По завершении крупных инженерных проектов группу разработчиков обычно просят разработать документ, в некоторых случаях называемый теорией операций. Этот документ предназначен для описания проектных решений, причин их принятия и того, как они были реализованы. Документ призван проинформировать будущих инженеров о том, почему система работает именно так, чтобы они могли оценить, можно ли внести какие-либо изменения или улучшения. Это также позволяет инженерам-проектировщикам поразмышлять о своей работе в целом, иногда в новом свете. Недавно некоторые члены команды разработчиков космического телескопа Джеймса Уэбба решили попытаться составить краткую версию такого документа, выпустив статью, в которой описывается история создания того, что сейчас считается одной из жемчужин в короне космического телескопа Джеймса Уэбба. флот космических телескопов человечества.
Написание статьи возглавлял Пьер Белый, главный инженер Института космического телескопа и науки (STScI), ныне вышедший на пенсию. Первоначально он начал концептуализировать идею успеха Хаббла еще в 1980-х годах. К этому его подтолкнул Риккардо Джаккони, тогдашний глава STScI, который, учитывая его опыт работы с другими спутниками, такими как «Чандра» и «Эйнштейн», знал, сколько времени потребуется для разработки преемника «Хаббла».
Сам Хаббл, старейшина космических телескопов, служивший рабочей лошадкой астрономов на протяжении десятилетий, в конечном итоге так и не был запущен, когда Белому было поручено разработать планы для преемника. Для запуска «Хаббла» в 1990 году потребовалось почти 30 лет лоббирования, строительства и испытаний, а также еще три года масштабных переделок для его ремонта после выхода на орбиту. Срок службы самого «Хаббла» составлял всего 14 лет, поэтому даже если бы его преемник начал работу до запуска «Хаббла», он не был бы готов к запуску до завершения своей первоначальной миссии.
Бюджетные ограничения в STScI оказались первоначальной проблемой. У Института был персонал для управления Хабблом, но не для разработки совершенно нового инструмента с нуля. Однако Белый на посту главного инженера нашел время для разработки некоторых концепций. Предварительные требования к проекту были туманными, но авторы идеи, которая стала JWST, пришли к единому мнению, что он должен иметь возможность видеть в инфракрасном диапазоне, что было за пределами возможностей Хаббла. Также планировалось использовать 10-метровое зеркало, которое на этапе проектирования должно было соответствовать нескольким наземным телескопам.
К счастью, Управление перспективных концепций НАСА уже провело предварительную работу над несколькими проектами космического телескопа следующего поколения. Очень Большой Космический Телескоп (VLST) сохранил традиционное название телескопов НАСА, но был разработан для сборки в космосе астронавтами с помощью космического корабля-челнока. По сути, это была просто версия Хаббла с большим зеркалом.
Концепт Golay-9 был немного более нестандартным. Он состоял из девяти телескопов диаметром 1,7 метра, которые работали согласованно друг с другом. Однако он снова был спроектирован для сборки астронавтами и размещения на НОО.
Кредит – НАСА/Лаборатория реактивного движения.
Другой концепцией стал большой развертываемый отражатель диаметром 20 метров с сегментированными зеркалами. Чтобы оставаться прохладным, ему потребуется значительное количество криогенных материалов, пока он будет вращаться на околоземной орбите рядом с космической станцией – в основном это упростит сборку астронавтами и пополнение запасов криогенных материалов.
Белый и Франсуа Роддье, специалист по оптике, учли эти идеи при разработке оригинального 10-метрового преемника «Хаббла», который почти не похож на окончательную форму спутника. Первоначально предложенный в 1986 году, он имел всеобъемлющий щит, который должен был защищать его от света и тепла близлежащей Земли, но при этом мог поместиться в обтекатель модифицированной ракеты «Энергия», разработанной тогдашним Советским Союзом.
За это время проект получил новое название — Космический телескоп следующего поколения, под которым он был известен до тех пор, пока в 2002 году не был переименован в JWST. Луна.»
