I primi 30 giorni di volo saranno critici per il James Webb Space Telescope
Il James Webb, successore del telescopio spaziale Hubble, sarà lanciato il 18 dicembre 2021 a bordo di un razzo Ariane 5 dal sito dell’Agenzia Spaziale Europea vicino a Kourou, nella Guiana francese. Lo sviluppo del più potente e costoso telescopio spaziale mai costruito è iniziato nel 1996, con l’idea di lanciarlo nel 2007. Ora, con un ritardo di 14 anni sulla prevista data di lancio, il telescopio è pronto al decollo.
La progettazione, la costruzione e il trasporto del James Webb Space Telescope sono state fasi costellate da innumerevoli ostacoli e ritardi, ma per il telescopio i giorni più difficili saranno i primi giorni di volo, quelli che seguiranno il lancio.
Come sappiamo, lo specchio principale, lo scudo di protezione solare grande quanto un campo da tennis così come la zona inferiore e il supporto dello specchio secondario, hanno dovuto essere ripiegati per poter essere contenuti nel fairing del razzo Ariane. Questo significa che per funzionare, il telescopio spaziale dovrà aprire tutte queste componenti in maniera perfetta.
NASA ha dichiarato che sul telescopio ci sono circa 344 elementi “single point-of-failure” e che circa l’80% di questi è associato ai meccanismi di dispiegamento. Il team di sviluppo ha cercato di ridurre il più possibile il numero dei meccanismi di rilascio, ma sul JWST ne sono comunque presenti 144 e tutti dovranno funzionare perfettamente. Per incapsulare il telescopio nel fairing del vettore è stato necessario operare come se si trattasse di un origami, progettando una serie di ripiegamenti tali da consentire il posizionamento sul razzo ma anche una precisa riapertura. Queste aperture programmate verranno attuate nel corso dei primi 29 giorni di volo del telescopio.
Il primo passo di questa lunga sequenza avverrà 206 secondi dopo il decollo con il rilascio dei due semigusci del fairing. A questo punto il telescopio dovrebbe essere in grado di comunicare con i tecnici a Terra.
28 minuti dopo il decollo, il JWST si staccherà dal vettore e inizierà quella che la NASA ha definito «la sequenza di dispiegamenti più complessa mai tentata in una singola missione spaziale». Questa serie di dispiegamenti, che vedrà il suo culmine nella completa apertura dello scudo solare, sarà un’attività critica poiché metterà alla prova i delicati meccanismi di rilascio non ridondati.
33 minuti dopo il decollo verrà avviata l’apertura dei pannelli fotovoltaici. Questo permetterà di iniziare la ricarica delle batterie e il dispiegamento dell’antenna per comunicare con il Deep Space Network (DSN).
12,5 ore dopo il decollo ci sarà la prima accensione dei propulsori del telescopio: un’accelerazione necessaria per proseguire il viaggio che lo porterà alla destinazione prevista posta a una distanza di 1,5 milioni di km dalla Terra, nei pressi del secondo punto di Lagrange (L₂) del sistema Terra-Sole.
Nel corso del terzo giorno di volo verrà avviata la sequenza di apertura della copertura solare inferiore, operazione che verrà completata in circa cinque ore. Al quarto giorno verranno eseguite le operazioni di apertura della struttura di osservazione principale posta nella zona inferiore del telescopio.
5 giorni dopo il decollo verrà rimossa la copertura solare inferiore. Questa fase vedrà l’entrata in azione degli oltre 100 meccanismi, attuatori e pulegge il cui compito sarà di estendere e mantenere in posizione i cinque strati di cui è costituita la struttura. Tutta l’operazione sarà completata entro i primi 9 giorni di volo.
Dopo aver verificato l’effettiva e corretta esecuzione di tutte queste operazioni, il JWST avvierà l’attivazione del dissipatore posto nella zona posteriore dello specchio primario. Questo dissipatore di calore lavorerà per raffreddare la strumentazione del telescopio. A questo punto si potrà avviare l’apertura dello specchio secondario mentre per lo specchio primario si dovrà attendere il 12º giorno di volo. Al 13º giorno il telescopio spaziale avrà raggiunto la cosiddetta “configurazione finale”.
I 10 giorni successivi saranno necessari per la messa a punto finale dei 18 segmenti che compongono lo specchio primario del telescopio, che dalla posizione di lancio dovranno assumere quella di osservazione, anche se saranno necessari alcuni mesi prima di trovare la configurazione ottimale. Il corretto orientamento degli specchi viene governato da 126 attuatori. Al 29º giorno di volo ci sarà una nuova accensione dei propulsori che permetterà al telescopio spaziale di raggiungere la posizione definitiva.
Tutti questi componenti ausiliari del telescopio non sono ridondati. È stato necessario prestare particolare attenzione a questi aspetti ma la missione in generale ha molti piani di emergenza se le cose non si svolgeranno come previsto. Sono stati previsti interventi di emergenza che vanno dal super-semplice al molto complesso. A titolo di esempio, un piano semplice prevede di inviare nuovamente un comando non andato a buon fine. Il team degli ingegneri del JWST si è assicurato che i piani di backup e le ridondanze integrate funzionino come previsto. Gli ultimi due anni sono stati dedicati allo sviluppo di questi scenari di emergenza: si introduceva un’anomalia e si lavorava alla sua soluzione.
Nel corso dei 24 anni trascorsi dall’inizio dello sviluppo, si stima che il James Webb sia costato alla NASA 9,7 miliardi di dollari. L’enorme osservatorio spaziale è dotato di uno specchio sei volte più grande di quello di Hubble e uno schermo solare grande quasi quanto un campo da tennis.
La scelta di non posizionare il JWST nella bassa orbita terrestre (LEO), come avvenuto con Hubble (HST), è dovuta a una diversa necessità osservativa. Hubble può osservare lo spettro del visibile, l’ultravioletto e solo una piccola porzione dell’infrarosso. Invece James Webb punterà sull’infrarosso osservando lunghezze d’onda da 0,6 fino a 28 µm (HST può farlo solo da 0,8 fino a 2,5 µm). Le capacità dei due telescopi non saranno di conseguenza sovrapponibili. L’esigenza di osservare nell’infrarosso risiede nel desiderio di superare le nubi di materiale che bloccano la luce visibile ma non gli infrarossi, permettendo di indagare la formazione dei pianeti, delle stelle, le zone interne delle galassie e molto altro.
Il Sole emette una grande quantità di raggi infrarossi ma anche corpi celesti come la Terra danno il loro contributo a disturbare le osservazioni in quello spettro. Proprio per essere il più lontano possibile da queste fonti di disturbo è stato scelto di posizionare il JWST in L₂.
Il JWST è un eccellente esempio di lavoro di squadra e cooperazione internazionale. Ad esempio l’ESA è stata responsabile dello sviluppo e della qualificazione degli adattamenti di Ariane 5 per la missione e dell’approvvigionamento del servizio di lancio. Il James Webb Space Telescope è una partnership internazionale tra la NASA, l’Agenzia spaziale europea (ESA) e l’Agenzia spaziale canadese (CSA).
Fonte: ESA, NASA
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