Dragan KOSOVAC

1. novembar 2021.

Tokom devedesetih godina prošlog veka, svemirski teleskop Hubble (Habl), postao je sinonim za probleme pri obavljanju kompleksnih misija u orbiti naše planete. Ipak, nakon uspešne popravke i naknadnog održavanja i unapređivanja, ovaj veštački Zemljin satelit, zahvaljujući „karijeri” dužoj od tri decenije uspešnog rada i posmatranja dubina svemira, postao je najuspešniji i najpoznatiji svemirski teleskop u istoriji. Ipak, čak i pre nego što je Habl lansiran, svemirska agencija SAD, NASA, započela je rad na njegovom nasledniku. Razvoj tog projekta, znatno ambicioznijeg i kompleksnijeg od Habla, trajaće više od četvrt veka. Nekoliko puta biće na pragu ukidanja, a američkim naučnicima će se u međuvremenu pridružiti i kolege iz evropske i kanadske svemirske agencije. Ipak, svemirski teleskop James Webb(Džejms Veb) sada će, konačno, biti lansiran sredinom decembra. Nažalost, to lansiranje neće biti kraj izazova i kriznih situacija za novu svemirsku opservatoriju.

Istorija

Još davne 1837. godine, nemački astronomi Vilhelm Ber i Johan Hajnrih Melder teoretisali su o prednostima teleskopa postavljenog na površinu Meseca, nad onima koji su na Zemlji. Naime, Zemljina atmosfera uzrokuje filtriranje i distorziju kompletnog elektromagnetnog spektra zračenja koje iz kosmosa stiže do površine planete. To u određenim opsezima spektra znači smanjenu rezoluciju (kao, na primer, u optičkom opsegu), a u drugima gotovo potpuno onemogućava kvalitetno posmatranje (na primer, u infracrvenom, ultraljubičastom ili rendgenskom opsegu).

Između dva svetska rata, nemački fizičar Herman Julius Obert (otac modernih raketnih motora) u knjizi „Raketa za međuplanetarni prostor” („Die Rakete zu den Planetenräumen”), koju je objavio zajedno sa kolegama Konstantinom Ciolkovskim i Robertom Godardom, prvi put pomenuo je mogućnost da bi teleskop mogao da se postavi u Zemljinu orbitu, naravno, pomoću raketnog lansirnog sistema. Neposredno nakon Drugog svetskog rata i čitavu deceniju pre nego što je Sovjetski savez uopšte lansirao Sputnjik-1, američki teoretski fizičar Lajman Spicer predložio je izgradnju velikog teleskopa u formi veštačkog satelita. Upravo njegovo zalaganje za popularizaciju te ideje tokom šezdesetih i sedamdesetih godina prošlog veka dovelo je do izgradnje svemirskog teleskopa Habl i njegovog lansiranja spejs šatlom Discovery, 20. aprila 1990. godine.

Planiranje

Pre nego što je projekat razvoja Hablovog naslednika dobio zvaničan naziv, tokom 1989. godine, započeo je konceptualni razvoj za potencijalni svemirski teleskop još boljih performansi. Tada je osmišljen takozvani Hi-Z teleskop, veštački satelit koji ne bi bio postavljen u orbitu Zemlje, nego Sunca i to na udaljenosti od 3 AU (astronomska jedinica, distanca od Sunca do Zemlje), gde bi šum od elektromagnetnog rasejanja na česticama međuplanetarne prašine bio minimalan. Ipak, takav teleskop morao bi da ima i sistem za potpunu zaštitu od okolnog zračenja kako bi mogao još kvalitetnije da obavlja snimanje željenog segmenta kosmičkih dubina.

Projekat je zvanično pokrenut 1996. godine pod nazivom NGST (Next Generation Space Telescope, svemirski teleskop sledeće generacije). Radi ubrzanja razvoja i podele troškova izgradnje, Evropska svemirska agencija (ESA) i Kanadska svemirska agencija (CSA) uključene su u projekat. Prvi plan bio je da teleskop ima ogledalo prečnika osam metara uz procenu da će ceo projekat koštati 500 miliona dolara i da će teleskop biti lansiran do 2007. godine. Sem toga, veoma rano je odlučeno da teleskop neće biti postavljen na tri astronomske jedinice od Sunca, već znatno bliže, u drugu Lagranžovu tačku (L2) sistema Sunce-Zemlja, što je oko milion i po kilometara od Zemlje, odnosno 1,01 AU od Sunca.

