Tin Tức

Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA sắp chuyển thành dạng cuối cùng

( caigicungpost.com ) –

Kính viễn vọng không gian James Webb cực kỳ mạnh mẽ của NASA đã ở trong không gian được ba ngày nay, nhưng có lẽ phần rủi ro nhất trong hành trình tới không gian sâu thẳm của nó chỉ đang được tiến hành. Chẳng bao lâu nữa, kính thiên văn sẽ bắt đầu một vũ điệu cơ học được dàn dựng phức tạp khi nó từ từ biến đổi hình dạng và mở ra, để đạt đến hình dạng cuối cùng để quan sát vũ trụ xa xôi.

Đó là một loại origami không gian đảo ngược chưa từng được thực hiện trước đây, nhưng nó thực sự cần thiết để Kính viễn vọng Không gian James Webb, hay JWST, hoàn thành sứ mệnh của nó. Kính thiên văn đơn giản là quá lớn để phóng lên bất kỳ tên lửa đang hoạt động nào trong khi được mở rộng hoàn toàn. Vì vậy, khi nó phóng vào vũ trụ trên đầu tên lửa Ariane 5 của châu Âu vào Ngày Giáng sinh, nó đã khiến chuyến đi cắn móng tay tự nó trở thành một con dao đắt nhất thế giới của Quân đội Thụy Sĩ.

Bây giờ trong vòng hai tuần tới, JWST sẽ xoắn và định hình lại – triển khai một chùm ở đây, một tấm gương ở đó – cho đến khi nó được cấu hình hoàn chỉnh để nhìn vào các phần sâu nhất của Vũ trụ. Amy Lo, kỹ sư điều chỉnh JWST tại nhà thầu chính của kính thiên văn Northrop Grumman, cho biết: “Đôi khi chúng tôi gọi Webb là ‘Kính viễn vọng biến áp'” The Verge. Đó là một quá trình khó khăn với hàng trăm bộ phận chuyển động mà các kỹ sư đã thử nghiệm lặp đi lặp lại trên mặt đất, vì nó không có gì là hoàn hảo cả. Nhưng có nhiều điểm trên đường đi mà sự thất bại của một cơ cấu nhả nhỏ hoặc ròng rọc có thể gây nguy hiểm cho tương lai của toàn bộ sứ mệnh JWST. Mặc dù những người điều khiển sứ mệnh trên mặt đất có một số kỹ thuật khắc phục sự cố mà họ có thể sử dụng nếu có gì đó bị kẹt, nhưng cuối cùng thì tàu vũ trụ JWST phải tự mình thực hiện mọi hoạt động triển khai để gần như hoàn thiện.

JWST được gấp hoàn toàn trên đầu tên lửa Ariane 5 trước khi phóng.
Hình ảnh: NASA / Chris Gunn

JWST đang hướng đến điểm đến cuối cùng cách Trái đất khoảng 1 triệu dặm và không có tên lửa hoặc tàu vũ trụ nào đang hoạt động có thể đưa các phi hành gia đến một khoảng cách an toàn để điều chỉnh kính thiên văn. Và ngay cả khi con người có thể tiếp cận nó, JWST chỉ không được thiết kế để có thể sử dụng được. Vì vậy, nếu kính thiên văn bị vỡ một cách cơ bản, đó là nó dành cho một sứ mệnh mà NASA đang thực hiện với tổng trị giá 9,7 tỷ đô la.

Tất cả nghe có vẻ phức tạp không cần thiết cho một sứ mệnh tầm cỡ này, nhưng không bao giờ có một con đường dễ dàng cho JWST, theo NASA. “Tôi thực sự tin rằng không thể làm cho nó trở nên đơn giản hơn trong những ràng buộc mà chúng tôi có,” Thomas Zurbuchen, phó quản trị viên của ban giám đốc sứ mệnh khoa học tại NASA, nói The Verge. “Đây là những gì nó là.”

