"Джеймс Уэбб", преемник "Хаббла"

На постройку орбитального космического телескопа «Джеймс Уэбб», который должен стать преемником «Хаббла», в этом году выделено $626,7 млн. Общий бюджет перспективного проекта может составить $6,8 млрд. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 м в диаметре, что в три раза больше зеркала «Хаббла», и солнечным щитом размером с теннисный корт. Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» в 2018 году.

Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6,5 метра, чтобы измерить свет от самых далеких галактик. Простое изготовление зеркала подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади.

На основе исследований ASMD были построены и испытаны два тестовых зеркала. Компания-подрядчик Northrop Grumman выбрала зеркало, сделанное из бериллия компанией Ball Aerospace & Technologies, так как бериллий сохраняет свою форму при криогенных температурах, и Центр космических полётов Годдарда утвердил это решение.

Также было решено сделать зеркало не цельным, а из сегментов, которые будут раздвинуты на орбите, так как габариты цельного зеркала не позволили бы его разместить в ракете-носителе Ариан-5. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1,32 м от грани до грани, а масса сегмента — 20 кг.

США. Гринбелт, Мэриленд. Макет телескопа «Джеймс Уэбб» в масштабе 1:20 в холле здания №29 Центра космических полётов Годдарда. (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Перед тем как войти в «чистую комнату» здания №29 Центра космических полётов Годдарда, где ведётся строительство телескопа «Джеймс Уэбб», каждый должен пройти серую процедур. (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Мониторинг воздуха в «чистой комнате» здания №29 Центра космических полётов Годдарда, где ведётся строительство телескопа «Джеймс Уэбб». (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. «Чистая комната» здания №29 Центра космических полётов Годдарда, где ведётся строительство телескопа «Джеймс Уэбб». (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Подрядчики осматривают новоприбывшее оборудование для строительства телескопа «Джеймс Уэбб». (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Подрядчик осматривает новоприбывшее оборудование для строительства телескопа «Джеймс Уэбб». (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Испытательные установки для сегментов зеркал телескопа «Джеймс Уэбб». (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Кран для передвижения массивных деталей. (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Ведущий инженер-механик Джейсон Хилан и Комплексный научный приборный модуль (ISIM) телескопа «Джеймс Уэбб». (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Рабочие подготавливают секцию Окружающей оптической сборойной стойки (AOAS) телескопа «Джеймс Уэбб» — огромной стальной конструкции для интеграции лётных зеркал. (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Герметичные контейнеры для хранения зеркал. (Algerina Perna/Baltimore Sun)

США. Гринбелт, Мэриленд. Герметичные контейнеры для хранения зеркал. (Algerina Perna/Baltimore Sun)

Для зеркала телескопа используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1,3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента.

Процесс формирования зеркала начинается с вырезания излишков материала на оборотной стороне бериллиевой заготовки таким образом, что остаётся тонкая рёберная структура. Передняя же сторона каждой заготовки сглаживается с учётом положения сегмента в большом зеркале.

Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку.

По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6—29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах.

США. Гринбелт, Мэриленд. Кран опускает Симулятор оптического элемента телескопа (OTES) в вакуумную камеру для криогенных испытаний. (NASA Goddard/Chris Gunn)

США. Хантсвилл, штата Алабама. Инженер НАСА Эрни Райт проводит осмотр перед финальными криогенными испытаниями основных сегментов зеркал телескопа «Джеймс Уэбб» в Космическом центре Маршалла. (NASA/MSFC/David Higginbotham)

США. Хантсвилл, Алабама. Джейк Льюис из компании Ball Aerospace и его отражение в зеркалах телескопа «Джеймс Уэбб». (NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett Given)

В конце 90-х годов планировалось, что телескоп заработает уже в 2011 году, а его стоимость составит 1,6 млрд. долларов. Согласно современным оценкам, «Джеймс Уэбб» будет запущен не ранее 2018 года, а стоимость его жизненного цикла возросла до 8,7 млрд. долларов!

США. Хантсвилл, Алабама. Полномасштабная солнцезащитная мембрана телескопа «Джеймс Уэбб» во время испытаний. Телескоп будет сочетать пять таких мембран и все они должны быть расположены с точностью до миллиметра. (Northrop Grumman Aerospace Systems)

Средств нет, закрыть нельзя – именно таким афоризмом можно описать события, связанные с проектом «Уэбб». В ходе жарких дебатов конгрессмены все-таки согласились выделить требуемую сумму, но заставили руководство NASA отказаться от «флагманских» прогулок по «тропинкам далеких планет» – сперва следует достроить и запустить орбитальную обсерваторию. В итоге «Джеймс Уэбб», фактически не являясь межпланетной миссией, стал «флагманским проектом» NASA на ближайшие годы.

Тем не менее, у NASA сохранились две более дешевые, но не менее интересные программы по исследованию Солнечной системы – «Дискавери» и «Новые рубежи». Каждые несколько лет NASA объявляет конкурс на новую межпланетную миссию, в котором участвуют ведущие университеты и научные центры США. Исходя из требований конкурса (обычно заранее оговаривается лимит стоимости и дата запуска), участники представляют свои проекты межпланетных миссий и объясняют специалистам NASA необходимость исследования выбранного небесного тела. Победитель получает право построить и запустить в космос собственный аппарат и удовлетворить свое любопытство.

