De krachtigste telescoop die ooit is gelanceerd, heeft de meest riskante fase van zijn missie overleefd: een reeks van honderden zenuwslopende stappen die het instrument moest doorlopen om zichzelf helemaal te ontvouwen. Sinds zijn lancering op Eerste Kerstdag heeft de tien miljard dollar kostende ruimtetelescoop ‘James Webb’ zijn vele ledematen geroteerd, verlengd en uitgeklapt om zijn definitieve configuratie te bereiken. En hij heeft die verraderlijk ingewikkelde metamorfose doorlopen terwijl hij op enorme snelheid naar een specifieke plek in de ruimte schoot, op ongeveer anderhalf miljoen kilometer van de aarde.
Voor de wetenschappers en ingenieurs die bij de missie zijn betrokken en voor ruimteliefhebbers in de hele wereld waren de afgelopen vijftien dagen zenuwslopend. De telescoop moest elke stap foutloos afwikkelen, en hoewel de ingenieurs de zorgvuldig op elkaar afgestemde uitvouw-manoeuvres hier op aarde keer op keer hadden getest, wist niemand zeker hoe het observatorium zich na zijn lancering en lange ruimtereis precies zou gedragen. Eén foutje zou genoeg zijn om de missie tot een vroegtijdig einde te brengen. Maar op 8 januari was de primaire spiegel van de ruimtetelescoop eindelijk helemaal uitgeklapt, wat betekende dat de zo belangrijke fase waarin het instrument zichzelf volledig ontvouwt, met succes was afgesloten.
Lees ook: Ruimtetelescoop ‘James Webb’ zal revolutie teweegbrengen in onze kennis over exoplaneten
In de komende circa vijf maanden zullen meerdere teams het observatorium verder testen en kalibreren om het gereed te maken voor zijn eerste wetenschappelijke observaties. Als de James Webb eenmaal volledig in gebruik is genomen, zal hij in staat zijn het universum in zijn kosmische reikwijdte te onderzoeken en beelden op te vangen van objecten die meer dan dertien miljard geleden zijn ontstaan. De uiteindelijke missie van het observatorium is het vertellen van het verhaal van het universum, waarbij het zó ver de ruimte in zal turen en daarmee terug in de tijd zal kijken dat het de peuterjaren van de kosmos kan bestuderen, het ziedende domein van straling en chaos waaruit op een of ander wijze alle sterren, sterrenstelsels, planeten (en mensen) zijn voortgekomen.
Over twee weken zal de telescoop arriveren op zijn eindbestemming, een locatie in de ruimte die wordt aangeduid als het Lagrange-punt L2, viermaal verder van de aarde dan de maan. En dankzij de vrijwel perfecte lancering zou de James Webb het heelal weleens veel langer kunnen bestuderen dan zijn officieel geschatte levensduur van tien jaar.
Het is een veelbelovende start van een missie die met heel wat tegenslagen gepaard is gegaan. Oorspronkelijk zou de James Webb in 2007 worden gelanceerd, maar het project liep eindeloze vertragingen op, waarbij de kosten voor het observatorium uit te hand liepen. Meerdere malen werd overwogen om het project af te blazen en onlangs nog ontstond er ophef over de NASA-directeur naar wie het observatorium is vernoemd. Maar na tientallen jaren van hard werken zal het futuristische instrument eindelijk het licht van het zeer vroege universum kunnen opvangen.
‘Het team heeft de nodige problemen ondervonden, maar kijk eens naar de verbluffende perfectie die ze hebben bereikt,’ zegt Thomas Zurbuchen, vicedirecteur van de NASA. ‘We moeten goed beseffen hoe ingewikkeld dit is. Het is zeer, zeer, zeer moeilijk en we zien hier dat er geschiedenis wordt geschreven.’
Reis naar L2
Het nieuwste vlaggenschip van de NASA werd op 25 december boven op een Ariane-5-raket gelanceerd vanaf de ESA-ruimtebasis Kourou in Frans-Guyana. Ongeveer 27 minuten later werd de nog ingepakte James Webb voorzichtig losgekoppeld van de bovenste trap van de raket, die was uitgerust met een camera waarmee het langzaam wegzwevende observatorium werd vastgelegd. Op die beelden is te zien hoe het reusachtige instrument glanst tegen de inktzwarte achtergrond van het heelal, die alleen wordt doorbroken door het gebogen en helderblauwe silhouet van de aarde.
Het was de laatste keer dat we de James Webb gedetailleerd konden bekijken, hoewel astronomen de vage reflectie van de telescoop op weg naar zijn parkeerplek L2 zullen volgen.