Các nhà thiết kế của JWST ngay từ đầu đã biết rằng sáng tạo của họ sẽ phải mở ra khi ở trong không gian. Vào năm 1996, khi các nhà khoa học lần đầu tiên đề xuất chế tạo một chiếc kính thiên văn như thế này, Dan Goldin, quản trị viên của NASA, đã thách thức các kỹ sư tạo ra tàu vũ trụ với một chiếc gương chính rộng tới 8 mét. Cuối cùng, các nhà thiết kế đã cố gắng dựa trên một chiếc gương có chiều ngang 6,5 mét, hay 21 feet, nhưng sắc lệnh đó đã quyết định số phận gấp gáp của JWST.

Đó là bởi vì các tên lửa lớn nhất hiện đang bay không đủ rộng để mang theo một tấm gương có kích thước như vậy. Bất cứ khi nào bạn phóng một thứ gì đó vào không gian, tàu vũ trụ phải nằm gọn bên trong bộ phân tải trọng của tên lửa – cấu trúc hình củ nằm trên đầu tên lửa trong suốt phần đầu tiên của chuyến bay. Tấm chắn rất quan trọng, vì nó bao bọc tàu vũ trụ trong quá trình phóng, bảo vệ trọng tải từ bầu khí quyển cho đến khi lên không gian. Tuy nhiên, chiều rộng của fairing là một yếu tố hạn chế lớn đối với thiết kế của tàu vũ trụ, vì phương tiện cần phải Phù hợp bên trong. Đó là một vấn đề mà những người trong ngành công nghiệp vũ trụ thường gọi là “sự chuyên chế của hệ thống vũ trụ”.

Gương chính của JWST gập lại so với triển khai đầy đủ
NASA / Chris Gunn

Tên lửa Ariane 5 có một trong những ống phóng có trọng tải rộng nhất hiện nay trên thị trường, kéo dài 5,4 mét, hoặc rộng gần 18 feet. Nhưng điều đó vẫn còn quá nhỏ để có thể mở rộng hoàn toàn gương của JWST. Vì vậy, ngay từ đầu, các nhà thiết kế sứ mệnh JWST đã chế tạo chiếc gương theo từng đoạn, với hai cánh lật ở hai bên có thể xoay vào trong và ra ngoài. Đó là một thách thức lớn trong thiết kế, vì các phân đoạn cần phải kết hợp với nhau để hoạt động như một tấm gương phẳng duy nhất nhằm thu thập ánh sáng từ vũ trụ xa xôi. Lo nói: “Việc lật một tấm gương chính chưa từng được thực hiện trước đây trên quỹ đạo trong không gian.

JWST sẽ triển khai nắp gương khoảng 12 đến 13 ngày sau khi ra mắt. Nhưng trước khi điều đó xảy ra, đài quan sát còn có một quá trình triển khai phức tạp hơn nữa mà nó phải vượt qua, một quá trình sẽ mất tới sáu ngày để hoàn thành. Đó là việc triển khai kính chắn nắng của JWST, một bộ máy phức tạp được thiết kế để chặn nhiệt từ Mặt trời và giữ cho kính thiên văn thêm mát mẻ khi ở trong không gian. Trong khi quá trình triển khai được thiết kế để linh hoạt và mọi thứ có thể thay đổi, bước đầu tiên của việc triển khai kính che nắng được cho là sẽ bắt đầu ngay hôm nay, có nghĩa là hầu như tất cả mọi người liên quan đến nhiệm vụ này sẽ phải nín thở trong tuần tới.

“Bản thân tấm kính che nắng – trong tất cả các hoạt động triển khai của chúng tôi – đó là tấm phức tạp nhất,” Lee Feinberg, giám đốc phần tử kính viễn vọng quang học của JWST tại Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard của NASA, cho biết The Verge. “Nó có nhiều bộ phận chuyển động nhất.”

Tấm chắn nắng là một tính năng cần thiết vì JWST được thiết kế như thế nào. Kính thiên văn sẽ quan sát các ngôi sao và thiên hà ở xa bằng tia hồng ngoại, một loại ánh sáng không nhìn thấy được bằng mắt của chúng ta nhưng được phát ra bởi bất cứ thứ gì giữ nhiệt. Nhưng để thu thập các photon hồng ngoại, JWST phải hoạt động ở nhiệt độ lạnh đến khó tin, thấp tới -370 độ F. Nếu nó quá ấm, kính thiên văn có thể phát ra quá nhiều sở hữu ánh sáng hồng ngoại, có thể cản trở việc quan sát Vũ trụ của tàu vũ trụ.