Например, в декабре 2009 года разыгрывался запуск межпланетной миссии по программе «Новые рубежи», ориентировочно назначенный на 2015-2020 гг. В финале бились три интереснейших проекта: миссия MoonRise по доставке на Землю вещества из бассейна Южного полюса — Эйткена на обратной стороне Луны (предложение от Университета Вашингтона, Сент-Луис), миссия OSIRIS-Rex по доставке на Землю вещества с поверхности астероида (101955) 1999 RQ36 (Университет Аризоны, Тусон) и миссия SAGE по исследованию поверхности Венеры (Университет Колорадо, Боулдер). Победу присудили миссии OSIRIS-Rex, которая отправится к астероиду в 2016 году.

США. Балтимор, Мэриленд. Инженеры Alliant Techsystems работают над конструкцией, которая будет удерживать сегменты зеркал телескопа «Джеймс Уэбб». (Alliant Techsystems)

Кроме «Новых рубежей», есть еще более простая и «дешевая» программа «Дискавери» стоимостью не более 500 млн. долларов (для сравнения «флагманский» марсоход MSL обошелся американскому бюджету в 2,5 млрд. долл.).
Большинство исследовательских миссий NASA выполняется именно в рамках «Дискавери». Например, летом прошлого года разыгрывались запуски на 2016 год. Всего поступило 28 заявок, среди которых были предложения о десантировании спускаемого модуля на Титан (крупнейший спутник Сатурна) и запуск космического аппарата для исследования эволюции комет. Увы, победа досталась довольно «банальной» и, на первый взгляд, менее интересной миссии InSight – «всего лишь» очередной аппарат для исследования Марса. Американцы ежегодно отправляют аппараты в этом направлении, похоже, они имеют большие планы на Красную планету.

США. Балтимор, Мэриленд. Полномасштабная реплика телескопа «Джеймс Уэбб». (Lloyd Fox/Baltimore Sun)

Всего по состоянию на февраль 2013 года в открытом космосе и в окрестностях других планет Солнечной системы находятся плеяда из 10 активных миссий NASA:

- MESSENGER изучает окрестности Меркурия. Несмотря на кажущуюся близость этой планеты, станции потребовалось шесть лет бесконечных гравитационных маневров, чтобы набрать скорость 48 км/с и наконец, догнать маленький неуловимый Меркурий (для сравнения: орбитальная скорость Земли 29 км/с).

- поверхность Марса усердно ковыряют ковшами марсоходы «Оппортьюнити» и «Кьюриосити» (MSL). Первый буквально пару дней назад справил юбилей – 9 земных лет на поверхности Красной планеты. За это время «Оппортьюнити» прополз по усеянной кратерами пустыне 36 километров.

- связь с марсоходами помогают поддержать космические аппараты «Одиссей» (11 лет на орбите Марса) и «Марсианский орбитальный разведчик» (7 лет на передовой), а также исследовательская станция «Марс-Экспресс» Европейского космического агентства.

- в 2009 году в окрестностях Марса прошла автоматическая межпланетная станция «Рассвет», направляющаяся в сторону Пояса астероидов. В 2001 состоялось её рандеву с карликовой планетой Веста. Сейчас аппарат медленно догоняет свою следующую цель – карликовую планету Цереру, встреча с которой намечена на 2015 год.

- где-то в черном провале между Марсом и Юпитером шириной в миллиард километров мчится межпланетная станция «Юнона». Запланированная дата выхода на орбиту Юпитера – 2016 год.

- уже 15 лет бороздит просторы космоса межпланетная станция Кассини (с июля 2004 года вертится на орбите Сатурна, миссия продлена до 2017 года).

- 7 долгих лет мчится в ледяной пустоте межпланетный зонд «Новые горизонты». В 2011 году он оставил за кормой орбиту Урана и сейчас находится «всего» на расстоянии 10 астрономических единиц (≈150 млн. км, как среднее расстояние от Земли до Солнца) от своей цели – планеты Плутон, прибытие запланирован на 2015 год. 9 лет полета и всего 2 дня на близкое знакомство с далеким холодным миром. Какая несправедливость! «Новые горизонты» промчится мимо Плутона на скорости 15 км/с и навсегда покинет Солнечную систему. Дальше только звезды.

- звездолет «Вояджер-2». Тридцать пять лет полета, за спиной – путь в 15 миллиардов километров. Сейчас аппарат находится в 100 раз дальше от Солнца, чем Земля – радиосигналам «Вояджера», идущим со скоростью 300 000 км/с требуется 17 часов, чтобы достигнуть антенн дальней космической связи в штате Пасадена. 30 августа 2007 года аппарат внезапно почувствовал, что вокруг него стих «солнечный ветер» (поток заряженных частиц от Солнца), зато резко возросла интенсивность галактического излучения. «Вояджер-2» достиг границ Солнечной системы.

Через 40 000 лет звездолет пойдет на расстоянии 1,7 световых лет от звезды Росс248, а через 296 000 лет достигнет окрестностей Сириуса. Цифры в сотни тысяч лет не пугают «Вояджер-2», ведь время для него навсегда остановилось. Через миллион лет корпус звездолета будет искорежен космическими частицами, но он по прежнему продолжит свой одинокий путь по Галактике. Всего, по предположениям ученых, «Воялжер-2» просуществует в космосе порядка 1 миллиарда лет и, вероятно, останется к тому моменту единственным памятником Человеческой цивилизации.

А я пожалуй вам напомню, правда ли, что Первым искусственным спутником была крышка люка ? или Когда солнце взорвется ?

Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=30093