. É a implantação do protetor solar do JWST, um aparato intrincado projetado para bloquear o calor do Sol e manter o telescópio ainda mais fresco enquanto estiver no espaço. Embora o processo de implantação seja projetado para ser flexível e as coisas possam mudar, a primeira etapa da implantação do protetor solar deve começar hoje, o que significa que quase todos os associados a esta missão estarão prendendo a respiração na próxima semana.

“O protetor solar em si é – de todas as nossas implantações – aquele que é o mais complexo,” Lee Feinberg, o gerente de elemento de telescópio óptico para JWST no Goddard Space Flight Center da NASA, disse ao The Verge. “Tem as partes mais móveis.”

A proteção solar é um recurso necessário devido à forma como o JWST foi projetado. O telescópio observará estrelas e galáxias distantes no infravermelho, um tipo de luz invisível aos nossos olhos, mas emitida por qualquer coisa que retenha calor. Mas, para coletar fótons infravermelhos, o JWST deve operar em uma temperatura incrivelmente fria, de até -370 graus Fahrenheit. Se ficar muito quente, o telescópio pode emitir muito de sua própria luz infravermelha, o que pode interferir com as observações da espaçonave do Universo.

As camadas do protetor solar da JWST se estenderam e se esticaram.

Entre no protetor solar, que fornece um protetor solar impressionante para o JWST. O escudo consiste em cinco camadas ultrafinas de um material brilhante chamado Kapton, cada camada do tamanho de uma quadra de tênis. A camada mais externa sempre estará voltada para o Sol e obterá a maior parte de seu calor, operando a uma temperatura escaldante de 230 graus Fahrenheit. Mas cada camada sucessiva será cada vez mais fria, para que os instrumentos do JWST permaneçam bons e criogênicos.

As membranas refletoras de calor do escudo são tão delicadas que foram necessários cuidados e engenharia especiais extras para estender as camadas para fora no espaço e esticá-las sem rasgar. “Existem sistemas que espalham as camadas e as tensionam”, diz Feinberg. “É um pouco como uma vela em um barco em termos de como você dá corda.”

há momentos em que realmente não há opções de backup

Todo o processo depende de centenas de peças móveis diferentes, incluindo até 140 mecanismos de liberação, 400 polias, 70 conjuntos de dobradiça e 90 cabos, de acordo com a NASA. Existem também vários planos de contingência no caso de uma implantação não funcionar conforme o esperado. A NASA tem a opção de reenviar comandos ao telescópio, caso o primeiro comando não acione um movimento. Os engenheiros também criaram tantas redundâncias na espaçonave quanto puderam. Existem áreas com vários circuitos que podem realizar a mesma tarefa, caso o circuito primário não dispare corretamente.

Mas há momentos em que realmente não há opções de backup. Em todo o processo de implantação, existem mais de 300 eventos conhecidos como “falhas de ponto único”. Essas são as implantações que devem funcionar conforme projetado, porque não podem ser construídas com redundância. “Falhas de ponto único são coisinhas engraçadas. Eles são muito usados ​​”, diz Lo. “E, tecnicamente, o que eles querem dizer é que essa coisa deve acontecer.” O JWST depende muito deles durante todo o processo de implantação. Por exemplo, um total de 107 dispositivos de liberação são necessários para liberar as membranas de proteção solar, permitindo que se desenrolem em sua forma completa. Todos os 107 desses dispositivos são falhas de ponto único, de acordo com Lo.

A NASA não é estranha às falhas de ponto único, no entanto. Quando a agência espacial pousou seu rover Perseverance em Marte em fevereiro, a sequência de pouso tinha cerca de 100 falhas de ponto único, de acordo com Zurbuchen. Todo o pouso foi perfeito. Além disso, a NASA e a Northrop Grumman testaram as várias implantações da JWST em campo nos últimos dois a três anos, ensaiando-as intrincadamente para o show final. Cada componente foi testado individualmente no solo dezenas de vezes primeiro, antes de ser adicionado à espaçonave. E então todo o telescópio foi dobrado e desdobrado várias vezes como uma unidade coesa.

“Então, temos confiança de que vamos lançar em órbita? Sim, precisamos ”, diz Lo. “E a razão é porque passamos por testes rigorosos, basicamente do nível do solo.”

“Temos confiança de que vamos lançar em órbita? Sim nós fazemos.”

Os testes do JWST demoraram muitos anos mais no terreno do que o planejado, mas tiveram que ser rigorosos por causa de sua incapacidade de ser reparado. É uma das maiores diferenças entre o JWST e seu predecessor, o Telescópio Espacial Hubble, que orbita a Terra desde 1990. O Hubble foi projetado propositalmente para fazer ajustes durante a órbita, visitando astronautas; JWST não tem esse recurso. Além disso, enviar humanos ao telescópio introduziria muito calor de qualquer maneira. “Mesmo se você colocar um traje espacial em torno de você ou de mim, ainda é muito mais quente do que o ambiente do telescópio”, diz Zurbuchen.

Embora uma missão de manutenção humana não seja viável para o JWST, a NASA fez um pequeno ajuste no design, caso a agência queira dar um ajuste no telescópio algum dia. Incluídos no verso do JWST estão adesivos em forma de cruz. Eles foram feitos para servir como alvos, para ajudar a guiar um visitante em potencial de uma espaçonave robótica para o JWST no futuro. Na última década, várias empresas espaciais têm trabalhado em “satélites de manutenção”, projetados para alcançar satélites já no espaço e agarrá-los, seja para reabastecer seus tanques ou para ajustar componentes antigos. É possível que, um dia, a NASA queira enviar um satélite de serviço ao JWST para adicionar mais propelente aos tanques do telescópio, estendendo seu tempo no espaço. Se isso acontecer, os alvos fornecerão um ponto de referência para onde a espaçonave visitante deve se conectar para encher o tanque do JWST.

No entanto, ninguém na NASA está pensando em tal missão de reabastecimento agora. Todos os associados ao JWST estão totalmente focados nas implantações. E uma vez que o telescópio seja completamente desenrolado nas próximas duas semanas, ainda há muito trabalho a ser feito enquanto o observatório viaja pelo espaço profundo. A NASA continuará a ajustar os espelhos do JWST levemente, garantindo que todos eles se alinhem conforme pretendido. E então, cerca de 29 dias após o lançamento, o telescópio executará uma queima final de seus propulsores, colocando-o em sua posição final no espaço profundo.

Nesse ponto, o trabalho está apenas começando. O pessoal da missão irá então testar e calibrar todos os instrumentos do JWST para se certificar de que funcionam corretamente. Esse processo levará meses, com as operações científicas programadas para começar em algum momento deste verão.

Portanto, mesmo se o JWST for implantado conforme o planejado, depois de duas semanas, a ansiedade realmente não termina. “É quando eu acho que muitos de nós daremos um suspiro de alívio, mas é claro, os instrumentos e a transformação do espelho teriam apenas começado”, diz Lo. “Um grupo diferente de pessoas – os construtores de instrumentos, designers, engenheiros e cientistas – começaria a prender a respiração.”

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John Doe

Curioso e apaixonado por tecnologia.

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