Sa svakom godinom koja je prolazila i većim stepenom detalja u razvoju projekta na kom su stručnjaci iz Goddard Space Flight Centera (NASA) sarađivali sa kompanijama Ball Aerospace & Technologies, TRW i Lockheed Martin, projektovana cena misije je rasla, a lansiranje je sve više odlagano. Tako je do 2003. godine, kada je kompanija TRW zvanično dobila ugovor za proizvodnju teleskopa, cena misije narasla na dve i po milijarde dolara, primarno ogledalo je smanjeno na 6,1 metar, a prozor za lansiranje je pomeren na 2010. godinu. Godinu dana ranije, teleskop je dobio zvaničan naziv JWST(James Webb Space Telescope, svemirski teleskop Džejms Veb), po administratoru (čelna pozicija) agencije NASA tokom šezdesetih godina prošlog veka, koji je lično nadgledao kompletne programe Mercury i Gemini, kao i početak programa Apollo (zaključno sa misijom Apollo 7).

Do 2006. godine cena misije premašila je 4,5 milijardi dolara, od čega je jedna milijarda već potrošena na razvoj i početak konstrukcije, a lansiranje je promereno do 2014. godine. 2007. godine zvanično je odlučeno da će ESA biti odgovorna za lansiranje teleskopa i da će to biti obavljeno raketom Ariane 5 ECA, kojaje i danas, još uvek, lansirni sistem sa najvećim prečnikom teretnog dela. 2011. godina bila je ključna za opstanak misije, jer je u okviru predloga smanjenja budžeta američki Kongres efektivno pokrenuo ukidanje programa. U tom trenutku već je potrošeno tri milijarde dolara, a preko 75 odsto komponenata za sam teleskop je već bilo u raznim stadijumima proizvodnje. Srećom, brojni apeli međunarodne naučne zajednice urodili su plodom, pa su krajem te godine odobrena dodatna sredstva i zauvek okončana pretnja ukidanja misije.

Poslednje proširenje finansiranja projekta JWST, na konačnih 9,66 milijardi dolara, desilo se u februaru 2019. godine. Iste godine određeno je da će lansiranje biti obavljeno početkom 2021. godine. Zbog epidemije Covid-19, lansiranje je pomerano više puta, poslednji put na 18. decembar.

Hardver

U konstrukciji JWST-a učestvovalo je ukupno 258 kompanija, od toga 142 iz Sjedinjenih američkih država, 12 iz Kanade i 104 iz dvanaest evropskih zemalja.

Primarni sistem ove svemirske opservatorije je njegov optički teleskop, zasnovan na anastigmatičnoj konstrukciji sa tri ogledala. Ova konstrukcija eliminiše tri tipa optičkih aberacija: astigmatizam, komu i sferičnu aberaciju. Glavno ogledalo je berilijumski reflektor presvučen zlatom, ima prečnik od 6,5 metara i ukupnu površinu 25,4 kvadratna metra (skoro tri puta je veće od onog na Hablu). Pošto bi lansiranje sonde sa ovako velikim ogledalom iz jednog komada bilo nemoguće (ne postoji lansirni sistem sa većim prečnikom tereta od 5,7 metara), ovo ogledalo je podeljeno u 18 heksagonalnih segmenata koji će se nakon lansiranja sklopiti u celinu i postaviti u operativni položaj, pomoću 126 preciznih mikromotora.