Nog voordat de James Webb buiten de reikwijdte van de camera kwam, ontvouwde hij zijn zonnepanelen en begon energie van de zon op te slaan. Zonder die eerste, cruciale manoeuvre zou de missie zijn mislukt. ‘Zonder stroom kun je vrij weinig doen,’ verklaarde Alphonso Stewart, een van de ingenieurs die verantwoordelijk zijn voor de uitvouw-mechanismen van de telescoop, op 4 januari tegenover verslaggevers. Maar hoewel het observatorium deze eerste zenuwslopende momenten goed had doorstaan, beseften de wetenschappers en ingenieurs van de missie heel goed dat de moeilijkste fase van de reis nog moest beginnen.
Ontvouwing in de ruimte
In zijn volledig uitgeklapte gedaante is de James Webb ongeveer drie verdiepingen lang en beslaat zijn zonneschild bijna de oppervlakte van een tennisbaan. De telescoop is zó groot dat hij niet in zijn uitgeklapte configuratie kon worden gelanceerd.
Ingenieurs vouwden de primaire spiegel van de telescoop, met een diameter van bijna zesenhalve meter, in segmenten op, evenals de kleinere secundaire spiegel. Daarnaast rolden ze het ruim 21 meter lange zonneschild in zijn geheel op. Dankzij dat fragiele zonneschild, dat is opgebouwd uit vijf aparte schermen, zullen de instrumenten aan boord van de James Webb afkoelen naar –233,3 graden Celsius, wat de telescoop in staat stelt om – niet gestoord door de warmte van de telescoop zelf – zelfs de extreem zwakke infraroodsignalen van de vroegste sterren en sterrenstelsels op te vangen.
‘Het zonneschild is een van de meest gecompliceerde objecten die we ooit de ruimte in hebben gestuurd, en dat was ook nodig,’ zegt Jane Rigby van de NASA. ‘Als je kijkt naar de vereisten waaraan de wetenschappelijke observaties moeten voldoen en naar de werktuigbouwkunde die daarvoor nodig is, kom je uit bij dit zonneschild.’
Volgens Rigby moesten al deze elementen in een zeer krappe ruimte worden opgevouwen en muurvast worden vergrendeld, zodat de telescoop door de zware trillingen tijdens de lancering niet uit elkaar zou worden geschud. Toen de James Webb eenmaal onderweg was, moest het gevaarte eerst al die klinken en bouten ontgrendelen en daarna de verschillende elementen voorzichtig uitvouwen – een riskante reeks manoeuvres met in totaal 344 afzonderlijke momenten waarop het mis kon gaan.
Aan het begin van de reis moesten de ingenieurs van de missie enkele kleinere problemen oplossen, waaronder motoren die wat warmer werden dan was verwacht en afwijkingen in de stroomvoorziening van de zonnepanelen. Daarna was het tijd voor de grote ontvouwingen. De meest gecompliceerde van deze manoeuvres was het uitklappen van het zonneschild. Het geavanceerde scherm moest laag na laag worden uitgerold en strakgetrokken, zonder dat daarbij iets bleef haken of steken. Het deed denken aan het hijsen van de zeilen van een jacht, behalve dat het volledig automatisch en in de ruimte gebeurde en dat fouten niet konden worden gecorrigeerd.
Lees ook: ’s Werelds krachtigste ruimtetelescoop is eindelijk onderweg
Stapje voor stapje werd de ene na de andere manoeuvre afgewikkeld. Klinken werden ontgrendeld. Behuizingen werden weggeschoten. En in de loop van 26 uur werden de vijf flinterdunne schermen van het zonneschild met behulp van een systeem van kabels, katrollen, actuatoren en motortjes uitgerold tot zeshoekige zeilen die het observatorium voor de warmtestraling van de zon en de aarde zullen afschermen. In het missiecontrolecentrum in Baltimore konden de diverse teams niet zien hoe deze processen zich afspeelden. Wel konden ze de voortgang van de manoeuvres aflezen aan de hoeveelheid stroom die door de borstelloze gelijkstroommotortjes werd afgenomen, aan de hoeveelheid werk die deze motortjes moesten verzetten, aan de tijd die ze daarvoor nodig hadden en aan de reactie van de telescoop op al deze processen.
Op de middag van 4 januari werd het uitvouwen van het zonneschild met succes afgesloten. Tegenover verslaggevers verklaarde Stewart dat het de eerste keer was dat zo’n systeem in de ruimte is gebruikt. ‘De allereerste keer – en het ging precies zoals gepland. WAT EEN DAG,’ schreef Rigby die avond in een e-mail. ‘Ik ben zó opgelucht.’