Các lớp kính chắn nắng của JWST mở rộng và kéo căng.
Hình ảnh: NASA / Chris Gunn

Nhập tấm chắn nắng, cung cấp một số tấm chắn nắng ấn tượng cho JWST. Tấm chắn bao gồm năm lớp siêu mỏng bằng vật liệu sáng bóng gọi là Kapton, mỗi lớp có kích thước bằng một sân tennis. Lớp ngoài cùng sẽ luôn hướng về phía Mặt trời và nhận hầu hết nhiệt của nó, hoạt động ở nhiệt độ thiêu đốt 230 độ F. Nhưng mỗi lớp kế tiếp sẽ lạnh hơn và mát hơn, để các thiết bị của JWST luôn đẹp và đông lạnh.

Các màng phản xạ nhiệt của tấm chắn rất tinh vi, do đó cần phải có sự chăm sóc và kỹ thuật đặc biệt hơn để mở rộng các lớp ra ngoài không gian và kéo chúng căng ra mà không bị rách. Feinberg nói: “Có những hệ thống sẽ trải các lớp ra và làm căng chúng. “Nó hơi giống một cánh buồm trên một con thuyền về cách bạn cuộn nó lên.”

Toàn bộ quá trình dựa vào hàng trăm bộ phận chuyển động khác nhau, bao gồm tới 140 cơ cấu nhả, 400 ròng rọc, 70 cụm bản lề và 90 dây cáp, theo NASA. Ngoài ra còn có các kế hoạch dự phòng khác nhau trong trường hợp việc triển khai không hoạt động như mong đợi. NASA có tùy chọn gửi lại lệnh tới kính thiên văn, trong trường hợp lệnh đầu tiên không kích hoạt hành động. Các kỹ sư cũng đã chế tạo càng nhiều phần thừa vào tàu vũ trụ càng tốt. Có những khu vực có nhiều mạch có thể thực hiện cùng một nhiệm vụ, trong trường hợp mạch sơ cấp không hoạt động đúng cách.

Nhưng có những thời điểm thực sự không có tùy chọn sao lưu. Trong suốt quá trình triển khai, có hơn 300 sự kiện được gọi là “lỗi một điểm”. Đó là những triển khai để hoạt động như được thiết kế, bởi vì chúng không thể được xây dựng với dự phòng. “Những thất bại đơn lẻ là những điều nhỏ nhặt buồn cười. Lo cho biết chúng được sử dụng rất nhiều. “Và về mặt kỹ thuật, ý của họ là, thứ này cần phải xảy ra.” JWST phụ thuộc rất nhiều vào chúng trong suốt quá trình triển khai. Ví dụ, cần có tổng cộng 107 thiết bị giải phóng để giải phóng các màng che nắng, cho phép chúng mở ra đúng hình dạng của chúng. Theo Lo, tất cả 107 thiết bị đó đều là lỗi một điểm.

Tuy nhiên, NASA không lạ gì với những sự cố đơn lẻ. Theo Zurbuchen, khi cơ quan vũ trụ hạ cánh máy bay Perseverance lên sao Hỏa vào tháng 2 năm nay, trình tự hạ cánh có khoảng 100 điểm thất bại đơn lẻ. Toàn bộ cuộc hạ cánh diễn ra hoàn hảo. Ngoài ra, NASA và Northrop Grumman đã thử nghiệm các hoạt động triển khai khác nhau của JWST trên mặt đất trong hai đến ba năm qua, diễn tập phức tạp chúng cho buổi trình diễn cuối cùng. Mỗi thành phần được thử nghiệm riêng lẻ trên mặt đất hàng chục lần đầu tiên, trước khi được thêm vào tàu vũ trụ. Và sau đó toàn bộ kính thiên văn được gấp lại và mở ra nhiều lần như một khối gắn kết.

“Vậy chúng ta có tự tin rằng mình sẽ triển khai trên quỹ đạo không? Có, chúng tôi làm, ”Lo nói. “Và lý do là bởi vì chúng tôi trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt như vậy từ cấp cơ bản trở lên.”

