JWST

Teleskoopin testauksen aikana siitä löytyi pieniä vikoja, jotka pitää korjata. Tämä on normaalia, ja itse asiassa jos testin aikana ei löydetä mitään pientä fiksattavaa, olisi syytä huoleen.

Sen sijaan se ei ole normaalia, että teleskooppia tekevä Northrop Grumman -yhtiö on tehnyt viime aikoina monia virheitä. Esimerkiksi puhdistusaine, jolla teleskoopin venttiileitä oli valmisteltu laukaisukuntoon, ei ollutkaan oikeanlaista. Sen käyttäminen on mahdollisesti vaurioittanut venttiileitä, joten ne pitää nyt tarkistaa ja puhdistaa uudelleen – sekä kenties vaihtaa uusiin. Teleskooppiin syötettiin myös testien aikana ylijännitettä, ja siksi osa laitteista piti testata uudelleen-

Lisäksi suuren aurinkosuojan kiinnikkeiden kanssa on ollut sekoilua. Niitä ei oltu asennettu kunnolla ja osa niistä on kadonnut testin aikana.

Aurinkosuojasta löytyi myös kulumia, jotka piti korjata.

Northrop Grumman on syystäkin hieman pinteessä hankkeen kanssa ja se on vaihtanut teleskoopin kanssa työskenteleviä henkilöitä. Tämä on osaltaan myös saanut aikaan lisäviivästymistä.

JWST:n viivästyminen vuoteen 2021 saa aikaan harmaita hiuksia myös Euroopassa, sillä teleskooppi laukaistaan avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla. Näitä ollaan kuitenkin 2020-luvun alussa siirtämässä jo eläkkeelle, kun uusi Ariane 6 ottaa laukaisut hoitaakseen. Se ei kuitenkaan sovellu JWST:n laukaisuun. Ariane 5:n viimeisen laukaisun on tarkoitus olla vuonna 2022, joten vaikka JWST ei ole näillä näkymin viimeinen Ariane 5:n rahti, lykkääntyminen tuo paineita laukaisujen järjestelyyn. Ja jos laukaisu viivästyy tästä vielä lisää, niin Arianespacen täytyy pitää yllä Ariane 5:n laukaisujärjestelmiä suunniteltua pitempään.

Viime aikoina lopullinen, varsinainen avaruuteen laukaistava teleskooppi on käynyt läpi tiukkoja testejä ensin Nasan Goddardin avaruuslentokeskuksessa, sitten Houstonissa Johnsonin avaruuskeskuksessa ja lopulta Kaliforniassa Northrop Grumman -yhtiön puhdastiloissa, missä teleskooppiosaan sitä odotti myös erikseen testattu avaruusalusosa – se, mikä pitää optiikasta ja havaintolaitteista koostuvan teleskoopin suunnassa ja toiminnassa avaruudessa.

Testit ovat menneet muuten hyvin, paitsi että niiden aikana on löydetty vikoja, joiden korjaamiseen on mennyt hieman enemmän aikaa kuin toivottiin. On normaalia, että tämän kokoisesta laitteesta löytyy pieniä vikoja; voisi jopa sanoa, että ellei mitään löytyisi, kannattaisi olla huolissaan.

JWST:n tapauksessa kuitenkin vikojen korjaaminen on vaatinut suurien osien purkamista ja uudelleen kasaamista, sekä jälleen kerran testaamista.

Erityisen paljon aikaa on mennyt aurinkosuojan kanssa. Se on viidestä kerroksesta koostuva varjo, joka ponnahtaa auki täyteen kokoonsa vasta avaruudessa. Se on avattu täyteen mittaansa, aivan kuten tapahtuu avaruudessa, mutta sen saaminen takaisin tarkasti laskostettuun pakettiin on vienyt kuukausikaupalla ylimääräistä aikaa. 

Lisäksi varjoon on tehty pieniä korjauksia ja siksi se on avattu – ja pakattu ylimääräisen kerran.

Uuden avaruusteleskoopin aurinkosuoja on jotakuinkin tenniskentän kokoinen.