Vervolgens moest de secondaire spiegel van de telescoop – die van cruciaal belang is om het opgevangen licht op de infrarood-sensoren te focussen – worden uitgeklapt en vastgezet. Zonder deze kleinere spiegel zou de enorme, met een dun laagje goud bedekte hoofdspiegel van beryllium niet meer zijn dan een nutteloos gevaarte dat door de ruimte zweeft.
Op 8 januari werden dan eindelijk de ingeklapte segmenten van de hoofdspiegel ontvouwd en vergrendeld. ‘We hebben een volledig uitgeklapt James Webb-observatorium,’ maakte Carl Starr, operationeel manager van de missie, bekend terwijl er luid gejuich opsteeg in het missiecontrolecentrum.
Gouden toekomst?
Terwijl de James Webb zijn reis naar het Lagrange-punt L2 voortzet, maken wetenschappers en ingenieurs de telescoop gereed voor zijn eerste blik op de kosmos. Daarbij moeten ze er rekening mee houden dat de missie weleens veel langer zou kunnen duren dan de oorspronkelijk geplande tien jaar. De Ariane-5-raket heeft de James Webb op dusdanig perfecte wijze de ruimte in geschoten dat de telescoop maar een minieme hoeveelheid van zijn eigen brandstof nodig heeft gehad om koers te zetten naar L2. Als hij daar eenmaal is gearriveerd, zal de James Webb af en toe zijn stuurraketjes moeten afvuren om in de juiste omloopbaan te blijven, maar het ruimtevaartuig heeft nu veel meer brandstof aan boord dan was voorzien.
Hoewel de hoeveelheid brandstof niet de enige factor is die de duur van de missie bepaalt, is het wel een heel belangrijke factor. Voorlopig wil de NASA niet zeggen hoelang het observatorium met de brandstof aan boord zal toekunnen, maar de managers van de organisatie zijn optimistisch.
Lees ook: 9x beroemde voltreffers van de Hubble ruimtetelescoop
‘‘We weten dat we veel meer brandstof hebben dan voor de tien jaar’ die oorspronkelijk was gepland’, zegt Greg Robinson, programmadirecteur voor de James Webb van de NASA. ‘Wat we niet precies weten, is in hoeverre we de stuurraketjes – en dus brandstof – moeten gebruiken om de fase van ingebruikname af te ronden. Het is dus prematuur om nu al een exacte schatting van de totale duur van de missie te geven, maar ik zou zeggen dat het om veel meer dan tien jaar gaat.’
Het is zelfs mogelijk dat de James Webb in de toekomst zal worden ‘bijgetankt’, wat de duur van de missie aanzienlijk zou verlengen. Anders dan de eerbiedwaardige ruimtetelescoop Hubble, die meerdere keren door astronauten is gerepareerd, bevindt de James Webb zich op een te grote afstand van de aarde om door mensen te worden onderhouden. Maar volgens NASA-vicedirecteur Zurbuchen is het ontwikkelen van robotica die voor een toekomstige bijtankmissie nodig zal zijn, een van de prioriteiten van de ruimtevaartorganisatie.
‘Ik heb een team gevraagd om te onderzoeken wat we op dat punt kunnen doen en welke onderhoudsopties we voor de Webb hebben,’ zegt hij. De NASA beschikt nog niet over de technologie om de James Webb op zo’n grote afstand van nieuwe brandstof te voorzien, maar in het ontwerp van telescoop zijn al wel enkele onderdelen opgenomen die zo’n toekomstige onderhoudsmissie mogelijk moeten maken: een hervulbare brandstoftank, hitteschermen die verwijderd kunnen worden, visuele richtmarkeringen en toegankelijke bevestigingspunten.
Zo ook wordt de ruimtetelescoop ‘Nancy Grace Roman’ – de volgende grote ruimtetelescoop van de NASA, die zich in de nabije toekomst op het Lagrange-punt L2 bij de James Webb zal voegen – ontworpen om een onderhoudsmissie mogelijk te maken. ‘Wees ervan verzekerd dat het bijtanken van en onderhoud aan onze grote telescopen een strategisch doel is,’ zegt Zurbuchen. ‘Het is zeer belangrijk.’
Het is moeilijk te zeggen wat de James Webb allemaal zal ontdekken als hij zijn blik eenmaal op het heelal richt, maar hoe langer hij naar oeroude sterrenstelsels, buitenaardse werelden, pulserende sterren of zelfs de planeten en manen van ons eigen zonnestelsel zal staren, des te waarschijnlijker het is dat hij dingen zal ontdekken die we ons nu nog niet kunnen voorstellen.
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com