Авторы и права – П.Я. Белый / Ф. Роддье / STScI
Космический телескоп не обязательно должен свободно парить в космосе – он также может находиться на другом небесном теле. Это послужило основой для идеи, первоначально совпадавшей с инициативой президента Джорджа Буша-старшего по исследованию космоса, по возвращению на Луну в 1990-х годах. Чтобы соответствовать этому дизайну, была создана версия NGST, в которой на поверхности Луны размещалось 16-метровое зеркало, которое больше походило на традиционный земной телескоп, чем на свободно плавающий космический телескоп. Однако эта идея умерла вместе с SEI, поскольку через несколько лет правления Буша стало ясно, что НАСА не вернется на Луну в ближайшее время – и до сих пор не возвратилось.
В конце 1980-х и начале 1990-х годов было проведено множество семинаров для обсуждения различных компромиссов при разработке NGST. Они изменились на более формальную структуру в 1995 году, почти через 5 лет после запуска Хаббла, на семинаре по определению целей проектирования нового преемника Хаббла, который был созван Эдвардом Вейлером, главным научным сотрудником НАСА по Хабблу. Этот семинар положил начало двухлетнему исследованию, призванному привести к полностью сформированной идее космического телескопа – и на этом сегодня основана современная версия JWST.
В конце исследования общий контур космического телескопа стал ясен: солнцезащитный экран обращен к Солнцу и обеспечивает радиационное охлаждение с другой стороны, сохраняя при этом разумную температуру для некоторой рабочей электроники. Он также будет расположен в точке Лагранжа Земля-Солнце L2, а не на Луне или на орбите вокруг Земли. Преимущество этого проекта заключалось в том, что он находился достаточно далеко от Земли и Луны, и его больше не нужно было полностью закрывать, как это было в предыдущих концепциях, что давало ему гораздо более широкое поле зрения.
Кредит – НАСА / GFSC.
В этой версии JWST, известной как «Yardstick», основное внимание уделялось конструкции оптической системы с первоначально предложенным 8-метровым зеркалом. Он использовал бериллий из-за его преимуществ для криогеники на космических телескопах, включая его высокую теплопроводность. Он был спроектирован так, чтобы помещаться в обтекатель Atlast II и полностью расширяться после запуска.
Даже на этой ранней стадии проекта стоимость уже принимала во внимание, и JWST, как известно, превысил бюджет во время цикла разработки и тестирования. Однако в то время ожидаемый бюджет, казалось, соответствовал сопоставимым миссиям, таким как Хаббл. НАСА планировало продолжить концептуальное исследование и попросило три аэрокосмические компании представить свои идеи NGST на заседании STScI. Результатом этой встречи летом 1997 года стал доклад, в котором были указаны три совершенно разные идеи TRW, Ball Aerospace и Lockheed Martin.
НАСА решило продолжить разработку концепций TRW и Ball, хотя Lockheed продолжала развивать собственный проект, пытаясь вернуть бизнес. Через некоторое время TRW и Болл решили объединить свои силы для проведения единого исследования. В конце концов, в 2001 году компания Northrup Grumman купила TRW, и подразделение, управлявшее проектом NGST, сменило название на Northrup Grumman Space Technology (NGST). НАСА предоставило им право взять на себя роль ведущего подрядчика JWST.
Бюджетные ограничения еще больше ограничили размер зеркала до 6 метров с запланированных 8, но на данный момент общий дизайн казался вполне соответствующим тому, что сегодня плавает в космосе. Двадцать лет спустя, после долгих доработок конструкции, производства и испытаний, он был успешно запущен, и, несмотря на взрыв микрометеоритов (что, по общему признанию, всегда было частью запланированного проекта), он предоставил нам захватывающие изображения со всех уголков космоса. . С помощью этой статьи некоторые из первоначальных членов команды смогут поразмышлять о своем вкладе в это чудо космических технологий и гордиться этим. В конце концов, все их усилия, похоже, того стоили.
Узнать больше:
Белый и др. – Генезис архитектуры космического телескопа Джеймса Уэбба: история дизайнеров
UT – Как Уэбб остается в фокусе
UT – Хаббл и Уэбб – команда мечты. Не разбивайте их
UT – JWST переписывает учебники по астрономии
Ведущее изображение:
Взгляд художника на 16-метровый телескоп на Луне, предложенный Белым. Для наведения телескопа использовался шестигранник с линейными приводами. В лунные сутки над телескопом нужно было накрывать щит, защищающий его от тепла, исходящего от Солнца.
Кредит – П.Я. Белый / Д. Берри / ГТНЦ