Quá trình thử nghiệm của JWST kéo dài hơn nhiều năm so với kế hoạch, nhưng nó phải được kiểm tra nghiêm ngặt vì không có khả năng sửa chữa. Đó là một trong những điểm khác biệt lớn nhất giữa JWST và người tiền nhiệm của nó, Kính viễn vọng Không gian Hubble, đã quay quanh Trái đất từ ​​năm 1990. Hubble được thiết kế có chủ đích để điều chỉnh khi ở trên quỹ đạo bằng cách thăm các phi hành gia; JWST không có khả năng đó. Cộng với việc đưa con người lên kính thiên văn dù sao cũng sẽ tạo ra quá nhiều nhiệt. Zurbuchen nói: “Ngay cả khi bạn đặt một bộ quần áo vũ trụ xung quanh bạn hoặc tôi, nó vẫn ấm hơn môi trường kính thiên văn.

Mặc dù nhiệm vụ phục vụ con người là không khả thi đối với JWST, NASA đã thực hiện một chỉnh sửa nhỏ trong thiết kế trong trường hợp cơ quan này muốn điều chỉnh kính thiên văn vào một ngày nào đó. Bao gồm ở mặt sau của JWST là các nhãn dán hình thánh giá. Chúng được dùng làm mục tiêu, giúp hướng dẫn khách truy cập tàu vũ trụ robot tiềm năng đến JWST trong tương lai. Trong thập kỷ qua, nhiều công ty vũ trụ khác nhau đã nghiên cứu về “vệ tinh phục vụ”, được thiết kế để bắt kịp các vệ tinh đã có trong không gian và nắm lấy chúng, để tiếp nhiên liệu cho xe tăng của họ hoặc để tinh chỉnh các thành phần đã cũ. Có khả năng một ngày nào đó, NASA có thể muốn gửi một vệ tinh bảo dưỡng tới JWST để bổ sung thêm thuốc phóng vào bể chứa của kính thiên văn, kéo dài thời gian của nó trong không gian. Nếu điều đó xảy ra, các mục tiêu sẽ cung cấp một điểm tham chiếu cho nơi tàu vũ trụ ghé thăm sẽ gắn vào để làm đầy bể chứa của JWST.

Tuy nhiên, không ai ở NASA thậm chí còn nghĩ về một sứ mệnh tiếp nhiên liệu như vậy ngay bây giờ. Mọi người liên kết với JWST đều tập trung vào việc triển khai. Và một khi kính thiên văn hoàn toàn không hoạt động trong hai tuần tới, vẫn còn rất nhiều việc phải làm khi đài thiên văn di chuyển trong không gian sâu. NASA sẽ tiếp tục điều chỉnh các gương của JWST từ trước đến nay một chút, đảm bảo rằng tất cả chúng đều thẳng hàng như dự định. Và sau đó khoảng 29 ngày sau khi phóng, kính thiên văn sẽ thực hiện lần đốt cuối cùng của các động cơ đẩy của nó, đưa nó vào vị trí cuối cùng trong không gian sâu thẳm.

Tại thời điểm đó, công việc chỉ mới bắt đầu. Nhân viên phái đoàn sau đó sẽ kiểm tra và hiệu chỉnh tất cả các thiết bị của JWST để đảm bảo chúng hoạt động bình thường. Quá trình đó sẽ mất hàng tháng, với các hoạt động khoa học dự kiến ​​sẽ bắt đầu vào mùa hè này.

Vì vậy, ngay cả khi JWST triển khai như dự định sau hai tuần, sự lo lắng vẫn chưa thực sự chấm dứt. “Đó là lúc tôi nghĩ rằng nhiều người trong chúng ta sẽ thở phào nhẹ nhõm, nhưng tất nhiên, các công cụ và giai đoạn gương sẽ chỉ mới bắt đầu,” Lo nói. “Một nhóm người khác – những người chế tạo nhạc cụ, nhà thiết kế, kỹ sư và nhà khoa học – sẽ chỉ bắt đầu nín thở.”

Bạn cũng có thể thích
Menu