Jo tätä ennen testaaminen oli noin neljä kuukautta myöhässä, ja siksi laukaisua avaruuteen oli lykätty vuoteen 2019. Sitä ennen laukaisua suunniteltiin jo tämän vuoden lokakuulle, mutta nyt tavoitteena on virallisesti "aikaisintaan" toukokuu 2020.

Seuraavaksi osat liitetään toisiinsa, ja sen kuluessa varmasti tulee eteen vielä hankaluuksia. Niinpä Nasa päätti antaa hankkeelle lisäaikaa, jotta työtä ei tarvitse tehdä liian nopeasti; on parempi viivyttää jo viipynyttä teleskooppia vielä vähän sen sijaan että riskeerattaisiin sen toiminta liialla kiireellä.

JWST on nykyiseen Hubbleen verrattuna paljon parempi ja suurempi. Sen mosaiikkimainen peili on halkaisijaltaan yli kolme kertaa leveämpi kuin Hubblen yhdestä osasta koostuva, avaruussukkulan rahtiruuman koon mukaan tehty peili. Uusi teleskooppi on myös viritetty havaitsemaan paremmin näkyvän valon lisäksi infrapunasäteilyä – sitä kun maanpäälliset kaukoputket näkevät heikonlaisesti ilmakehän vuoksi.

Siinä missä Hubble kiertää Maata ja suunniteltiin sellaiseksi, että astronautit voivat sitä huoltaa avaruussukkulan avulla, viedään JWST noin 1,5 miljoonan kilometrin päähän maapallosta ns. Lagrangen pisteeseen. Siellä se pystyy tekemään paremmin havaintoja, mutta sen huoltaminen laukaisun jälkeen on hyvin hankalaa. Siksi JWST on tehty sellaiseksi, ettei siihen täydy kajota enää laukaisun jälkeen. 

JWST laukaistaan avaruuteen eurooppalaisella Ariane 5 -kantoraketilla, jonka suuri rahtikuorma oli suunnittelun alkaessa levein ja tilavin käytössä olleista kantoraketeista. Mikäli hanke viivästyy tästä vielä edelleen, on mahdollista, että raketti täytyy vaihtaa toiseen. Ariane 5 korvataan nimittäin noihin aikoihin uudella Ariane 6:lla, joka ei ole yhtä voimakas. 

Voi olla, että SpaceX on jo postittamassa Falcon Heavyn esitteitä Nasalle – sen käyttäminen kun saattaisi auttaa budjettipuolella, koska sen käyttäminen on nähtävästi paljon edullisempaa kuin nykyisten isojen kantorakettien.

Piirros JWST:stä avaruudessa.

Tuorein takaisku Space News -avaruusuutissivuston mukaan tulee myös Yhdysvaltain hallintokoneiston suunnalta, mutta kyseessä on lähinnä tilannekartoitus: tilintarkastajien eilen luovuttaman raportin mukaan todennäköisyys sille, että hanke viivästyy, on erittäin suuri.

Avaruusteleskoopin testaaminen on sujunut hyvin ja työt testaamisen aikana ilmenneiden pienten ongelmien kanssa etenevät. On normaalia, että testaamisen aikana löytyy korjattavaa; itse asiassa olisi huolestuttavaa, jos mitään ei löytyisi.

Erityisesti teleskoopin avaruudessa avautuvat suuret rakenteet ovat olleet hankaluuksissa. Raportti nostaa esiin purjeen tapaan levittäytyvän suuren aurinkosuojan, jonka varjossa teleskoopin on määrä toimia.

Aurinkosuoja koostuu viidestä päällekkäisestä Kaptonista tehdystä tenniskentän kokoisesta kerroksesta. Sen avaaminen testeissä sujui oikein hyvin, eikä sen suhteen näytä olevan huolia avaruudessakaan, mutta varjon saaminen takaisin pakattuun muotoon vie paljon enemmän aikaa kuin kaavailtiin.

Avatusta varjosta löydettiin myös valmistusvirheitä, jotka pitää korjata. Samoin systeemiä, joka kiristää kerrokset tiukoiksi, pitää hieman muuttaa. 