Sledeći bitan sistem JWST-a je njegov štit od Sunca. Naime, pošto teleskop funkcioniše u infracrvenom opsegu spektra, neophodno je da mu temperatura neprestano bude ispod 50 kelvina (-223 celzijusa), kako sam teleskop ne bi proizvodio IC radijaciju koja pravi šum i ometa osmatranje. Zbog toga je osmišljen specijalni štit koji sprečava da zračenje sa Sunca (ili odbijeno sa Zemlje i Meseca) dođe do teleskopa. Radi se o pet „jedara” od specijalnog polimera (poliimid zvan Kapton E), koji je sa obe strane prekriven slojem aluminijuma ili mešavine aluminijuma i silicijuma, ali je i dalje ultratanak (najdeblji sloj štita je debeo 50,15 mikrometara, najtanji 25,1 mikrometara). Ovaj štit je, takođe, sklopljen prilikom lansiranja, da bi se u svemiru rasklopio do svojih maksimalnih dimenzija od 21 metra dužine i 14,6 metara širine (otprilike kao teniski teren). Rasklapanje ovog štita je kompleksnije i rizičnije od onog kroz koje će proći primarno ogledalo, jer se zasniva na tome da ogroman broj delova funkcioniše besprekorno. U rasklapanju štita učestvuje 140 mehanizama za otpuštanje, 70 zglobnih sklopova, 400 čekrka, 90 kablova (ukupne dužine 400 metara), osam motora, kao i desetine ležajeva, opruga i zupčanika. Kada se u obzir uzmu i ogledalo i štit, ako ne uspe samo jedna od pedeset operacija (sa ukupno trista kritičnih tačaka) kroz koje JWST mora da prođe, on neće moći da funkcioniše. A za razliku od Habla koji je bio u orbiti Zemlje gde je moguća popravka, JWST je prepušten sam sebi u dubini svemira.

Ova opservatorija sadrži i ISIM(Integrated Science Instrument Module, modul sa integrisanim naučnim instrumentima) koji ima četiri komponente. NIRCam(Near InfraRed Camera), kamera u bliskom infracrvenom spektru i NIRSpec(Near InfraRed Spectrograph), spektrograf u bliskom infracrvenom spektru obavljaće snimanje i spektroskopiju u opsegu 0,6-5 mikrometara. MIRI(Mid-InfraRed Instrument) je kombinovani uređaj koji radi isto što i prethodna dva, ali u opsegu 5-27 mikrometara. MIRI je veoma osetljiv uređaj čija temperatura ne sme da pređe šest kelvina, pa ima mehanički hladnjak sa helijumom koji cirkuliše između tople i hladne strane teleskopa. FGS/NIRISS(Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph), su dva uređaja u jednom. FGS je fini senzor za navođenje koji služi za orijentisanje sonde i kontrolu ogledala za stabilizaciju slike, dok je NIRISS kombinacija kamere i spektrografa koji funkcionišu u istom opsegu kao NIRCam i NIRSpec, ali su drugačije konstrukcije.

Na kraju, tu je takozvani Spacecraft Bus, modul koji je, tehnički gledano, podrška teleskopu, štitu i naučnoj opremi, ali je, efektivno, glavna strukturna komponenta sonde, jer spaja sve tri navedene grupe u jednu celinu, a nosi i sistem za pokretanje sonde, opremu za komunikaciju za Zemljom, kao i sve računare neophodne za funkcionisanje JWST-a.

Lansiranje

Osamnaestog decembra, sa kosmodroma Kuru u Francuskoj Gvajani, JWST biće lansiran u Zemljinu orbitu za samo osam minuta. Prvi korak u orbiti je rasklapanje solarnih panela i komunikacione antene, da bi dvanaest sati kasnije bio aktiviran potisnik koji će sondu odvesti na put dalek 1,5 miliona kilometara, do Sunce-Zemlja-L2 tačke, gde će zauzeti takozvanu halo orbitu i odakle će obavljati osmatranja sledećih pet do deset godina. Prve dve nedelje tog puta ka cilju biće ključne za uspeh misije, jer će tokom tog perioda biti obavljeno postepeno rasklapanje sonde u finalnu funkcionalnu formu svemirske opservatorije. 29 dana kasnije, potpuno rasklopljen i na svom konačnom odredištu, JWST može da započne istraživački deo misije. Da posmatra stvaranje i evoluciju dalekih zvezda i galaksija, kao i da traži ostatke svetlosti koju su emitovale prve zvezde i galaksije koje su se formirale nakon Velikog praska. Na kraju, posmatranjem bliskih zvezda JWST moći će da zaviri u atmosfere planeta koje kruže oko njih, čime ćemo produbiti znanje o formiranju zvezda i planetarnih sistema, kao i uslova za nastanak života. Nama ostaje samo da ovom teleskopu poželimo srećan put i dug radni vek.