Телескоп «Джеймс Уэбб»

Александр Хохлов,
популяризатор космонавтики, член Северо-Западной организации Федерации космонавтики РФ
«Троицкий вариант» №1(345), 11 января 2022 года

Оригинал статьи на сайте «Троицкого варианта»

Александр Хохлов

25 декабря в 12:20 UTC с космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала ракета-носитель Ariane-5 с космическим инфракрасным телескопом «Джеймс Уэбб» на борту (James Webb Space Telescope, JWST). Долгожданный аппарат успешно вышел на орбиту и спустя 27 минут после старта отстыковался от второй ступени ракеты [1], чтобы в течение месяца самостоятельно продолжить свой путь к точке Лагранжа L2 системы Земля — Солнце, находящейся в 1,5 млн км от Земли в сторону от Солнца. Самый большой в истории космический телескоп будет оставаться на так называемой гало-орбите у этой точки, совершая вокруг нее колебательные движения [2]. Там же рядом находятся еще несколько научных аппаратов, например, российский рентгеновский телескоп «Спектр-РГ» и европейский астрометрический Gaia.

Весь путь «Джеймса Уэбба» до рабочей орбиты можно проследить на сайте NASA, содержащем подробную инфографику о пройденном пути, совершенным операциям по развертыванию телескопа, температуре на солнечной и «теневой» стороне космического аппарата [3].

В первый день полета была раскрыта солнечная панель системы электропитания и антенна связи, а также выполнена первая коррекция траектории полета. 27 декабря была выполнена вторая из трех запланированных коррекций траектории.

К 4 января был полностью раскрыт солнцезащитный экран, состоящий из пяти слоев тонкой пленки покрытого алюминием каптона. При этом главное зеркало было отодвинуто от теплозащитного экрана на 1,5 м с помощью телескопической опорной башни из композитного материала. Эти операции позволили разделить космический телескоп на две части: холодную теневую, где располагается сам телескоп с научными инструментами, и «горячую», постоянно освещенную солнцем, где находится основная спутниковая платформа с бортовыми системами, баками топлива, двигателями, солнечной панелью и системой связи с Землей. С помощью системы ориентации аппарата, зеркала телескопа до конца работы «Джеймса Уэбба» будут находиться в тени, чтобы обеспечить низкую температуру около 40 К, необходимую для выполнения научных задач.

5 января была раскрыта тренога со вторичным зеркалом, 7–8 января — два крыла главного зеркала телескопа. Следующие две недели уйдут на настройку каждого из 18 сегментов главного зеркала и вторичного зеркала с помощью множества микромеханических приводов. К концу января телескоп окажется на рабочей орбите, где дождется остывания до нужных температур и проведет калибровку научной аппаратуры. Работа по научной программе начнется летом 2022 года. Подробности обо всех оставшихся операциях выведения «Джеймса Уэбба» в район точки Лагранжа L2 содержатся в специальном блоге на сайте NASA [4].

Основное зеркало диаметром 6,5 м, состоящее из 18 гексагональных отдельных сегментов, а также вторичное и третичное зеркала JWST сделаны из редкого металла бериллия, обладающего необходимыми свойствами для работы в космосе: он легкий, прочный и с подходящей теплопроводностью [5]. На зеркала из бериллия нанесено золотое покрытие толщиной 100 нм для лучшего отражения инфракрасного излучения, а поверх него — защитный слой аморфного диоксида кремния.

Именно из-за размера главного зеркала была выбрана европейская ракета-носитель Ariane-5; даже в частично сложенном состоянии оно потребовало использования самого большого обтекателя, доступного на современных надежных космических ракетах.

Позади главного зеркала установлен блок научной аппаратуры, куда включены четыре прибора с рабочим диапазоном длин волн от 0,6 до 28 мкм [6]:

• NIRCam (США) — камера видимого и ближнего инфракрасного диапазона;
• NIRSpec (Европа) — спектрограф видимого и ближнего инфракрасного диапазона;
• NIRISS (Канада) — камера и бесщелевой спектрограф. В состав прибора входит датчик точного наведения телескопа FGS;
• MIRI (США и Европа) — камера и спектрограф среднего инфракрасного диапазона. MIRI будет дополнительно охлаждаться до температуры 7 К гелиевым криокулером.

Главной целью телескопа «Джеймс Уэбб» станет наблюдение эпохи образования самых первых звезд и галактик. Это происходило примерно 13,5 млрд лет назад. Из-за красного смещения, вызванного расширением Вселенной, ультрафиолетовое излучение и видимый свет, идущий от первых светящихся объектов, доходят до нас в инфракрасном диапазоне. Поэтому иногда этот телескоп называют также образно «машиной времени». Ученые смогут наблюдать молодую Вселенную, найдут первые галактики и звезды, образовавшиеся после Большого взрыва.

«Джеймс Уэбб» будет наблюдать уже открытые ранее экзопланеты, чтобы получить данные о химическом составе их атмосфер. Не будет обделена вниманием и Солнечная система: телескоп позволит по-новому, с беспрецедентным разрешением и чувствительностью, посмотреть на планеты, их спутники, на транснептуновые объекты.

Разработка телескопа «Джеймс Уэбб» началась в 1996 году. За 25 лет многократно менялась его концепция и конструкция, сдвигались сроки запуска, росла стоимость, достигнув к 2021 году 10 млрд долл. Но открытия, которые он может подарить человечеству, должны оправдать все траты и долгое ожидание. Благодаря точности выведения на ракете Ariane-5, было сэкономлено топливо, которое необходимо для ориентации аппарата — чтобы укрывать от солнца телескоп и одновременно эффективно подставлять свету солнечную панель, а также поддерживать устойчивую гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2. Оставшегося запаса топлива должно хватить на десять лет работы. Будем надеяться, что весьма плодотворной.

Фото NASA

1. jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/deploymentExplorer.html
2. jwst.nasa.gov/content/about/orbit.html
3. jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/whereIsWebb.html
4. blogs.nasa.gov/webb/category/james-webb-space-telescope/
5. phys.org/news/2011–01-space-telescope-beryllium-mirrors.html
6. stsci.edu/jwst/instrumentation