Lisäksi avaamista varten piti teleskoopista poistaa muutamia osia, jotka pitää nyt kiinnittää uudelleen.

Kun laukaisuajankohtaa siirrettiin viimeksi lokakuusta 2018 kesään 2019, jätettiin aikatauluun neljä kuukautta varaa viivästyksiin. Aurinkosuojan kanssa tarvitaan todennäköisesti ainakin kolme kuukautta lisäaikaa, eikä lisäajan tarve lopu tähän.

Ongelmana on myös se, että lisätöistä tulee koko ajan lisää kustannuksia, ja on mahdollista, että viimeisin kustannuskatto tulee vastaan. JWST:n hintalapuksi on sovittu kahdeksan miljardia dollaria, eikä nykytaloustilanteessa sitä voida varmasti kasvattaa.

Nasa ei ole vielä kommentoinut tilannetta muuten kuin toteamalla, että aikataulu on haasteellinen. 

Näillä näkymin hankkeen aikataulussa pysymisestä pitää tehdä uusi ajantasainen arvio – ja se osaltaan saattaa myös lisätä paineita laukaisun lykkäämiseen vuoden 2019 lopulle, tai jopa vuoden 2020 puolelle.

JWST laukaistaan avaruuteen eurooppalaisella Ariane 5 -kantoraketilla. Sen suhteen onneksi ei ole tiedossa ongelmia.

Ennen testejä instrumenttiosan käyttäytymistä on simuloitu tarkasti, ja insinöörit tietävät varsin hyvin miten sen pitäisi täristä täristettäessä. Testin aikana siihen on kiinnitettynä paljon kiihtyvyysmittareita, jotka mittaavat miten eri osat oikeasti liikkuvat. 

Joulukuussa tehdyissä testeissä todelliset tärinämittaukset erosivat kuitenkin olennaisesti ennakkosimulaatioista, joten testi päätettiin keskeyttää. 

Omituisuuksia oli ennen kaikkea peilin avausmekanismissa, joka koostuu ikään kuin kahdesta siivestä: otsikkokuvassa näkyy peilin keskiosa, joka on kiinnitettynä kiinteästi instrumenttiosaan, mutta sen takana on kaksi samaan tapaan pienemmistä peilinosista koottua sivupalaa, jotka liikkuvat paikalleen muodostaen lopulta yhden, suuren peilin. Kaikkiaan peilissä on 18 pienempää, kultapäällysteistä peiliä.

Laukaisun aikana peili on siis taitettuna origamin tapaan kolmeen osaan, mutta avaruudessa siitä tulee yksi iso peili.

Liian suuret kiihtyvyysarvot saattoivat olla merkki siitä, että mekanismi oli hajonnut – tai siitä, että etukäteen tehdyt simulaatiot eivät olleet kunnollisia.

Teleskooppia on jouluun aikana tutkittu tarkasti, eikä siinä havaittu mitään omituisuuksia. Myöskään simulaatioissa ei havaittu mitään kummallista, mutta kun samalla teleskooppi on käyttäytynyt normaalisti muilta osin testeissä, päätettiin testejä jatkaa.

Tällä viikolla uudelleen alkaneet testit tehdään Yhdysvaltain pääkaupunki Washingtonin luona olevassa Goddardin avaruuskeskuksessa. Kunhan nämä tärinätestit on tehty, altistetaan sama instrumenttiosa ja peilisysteemi suurelle metelille akustisessa testikammiossa. Sen avulla simuloidaan laukaisun meteliä.

Sen jälkeen peilin avausmekanismin toimintaa testataan vielä kerran, ennen kuin instrumenttiosa peileineen kuljetetaan huhtikuussa Johnsonin avaruuskeskukseen Houstoniin, Teksasiin, missä on avaruuden olosuhteita jäljittelevä suuri kammio. 

Sieltä instrumenttiosa viedään edelleen Kaliforniaan, Northrop Grumman -yhtiön tiloihin, missä se kiinnitetään huoltomoduuliin. Se pitää huolen teleskoopin sähkönsaannista, tietoliikenneyhteyksistä Maahan ja asennonsäädöstä. 

