L'elemento spaziale del telescopio spaziale James Webb della NASA ha recentemente completato i suoi primi due importanti test ambientali di lancio presso Northrop Grumman Aerospace Systems a Redondo Beach, California, e sarà presto sottoposto a ulteriori test per garantire che resista ai rigori del lancio e al duro ambiente dello spazio.

Il primo test dell'elemento del veicolo spaziale ha simulato lo shock meccanico causato dalla separazione dell'adattatore del carico utile del veicolo spaziale dopo il lancio. Il secondo test ha sottoposto il veicolo spaziale al suono estremo e alla vibrazione risultante dell'ambiente di lancio. Questi test acustici e di separazione degli urti sono di routine per tutti i veicoli spaziali.

Ispezioni dettagliate dell'hardware dopo il test acustico hanno mostrato che l'hardware di fissaggio che tiene in posizione le coperture della membrana del parasole si era allentato.

"La NASA sta esaminando le opzioni per la riparazione e i prossimi passi nei test dell'ambiente di lancio degli elementi dei veicoli spaziali, " ha detto Greg Robinson, Direttore del programma di Webb. "Il team sta esaminando i dati dei test e la configurazione hardware e sta lavorando attivamente per azioni correttive nel prossimo futuro. Ci aspettiamo di tornare presto al flusso di test ambientali e continuare a muoverci in modo sicuro e metodico verso il successo della missione".

Scoperte come questa non sono rare nello sviluppo di un veicolo spaziale complesso e unico. "Questo è un esempio del perché i sistemi spaziali sono accuratamente e rigorosamente testati a terra per scoprire le imperfezioni e risolverle prima del lancio, " disse Robinson.

L'elemento del veicolo spaziale di Webb è lo schermo solare combinato e l'autobus spaziale dell'osservatorio. L'elemento del veicolo spaziale e l'elemento ottico combinato e gli strumenti scientifici di Webb, chiamato il suo carico utile scientifico, formerà l'osservatorio completo. Le due metà attualmente risiedono a Northrop Grumman, L'appaltatore dell'osservatorio della NASA.

Lo shock della separazione del carico utile

Quando Webb viene lanciato nello spazio, deve essere piegato come un origami per adattarsi alla carenatura del carico utile del suo razzo Ariane 5, che è largo circa 15,1 piedi (4,6 metri). La carenatura, chiamato anche ogiva del razzo, protegge Webb dalle forze e dal calore dell'atmosfera mentre il razzo accelera nello spazio.

All'interno della carenatura, l'adattatore del carico utile collega fisicamente Webb alla parte superiore dell'Ariane 5. L'adattatore ha due metà:una fissata in modo permanente a Webb e l'altra collegata al secondo stadio del razzo. Quando il razzo raggiunge un'altitudine specifica nell'atmosfera superiore della Terra, la carenatura del carico utile viene espulsa e ricade sulla Terra. Seguendo questo, il primo stadio dell'Ariane 5 consuma il suo carburante e viene anch'esso gettato a mare.

Dopo che il secondo stadio del razzo dà a Webb un'ultima spinta per mandarlo nella sua orbita al secondo punto di Lagrange Sole-Terra (L2), le due metà dell'adattatore del carico utile si separano, liberando Webb dal razzo. Il rilascio invia uno shock meccanico, una serie di vibrazioni ad alta frequenza, attraverso l'osservatorio.

"Lo shock meccanico è una rapida scossa al sistema, un po' come quando chiudi la portiera della macchina e la macchina trema un po', " ha spiegato Keith Parrish, il responsabile dell'Osservatorio per Webb presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. L'elettronica di Webb è progettata per resistere a questo shock proprio come un laptop è progettato per resistere ai colpi e alle cadute della vita di tutti i giorni.

Per simulare questa separazione sulla Terra, gli ingegneri della Northrop Grumman hanno prima sospeso l'elemento del veicolo spaziale in aria con l'adattatore per il carico utile attaccato ad esso. Hanno quindi rilasciato in remoto la metà inferiore dell'adattatore del payload, che è la metà che sarà attaccata al razzo durante il lancio. La metà inferiore è caduta di circa 8 pollici (circa 20 centimetri) su un'area di presa imbottita sul pavimento della camera bianca dove veniva eseguito il test.

Gli ingegneri hanno monitorato le forze causate dal rilascio per assicurarsi che rientrassero nei valori previsti, e le videocamere ad alta velocità hanno registrato la separazione per assicurarsi che fosse liscia. Durante il volo effettivo e la separazione, 12 molle spingeranno delicatamente Webb lontano da Ariane 5.

Il suono e la vibrazione del lancio

Dopo aver completato il test di shock, gli ingegneri hanno avvolto il veicolo spaziale in una tenda di plastica e l'hanno spostato nel Large Acoustic Test Facility di Northrop Grumman. La tenda ha protetto la navicella dalla contaminazione durante lo spostamento e durante il test acustico.

Durante il test, gli ingegneri hanno sottoposto l'elemento del veicolo spaziale a frequenze sonore che vanno da 25 Hertz a 2, 500 Hertz, che è ciò che Webb sperimenterà durante il lancio. Queste frequenze vanno dal basso basso (simile a quello di una cassa) agli acuti bassi (all'incirca allo stesso livello del tasto E7 su un pianoforte). È stato anche testato a livelli di volume fino a 142,5 decibel, circa 3 decibel in più rispetto a quanto previsto in fase di lancio. Il carico utile scientifico di Webb ha superato un test acustico simile al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, nel 2017.

Gli ingegneri hanno montato diversi microfoni all'interno e all'esterno della tenda per monitorare l'ambiente acustico durante i test. Hanno anche montato circa 500 accelerometri attorno all'elemento del veicolo spaziale per monitorare le risposte vibrazionali che ha sperimentato. Un accelerometro misura le forze o lo stress che l'hardware sta subendo durante il test.

Dopo questa prima serie di prove, L'elemento del veicolo spaziale di Webb sarà sottoposto a test di vibrazione per garantire che sopravviva all'intensa scossa del lancio.

Il James Webb Space Telescope della NASA sarà il prossimo grande osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb risolverà i misteri del nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un progetto internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l'ESA (Agenzia Spaziale Europea) e l'Agenzia Spaziale Canadese.

Parte del contributo dell'ESA è il veicolo di lancio Ariane 5, gestito da Arianespace. Il subappaltatore di Arianespace RUAG Space ha fornito l'adattatore per il carico utile del razzo.