۸۰ روز تا پرتاب جیمز وب؛ پیچیده‌ترین سفر فضایی تاریخ چگونه به مقصد خواهد رسید؟

ماه گذشته ناسا اعلام کرد که پس از سال‌ها تأخیر، تلسکوپ فضایی جیمز وب سرانجام ۱۸ دسامبر (۲۷ آذر) زمین را برای انجام مأموریتی تحول‌آفرین در عرصه اخترفیزیک و کیهان‌شناسی ترک خواهد کرد.

اما پیش از آنکه این رصدخانه ۱۰ میلیارد دلاری بتواند کارش را آغاز کند، باید مسیری دلهره‌آور را بپیماید که شامل سفر دریایی، پرتاب بر فراز موشک و پروازی ۱٫۵ میلیون کیلومتری به مقصدش است. جیمز وب در نهایت در نقطه لاگرانژی ۲ یا L2 مستقر خواهد شد؛ مکانی بسیار فراتر از مدار ماه و خارج از دسترس هر مأموریت نجاتی در کوتاه‌مدت. لاگرانژی ۲، نقطه‌ای است که در آن، کشش گرانشی زمین و خورشید همدیگر را خنثی می‌کنند تا محل استقراری بلندمدت برای تلسکوپ فراهم شود.

جیمز وب هم‌زمان با ترک زمین و پشت‌ سر گذاشتن ماه، باید قطعات اصلی‌اش را که به‌ منظور جا شدن درون موشک تا شده‌اند نیز باز کند. این فرایند پرتنش شامل نزدیک به ۱۷۸ سازوکار رهاسازی است که هرکدام باید بدون نقص به‌ کار بیفتد تا راه‌اندازی تلسکوپ تکمیل شود. نانسی لونسون، نایب‌رئیس مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STSci)، به ساینتفیک امریکن گفت: «این پیچیده‌ترین مأموریت علمی است که تاکنون انجام داده‌ایم. چیزهای زیادی وجود دارند که باید به‌خوبی پیش بروند.»

جیمز وب بدون شک پیشرفته‌ترین تلسکوپ فضایی ساخته‌شده تا به امروز محسوب می‌شود. نگاه فروسرخ فضاپیما به ابرهای گردوغبار کیهانی نفوذ خواهد کرد تا جزئیات پنهان محل تولد ستارگان و پیش‌سیاره‌ها را در میانه راه شکل‌گیری فاش کند. تلسکوپ همچنین فوتون‌های ضعیف ساطع‌شده از نخستین ستارگان و کهکشان‌های تشکیل‌شده پس از بیگ‌بنگ (مهبانگ) را جمع خواهد کرد. این فوتون‌ها ابتدا به‌عنوان نور مرئی منتشر شدند؛ اما پس از آن در اثر انبساط کیهان، کشیده شده یا به طول موج ناحیه فروسرخ منتقل شده‌اند.

گرگ رابینسون، مدیر برنامه جیمز وب در ناسا گفت: «تلسکوپ در رمزگشایی از برخی اسرار جهان به ما کمک خواهد کرد. می‌خواهم بگویم جیمز وب قرار است کتاب‌های فیزیک را بازنویسی کند.» اما تمام این رؤیاها به شرطی محقق خواهد شد که همه‌چیز طبق برنامه پیش برود.

سفر جیمز وب از شهر ردوندو بیچ کالیفرنیا و تأسیسات نورثروپ گرومن، محل ساخت و تکمیل آزمایش‌های نهایی تلسکوپ آغاز خواهد شد. در آنجا، فضاپیما که اکنون تاشده است، درون محفظه حمل‌ونقلی ویژه به نام «ابرحامل تلسکوپ فضایی برای هوا، جاده و دریا (سوپر استارز)» قرار خواهد گرفت. این پوسته سفارشی از جیمز وب در برابر رطوبت، ارتعاشات و نوسانات دما محافظت خواهد کرد.

تا انتهای ماه سپتامبر، جیمز وب درحالی‌که درون پیله پیشرفته خود جای گرفته است، به بندرگاه شهر منتقل و روی کشتی قرار داده خواهد شد. ماسیمو استیاولی، مدیر دفتر مأموریت جیمز وب در STSci می‌گوید تاریخ دقیق جابه‌جایی به‌ دلیل جلوگیری از دزدی دریایی مخفی نگاه داشته شده است.

جزئیات درباره تأمین امنیت تلسکوپ به‌طور علنی فاش نشده است؛ اما استیاولی می‌گوید به‌ لطف اتخاذ اقدامات امنیتی متعدد و مخفی برای سفر دریایی، بابت دزدیدن محموله ارزشمندشان به‌ دست دزدان دریایی نگرانی ندارد. استیاولی افزود در صورت تلاش برای دزدی در دریاهای آزاد، او نگران امنیت خود دزدان خواهد بود.

