Quando e perchè il James Webb potrebbe fallire prima di arrivare a destinazione?

“Per la maggior parte delle missioni, il lancio costituisce la maggior parte del rischio di missione: una volta che il veicolo spaziale ha raggiunto lo spazio, il pericolo è scampato.” Ha così dichiarato Thomas Zurbunchen, amministratore associato della NASA per la direzione delle scienze spaziali. Questo non vale per Webb. Una volta raggiunto lo spazio dovrà svolgere in totale autonomia cinquanta implementazioni per configurare l’enorme sistema, e sono centinaia i singoli passaggi che devono funzionare alla perfezione perché la missione abbia successo.

Dal lancio del Webb al suo arrivo al punto langrangiano L2, fino al completo dispiegamento dello specchio, sono addirittura 344 i possibili punti di fallimento. Ma vediamo con ordine le ambiziose sfide con cui il mondo scientifico si è interfacciato durante la messa in atto di questa missione.

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Le dimensioni del James Webb

La mole del Webb è stata la prima grande prova. Un telescopio di tali dimensioni e peso non era mai stato lanciato nello spazio prima. Il JWST è stato quindi piegato e ripiegato su stesso e poi inserito in un razzo Ariane V, di 5 metri e 47 di diametro. In questo senso il telescopio e il razzo sono stati adattati così che il primo potesse essere contenuto e scortato in sicurezza dal secondo.

Lo schermo solare del Webb è grande quanto un campo da tennis (21 metri per 14) ed è anch’esso progettato per adattarsi all’Ariane V. Quest’ultimo, viceversa, è stato personalizzato per soddisfare tutti i requisiti specifici della missione. Ciò nonostante il viaggio del JWST non sarà certo senza pericoli: vibrazioni, radiazioni, mantenimento del controllo termico e sbalzi di pressione sono solo alcuni dei numerosi sforzi a cui sarà sottoposto.

Gli stadi del lancio e del dispiegamento.

Il Webb impiegherà all’incirca 5 mesi a configurarsi completamente e a essere pronto per le osservazioni. Di seguito ripercorreremo i passaggi più importanti e le manovre più pericolose che terranno col fiato sospeso per diverse settimane gli ingegneri e gli astrofisici di tutto il mondo.

• Nella prima ora: dopo essere salpato dalla Guyana francese, il Webb sarà scortato attraverso l’atmosfera dall’Ariane V per 26 minuti. Dopodiché il motore del secondo stadio si spegnerà e il JWST si separerà dal suo Caronte. In questa fase dovranno essere attivati i pannelli solari che gli permetteranno di produrre elettricità dalla luce del sole.
• Durante il primo giorno sarà eseguita la prima e più importante manovra di correzione della traiettoria utilizzando piccoli motori a razzo a bordo del Webb. Tali manovre sono necessarie poiché l’Ariane V indirizzerà il JWST approssimativamente in direzione di L2 senza però farlo orbitare attorno alla Terra. Nello stesso giorno sarà azionata e implementata anche l’antenna ad alto guadagno per consentire le più alte velocità disponibili di comunicazione dati non appena possibile. I primi segnali da questa antenna arriveranno dopo 28 giorni dal lancio e, a quel punto, sarà possibile iniziare. a controllare l’attività di allineamento dei segmenti dello specchio.
• Durante la seconda settimana sarà eseguito il dispiegamento delle strutture del telescopio, che sarà aperto completamente, come mostrato in figura sottostante. Questa manovra è estremamente delicata e comprende più passaggi singoli. È necessario che ognuno di essi sia eseguito alla perfezione.
• Nel resto del primo mese: seguiranno lo spiegamento dei segmenti laterali dello specchio primario, il raffreddamento, l’accensione dello strumento e avanzerà l’inserimento in orbita intorno a L2.

Il telescopio e gli strumenti scientifici inizieranno a raffreddarsi rapidamente all’ombra dello schermo solare, ma ci vorranno diverse settimane prima che si raggiungano temperature stabili. Verso la fine del primo mese, eseguiremo l’ultima manovra di metà rotta per inserirci nell’orbita ottimale intorno a L2.

La preparazione alle attività scientifiche

A questo punto il JWST è stato dispiegato completamente e i restanti cinque mesi riguarderanno l’allineamento delle ottiche e la calibrazione degli strumenti scientifici.

• Nel secondo, terzo e quarto mese sarà effettuata la verifica iniziale dell’ottica e l’allineamento del telescopio. Si tratta di una manovra delicata, effettuata usando il Fine Guidance Sensor. Gli scienziati punteranno Webb su una singola stella luminosa e dimostreranno che il telescopio può focalizzare correttamente i bersagli. Ma poiché i segmenti dello specchio primario devono ancora essere allineati per funzionare come un unico specchio, ci saranno fino a 18 immagini distorte della stessa stella bersaglio.Da queste immagini, acquisite tutte con la NIRCam (filtro nel vicino infrarosso), inizierà quindi il lungo processo di allineamento delle ottiche. Ogni segmento dello specchio primario verrà spostato e allineato. Lo stesso sarà fatto con il secondario. Il cooldown terminerà effettivamente e il criorefrigeratore inizierà a funzionare alla sua temperatura più bassa così che anche la camera a lunghezze d’onda nel medio-infrarfosso (MIRI) possa iniziare a prendere buoni dati.
• Nel quinto e sesto mese verranno calibrate meticolosamente tutte le numerose modalità operative degli strumenti scientifici osservando bersagli rappresentativi, già approfonditamente studiati e conosciuti. Dimostreremo la capacità di tracciare bersagli in movimento, come asteroidi, comete, lune e pianeti nel nostro sistema solare. Dopo sei mesi, il Webb sarà finalmente pronto a iniziare la sua missione scientifica e inizierà con le prime osservazioni.

Il fallimento non è contemplato

Coloro che non sono preoccupati o addirittura terrorizzati delle sfide che la missione JWST deve affrontare non stanno capendo cosa stiamo cercando di fare”, ha scritto Zurbunchen.

Il James Webb Telescope è la missione spaziale più ambiziosa che l’uomo abbia mai affrontato dopo le missioni Apollo, lo space Shuttle, la ISS e l’Hubble Space Telescope. Negli ultimi 20 anni, migliaia di persone nel mondo hanno dedicato la loro carriera a questo enorme progetto. Ogni singolo passaggio è quindi progettato con estrema precisione e testato ripetutamente con cura. Inoltre le somme di denaro investite per la sua realizzazione sono straordinarie e sfiorano gli 11750 milioni di dollari.

La speranza che il nuovo telescopio raggiunga intatto e funzionate la sua meta in L2 è alimentata dunque dall’enorme sforzo che l’umanità ha impiegato nella sua costruzione. E una così grande dedizione per questo progetto è nata dalle aspettative che gli studiosi hanno su esso. Il James Webb, infatti, potrebbe mostrarci luoghi più remoti dell’universo, così lontani nel tempo e inesplorati che quasi la mente umana non riesce a concepirli.

Maggiori informazioni sulle prestazioni future del James Webb Space Telescope e sulla missione scientifica del telescopio si possono trovare nella guida completa al JWST di Astrospace.it 

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