Yhdessä nämä muodostavat avaruuteen lähetettävän teleskoopin, ja kunhan sitä on vielä kerran testattu, se kuljetetaan vuoden 2018 kesällä Kouroun avaruuskeskukseen. 

Sieltä JWST laukaistaan Ariane 5 -kantoraketilla avaruuteen lokakuussa 2018. 

Teleskooppi ohjataan Maan painovoimatasapainopisteeseen 2, niin sanottuun toiseen Lagrangen pisteeseen noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta ulospäin aurinkokunnassa – siis päinvastaiselle puolelle missä Aurinko sijaitsee Maasta katsottuna.

JWST on ollut testattavana NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksessa lähellä pääkaupunki Washingtonia. Tuoreen tilannetiedotteen mukaan joulukuun 3. päivänä tehdyssä testissä havaittiin jotain omituista, ja tämän perusteella testiohjelma on nyt keskeytetty ja tutkijat keskittyvät löytämään syyn omituisiin tuloksiin.

Testeissä teleskooppiin on kiinnitetty eri puolille erilaisia kiihtyvyysmittareita ja muita antureita, ja saadut kiihtyvyysarvot olivat olennaisesti erilaisia kuin odotettiin.

Onneksi teleskoopissa tai sen suuressa ja herkässä peilissä ei näytä olevan rakenteellisia vaurioita, vaan tulokset viittaavat vain odottamattomiin mittausarvoihin. 

Siksi nyt joulukuun aikana teleskooppia on täristetty uudelleen, pienemmillä kiihtyvyysarvoilla, jolloin sen käyttäytymisestä on saatu lisätietoa.

On mahdollista, että tarkemmissa tutkimuksissa ja simulaatioissa käy ilmi, että saadut mittausarvot eivät anna aihetta suurempaan huoleen, mutta voi myös olla niin, että edessä on muutoksia teleskooppiin ja uusi viivästys.

JWST on vuosia myöhässä alkuperäisestä aikataulustaan ja sen kustannukset ovat karanneet käsistä. Ennen nyt paljastunutta huolenaihetta oli teleskooppi tarkoitus laukaista lokakuussa 2018 avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla.

Piirroskuva James Webb -teleskoopista avaruudessa täysin avattuna: siinä on suuren, vasta avaruudessa avautuvan peilin lisäksi kookas aurinkosuoja alla. Otsikkokuvassa on teleskooppi siirrettävänä testattavaksi. Kuvat: Nasa.

Testeissä paljastuu usein pieniä vikoja ja omituisia mittausarvoja, ja tämä on yksi syy miksi avaruuslaitteita testataan armottomasti: on parempi, että omituisuudet tulevat esiin ennen laukaisua kuin vasta avaruudessa. Yleensä nämä epäkohdat voidaan korjata nopeasti tai ne voidaan analyysien perusteella päätellä vaarattomiksi.

Edessä Goddardissa ovat vielä optiikan sekä koko suuren peilin ja sen avausmekanismin testit täristyksen jälkeen.

Tämän jälkeen JWST on tarkoitus kuljettaa Hosutoniin Nasan Johnsonin avaruuskeskukseen, missä olevalla avaruussimulaattorilla se altistetaan avaruuden tyhjiölle ja lämpötiloille. Sieltä teleskooppiosa viedään edelleen Kaliforniaan Northrop Grumman -yhtiön tiloihin, missä se liitetään huoltomoduuliin, joka tulee huolehtimaan avaruudessa teleskoopin asennonsäädöstä, ohjaamisesta, virransaannista ja tietoliikenneyhteyksistä Maahan. Sen olennainen osa on myös suuri, monikerroksinen, avaruudessa avattava aurinkosuoja.

Lopulta, ennen kuljetusta laukaisupaikalle Kouroun avaruuskeskukseen on koko JWST tarkoitus testata vielä Goddardissa.

Juttua on päivitetty julkaisun jälkeen: Alun perin siinä kerrottiin koko JWST:n olleen nyt testissä, mutta kyseessä oli luonnollisesti "vain" kokonaisuuden teleskooppiosa. Samalla juttuun on päivitetty JWST:n edessä olevien testien aikalu.