تلسکوپ پس از ترک ساحل همچنان درحالی‌که درون سوپر استارز قرار دارد، در امتداد ساحل و از طریق کانال پاناما به جنوب سفر خواهد کرد. جیمز وب احتمالا اوایل اکتبر، هنگامی که فصل طوفان‌های شدید دریایی است، به منطقه کارائیب وارد خواهد شد. به‌ گفته استیاولی، بنادر ایمن در تمام طول مسیر انتقال تلسکوپ شناسایی شده‌اند و شرایط آب‌وهوا به‌دقت زیر نظر خواهد بود تا اطمینان حاصل شود که فضاپیما به‌طور غیر منتظره در معرض طوفان قرار نمی‌گیرد.

پس از تقریبا دو هفته در دریا، جیمز وب به بندر و سایت پرتاب کورو در گویان فرانسه، متعلق به سازمان فضایی اروپا خواهد رسید. جیمز وب در آنجا مراحل آماده‌سازی برای پرتاب شامل سوخت‌گیری، انجام بررسی‌های الکترونیکی نهایی و البته سوارشدن بر فراز آریان ۵، موشک حامل خود را خواهد گذراند. تلسکوپ ۶۵۰۰ کیلوگرمی درحالی‌که همچنان تاشده است، درون محفظه‌ای به نام فرینگ بر فراز موشک قرار خواهد گرفت. پس از سوار شدن روی موشک، جیمز وب آماده رسیدن به آسمان خواهد بود.

با فرض اینکه تأخیر بیشتری در مسیر رسیدن به سکوی پرتاب رخ ندهد، جیمز وب اوایل صبح ۱۸ دسامبر (بعدازظهر شنبه ۲۷ آذر به وقت ایران) در مسیری جزئی به سمت شرق بر فراز اقیانوس اطلس پرتاب خواهد شد. آریان ۵، موشک حامل تلسکوپ پرتابگری مطمئن محسوب می‌شود و خود تلسکوپ نیز آزمایش‌ها به‌منظور شبیه‌سازی تنش‌های پرتاب را گذرانده است؛ در نتیجه اطمینان بالایی وجود دارد که سفر به مدار به‌راحتی انجام خواهد شد.

هایدی همل، نایب‌رئیس اتحادیه دانشگاه‌ها برای پژوهش‌های نجومی، به ساینتیفیک امریکن گفت همچنان یکی از بزرگ‌ترین آسودگی خاطرها، پرتاب موفقیت‌آمیز خواهد بود: «همان‌طور که در تجارت می‌گوییم، این علم موشک است [یعنی کار بسیار سختی است]. ما منبعی فوق‌العاده ارزشمند را بر فراز موشک قرار می‌دهیم و به اصطلاح زیر آن را روشن می‌کنیم.»

وقتی جیمز وب تقریبا ۱۰،۴۰۰ کیلومتر از مسیر سفرش را بپیماید، از مرحله دوم آریان ۵ جدا خواهد شد و مرحله پرتاب را به پایان خواهد رساند. بااین‌حال، دلهره‌آورترین بخش سفر تلسکوپ تازه در آن لحظه آغاز خواهد شد؛ پیمودن مسیری ۱٫۵ میلیون کیلومتری به مقصد نقطه L2 که در جریان آن، تلسکوپ تاشده به‌آرامی شروع به باز شدن خواهد کرد. همل می‌گوید: «در آن هنگام، دلهره و نگرانی آغاز می‌شود. ما آنجا نیستیم و نمی‌توانیم تغییرات اعمال کنیم؛ درنتیجه همه‌چیز باید به‌خوبی پیش برود.»

تنها لحظاتی پس از جدا شدن از موشک، پنل خورشیدی جیمز وب باز خواهد شد تا شروع به تأمین برق فضاپیما کند. به‌ گفته استیاولی، گشوده‌ شدن پنل خورشیدی رویه‌ای نسبتا آسان محسوب می‌شود؛ اما موفقیت آن برای نیرورسانی به تمام عملیات‌ بعدی حیاتی است.

برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید

نزدیک به ۱۲ ساعت پس از پرتاب، پیشرانه‌های فضاپیما برای نخستین‌ بار روشن خواهند شد تا مسیر آن را اصلاح کنند. استیاولی می‌گوید این اصلاحات باید مؤثر باشند تا سوخت تلسکوپ حفظ شود و طول عمر آن به حداکثر برسد. تأیید اصلاح موفقیت‌‌آمیز مسیر تا مدت‌ها پس از انجام آن از راه نخواهد رسید؛ اما کنترل‌کنندگان مأموریت می‌توانند در صورت لزوم، تغییرات جزئی در مسیر پرواز اعمال کنند.

