Krijgt NASA deze $10 miljard kostende telescoop heel de ruimte in?

De James Webb-ruimtetelescoop, beter bekend als de JWST of Webb, is de grootste en krachtigste telescoop die ooit gebouwd is. En, alles volgens plan verloopt, zal-ie een revolutie in de astronomie teweegbrengen.

De telescoop is recent in Frans Guyana op een 15 verdiepingen hoge raket geladen. Zaterdag zal deze raket de 10 miljard dollar kostende Webb naar de ruimte brengen. De lancering, die gepland staat voor 25 december, is echter maar het halve werk.

Het belangrijkste onderdeel van Webb is een spiegel van een halve meter breed, bestaande uit 18 met goud beklede berylliumpanelen (beryllium is een speciaal soort metaal) die boven op een ruitvormig zonnescherm ter grootte van een tennisbaan zit.

Deze twee elementen zijn te groot om in een bestaande raket te passen, dus worden ze voor de reis opgevouwen en in de ruimte weer opengevouwen of “ontplooid”.

Het uitvouwen van een telescoop die zo groot en complex is als de James Webb is een riskante onderneming die nog nooit eerder is uitgevoerd. Als een van de ontplooiingsmechanismen blijft haken of defect raakt, kan de NASA geen astronauten naar het ruimtevaartuig sturen om het te repareren of het defecte onderdeel te vervangen.

Een fout kan dus betekenen dat er 10 miljard dollar wordt verspild. Dan gaat de hoop van ontelbare astronomen om een nog beter inzicht in ons heelal te krijgen, in rook op.

"Toen ik 40 jaar geleden in dit vak begon, was een van de eerste lessen die ik kreeg dat een ontplooiingen in de ruimte ten alle tijden voorkomen moest worden", vertelt Mike Menzel, NASA's hoofdingenieur op het Webb-project. "Bij de Webb kunnen we ontplooiing simpelweg niet vermijden. We gaan met deze telescoop juist een poging wagen van de meest complexe uitvouwmanoeuvres ooit te laten slagen."

Naast het uitvouwen van de spiegel en het zonnescherm, moet er vanaf de aarde ook voor worden gezorgd dat de spiegels van Webb juist worden afgesteld, z’n meetinstrumenten goed werken en dat de telescoop in de juiste baan komt. En dat alles op ruim een miljoen kilometer afstand. Het hele proces zal naar verwachting ongeveer zes maanden duren.

"We hebben de telescoop gebouwd, we hebben ‘m uitgelijnd, we hebben echt alles getest en bewezen dat het werkt. Nu moeten we ditzelfde trucje alleen nog uithalen terwijl-ie in de ruimte hangt", zegt Menzel. "En dat is dus nog nooit eerder gedaan."

Webb is een project waar NASA al tientallen jaren mee bezig is in samenwerking met het Europees Ruimteagentschap (ESA) en het Canadese Ruimteagentschap.

De telescoop had eigenlijk al jaren geleden in de ruimte moeten zweven, maar de vele testen met het aanpassen van het design tot gevolg hebben de lancering herhaaldelijk vertraagd en het oorspronkelijke prijskaartje van 500 miljoen dollar flink opgedreven. 

Webb heeft twee weken nodig om zich te ontvouwen

Maar nu staat Webb toch daadwerkelijk voor de laatste hindernis. De telescoop zal zich in ongeveer 2 weken ontvouwen. Allereerst zal het zonnescherm ontplooid worden, omdat dit scherm cruciaal is voor het functioneren van Webb. 

De rest van de telescoop is voor deze stap bedekt met speciale Kapton-folie wat er voor moet zorgen dat alleen het zonnescherm het zonlicht opvangt en de rest van het gevaarte afkoelt tot een ijskoude -229 graden Celsius.

Webb heeft ongeveer twee maanden nodig om die temperatuur te bereiken, maar dan kan het ook de zwakke warmte van verre sterren en planeten in de vorm van infrarood licht waarnemen.

Dit kan alleen slagen als het zonneschild zich goed ontvouwt, maar door zijn slappe materiaal is het een van de elementen die de meeste zenuwen oproept bij het team.

"Neem een touwtje, leg het op een tafel, duw erop met je vinger en kijk of je de vorm van dat touwtje kunt voorspellen. De kans is groot dat je dat niet kunt en zo is het ook met de membranen van dit zonnescherm", legt Menzel uit.

Als dat slappe materiaal zich opent in de verkeerde vorm of blijft haken aan andere delen van het observatorium, kan dat een ramp zijn voor Webb. Daarom hebben de NASA en zijn aannemer, Northrop Grumman, een complex uitvouwsysteem voor het zonnescherm gebouwd, met 140 ontgrendelingsmechanismen, 70 scharnieren, 8 motoren, 400 katrollen en zo’n 400 meter aan kabels.

Webb's ontplooiing kan op 344 manieren mislukken

Al bij de ontgrendelingsmechanismen van het zonnescherm kan er iets fout gaan waardoor Webb niet zal functioneren. Deze mechanismen hebben namelijk geen back-up. 

Als een ontkoppelingsmechanisme faalt, heeft NASA een paar opties om het probleem op te lossen: het commando om te ontkoppelen opnieuw versturen, de telescoop draaien of heen en weer wiegen om alles wat vastzit los te krijgen, of de telescoop naar de zon draaien om het problematische mechanisme op te warmen. Maar ook hierbij kan het niet vertrouwen op back-uphardware. 

In totaal heeft Webb 344 storingen die tot een mislukking kunnen leiden. Ongeveer 80 procent daarvan maakt deel uit van het uitrolproces, aldus Menzel. “Om dit te voorkomen heeft  NASA verschillende studies uitgevoerd en onafhankelijke experts geraadpleegd en we zijn het er allemaal over eens dat we de juiste balans hebben gevonden."

Zodra het zonneschild open is, moet Webb een statief ontvouwen dat zijn secundaire spiegel vasthoudt en dan de twee flappen van zijn hoofdspiegels openen. Als dat lukt, duurt het nog vijf maanden voordat Webb daadwerkelijk wetenschap kan gaan bedrijven. Het gevaarte heeft drie maanden nodig om zijn spiegel goed af te stellen en twee om zijn wetenschappelijke instrumenten aan de praat te krijgen.

Pas daarna kunnen Webb-ingenieurs in de VS, Europa en Canada opgelucht ademhalen.

Meer mooie verhalen over de ruimte:

• De aarde schiet door de ruimte met een snelheid van 2,16 miljoen km/u – deze animatie plaatst dat in perspectief
• Zo worstelen astronauten al 57 jaar met poep in de ruimte – van een gigantisch condoom tot een vacuümtoilet
• Dit moet je weten over de Brabantse investeerder Joes Daemen die miljoenen betaalde om zijn zoon Oliver met Jeff Bezos mee de ruimte in te sturen
• SpaceX en een Canadese startup willen een satelliet lanceren die advertenties in de ruimte toont. Iedereen kan pixels op het scherm kopen met crypto’s.
• Zo kun je achterhalen waar in de ruimte Tesla’s Roadster zich bevindt