جیمز وب با نزدیک‌ شدن به روز سومش در فضا، گشودن یکی از پیچیده‌ترین و مهم‌ترین ابزارهایش را آغاز خواهد کرد: سپر خورشیدی. در صورت انجام بدون مشکل این فرایند، مجموعه‌ای از پنج ورقه بادبادک‌شکل از جنس فیلم پلیمر، مانع از رسیدن نور خورشید به حسگرهای فروسرخ تلسکوپ خواهند شد. این حسگرها برای عملکرد صحیح باید در دمای بسیار پایین نگاه داشته شوند.

سپر خورشیدی ابزاری بسیار مهم برای سرد نگاه‌ داشتن تلسکوپ است. همل می‌گوید جیمز وب فقط در این صورت می‌تواند تابش فروسرخ از سپیده‌دم کیهانی را حس کند او افزود: «استقرار [سپر خورشیدی] باید به‌خوبی پیش برود.»

اما برای گشودن سپر خورشیدی، تقریبا ۱۵۰ سازوکار رهاسازی باید در طول مدت سه روز به‌درستی فعال شود. این استقرار پیچیده شامل فعال‌سازی تقریبا ۷ هزار بخش از جمله ۴۰۰ قرقره، هشت موتور و ۱۴۰ عملکرد آزادکننده است. گشودن سپر خورشیدی، شرط لازم به‌ منظور دستیابی به جسورانه‌ترین رؤیاهای دانشمندان برای تلسکوپ است. اما برای مهندسان هوافضا، پیچیدگی این فرایند و شمار بالای خرابی‌های تک‌نقطه‌ای کابوس هستند.

مقاله‌های مرتبط:

• مهندسی بی‌نهایت: تلسکوپ فضایی جیمز وب؛ نگاهی به وسعت کیهان
• نخستین مأموریت‌های علمی تلسکوپ فضایی جیمز وب رونمایی شدند

همل می‌گوید: «پهن‌ کردن و جدا نگاه‌ داشتن پنج لایه فوق‌العاده نازک [سپر خورشیدی] از یکدیگر که هرکدام هم‌اندازه زمین تنیس است، وظیفه‌ای بزرگ محسوب می‌شود.» استقرار صحیح سپر خورشیدی پایان‌بخش نگرانی‌ها نخواهد بود. ۶ روز پس از پرتاب، آینه ثانویه تلسکوپ که در انتهای سه بازوی بلند واقع شده است، در جای خود قرار خواهد گرفت. به گفته همل، آینه ثانویه با وجود نامش، قطعه‌ای حیاتی برای موفقیت جیمز وب است. اگر استقرار دیگر قطعات به‌طور بی‌نقص انجام نشود، احتمالا راه‌حل‌های جایگزین وجود خواهد داشت؛ «اما اگر آینه ثانویه به‌طور موفقیت‌آمیز مستقر نشود، تلسکوپی نخواهیم داشت.»

در روز هفتم، آینه اصلی ۶٫۵ متری جیمز وب که مجموعه‌ای از ۱۸ قطعه شش‌ضلعی تراشیده از بریلیوم با روکش طلا است، شروع به باز شدن خواهد کرد. اول، دو «بال» به بیرون می‌چرخند و همچون تکه‌های میز تاشو در جای خود محکم می‌شوند. سپس عملگرهای کوچک با فشار دادن یا کشیدن هر یک از قسمت‌های آینه، آن‌ها را با دقت میکرونی هم‌تراز می‌کنند و کانون منحصربه‌فرد آینه اصلی را به‌ وجود می‌آورند. استقرار و تراز کردن آینه اصلی شامل فعال‌سازی ۱۳۲ عملگر و موتور خواهد بود که هرکدام باید به‌طور مناسب به‌ کار بیفتد.

در نهایت، یک ماه پس از پرتاب، جیمز وب به نقطه L2 خواهد رسید. با رسیدن تلسکوپ به مقصد، یکی از جسورانه‌ترین پروازهای فضایی انجام‌شده تاکنون به پایان خواهد رسید و نفس در سینه حبس ستاره‌شناسان جهان آزاد خواهد شد. همل می‌گوید: «ما سال‌ها برای این کار تمرین کرده‌ایم. پرواز و استقرار تلسکوپ مانند کنسرت ارکستری با حضور صدها نفر است که همگی ابزار موسیقی مختلفی می‌نوازند. هرکس باید بخش خودش را تمرین کرده باشد و همگی ابزارها باید آماده باشند. آنگاه موسیقی را می‌نوازیم.»