James Webb Weltraumteleskop: Betriebsbereitschaft erstellen

JWST Vorbereitung der Instrumente und der Spiegelsegmente:

24.03.2022  JWST führt Multi-Instrument Alignment weiter.

JWST Insrument MIRI:



Bild: wikimedia


Während die Teleskopausrichtung fortgesetzt wird, befindet sich Webbs Mittelinfrarotinstrument (MIRI) noch im Abkühlmodus.
MIRI, das kälteste der vier Instrumente von Webb, ist das einzige Instrument, das aktiv durch einen kryogenen Kühlschrank oder Kryokühler gekühlt wird.
Dieser Kryokühler verwendet Heliumgas, um Wärme von den Optiken und Detektoren von MIRI auf die warme Seite der Sonnenblende zu transportieren.
Um den Abkühlprozess zu steuern, hat MIRI auch Heizungen an Bord, um seine empfindlichen Komponenten vor Eisbildung zu schützen.
Das Webb-Team hat damit begonnen, sowohl den Kryokühler als auch diese Heizungen schrittweise anzupassen,
um eine langsame, kontrollierte und stabile Abkühlung des Instruments zu gewährleisten.
Bald wird das Team die Heizungen von MIRI vollständig ausschalten, um das Instrument auf seine Betriebstemperatur von weniger als 7 Kelvin
(-447 Grad Fahrenheit oder -266 Grad Celsius) zu bringen.


Blockdiagramm des ISIM Kühlsystems:


 
Bild: core.ac

In der Zwischenzeit haben die Ingenieure von Webb nach der Ausrichtung mit der Nahinfrarotkamera (NIRCam) damit begonnen,
das Teleskop auf die verbleibenden Nahinfrarotinstrumente auszurichten. Um mehr über diesen sechswöchigen Prozess zu erfahren,
hören wir heute von Michael McElwain und Charles Bowers, Mitgliedern des Webb-Teams im Goddard Space Flight Center der NASA:
„Webbs Ausrichtung am NIRCam-Feld zeigte einige spektakuläre beugungsbegrenzte Bilder, die einen verlockenden Einblick in die Fähigkeiten
des Observatoriums für sein Wissenschaftsprogramm geben. Dies war ein wichtiger Meilenstein, da fast alle Observatoriumssysteme wie geplant
funktionieren erforderlich. Es hat alles so gut funktioniert, wie wir zu hoffen gewagt haben, und es war sicher ein Moment zum Feiern.

„Der nächste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass das Teleskop gut auf die anderen Instrumente als NIRCam ausgerichtet ist,
einschließlich des Guiders (dem Fine Guidance Sensor oder FGS) und den anderen drei wissenschaftlichen Instrumenten,
dem Near-Infrared Slitless Spectrograph (NIRISS), Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) und MIRI.
Alle Nahinfrarot-Instrumente wurden bereits passiv gekühlt, nähern sich ihren Betriebstemperaturen und nehmen eine dieser nächsten Ausrichtungsphase.
MIRI benötigt eine aktive Kühlung durch einen Kryokühler, der jetzt im Gange ist und in wenigen Wochen zur Ausrichtung bereit sein wird.

„Dies ist die sechste Stufe unseres Teleskopausrichtungsplans, die Teleskopausrichtung über Instrumentensichtfeldern.
Jedes der Instrumente nimmt einen Teil der Teleskop-Fokusebene ein, nur geringfügig gegeneinander versetzt. NIRCam wurde offensichtlich in der Mitte
des Teleskopfeldes platziert, wo die optische Leistung des Teleskops aufgrund seiner hohen Anforderungen an die Abbildungsleistung am besten ist.
Darüber hinaus war NIRCam mit einigen spezialisierten optischen Werkzeugen ausgestattet, die zum Ausrichten des Teleskops verwendet wurden.
Die anfängliche Ausrichtung nur mit NIRCam könnte jedoch zu einer falschen Platzierung führen, die Fehler durch Fehlausrichtungen von
Primär- zu Sekundärspiegel mit dem Primärspiegel selbst kompensiert.
Kleine Fehlausrichtungen dieser Typs werden in Bildern von Instrumenten deutlich, wenn sie weiter von der Mitte des Sichtfelds des Teleskops entfernt sind.
„Der erste Schritt bestand darin, einfach die Sternfelder zu betrachten, wie sie von NIRCam, NIRISS, FGS und NIRSpec gesehen wurden,
um zu sehen, ob sie im Fokus waren. Die Sterne sahen fast scharf aus, was ein Zeichen dafür war, dass die Ausrichtung von Primär- und Sekundärspiegel
bereits sehr gut war. Eine genauere Messung des optischen Fehlers wurde an fünf bis zehn Feldpositionen in jedem operationellen wissenschaftlichen
Instrument durchgeführt, wobei Daten verwendet wurden, die bei unscharf positioniertem Sekundärspiegel aufgenommen wurden.
Dieser Datensatz lieferte eine schlüssige Bestimmung des Ausrichtungszustands des Teleskops.

„Das Optikteam von Webb analysierte den Multi-Instrumenten-Datensatz und stellte fest, dass nur geringfügige Fokusanpassungen am Sekundärspiegel
und an den wissenschaftlichen Instrumenten erforderlich sind. Da das Teleskop zusammen mit dem MIRI-Instrument immer noch abkühlt,
werden wir die Korrekturen zu diesem Zeitpunkt nicht anwenden und sie auf die nächste Runde verschieben.

„Sobald MIRI verfügbar ist, wird von jedem wissenschaftlichen Instrument eine zusätzliche Messrunde durchgeführt,
um den endgültigen Zustand der Teleskopausrichtung zu bestimmen. Wir werden diesen Prozess nach Bedarf wiederholen, um sicherzustellen,
dass die Teleskopleistung für alle Instrumente optimiert ist. Nachdem die Ausrichtung des Teleskops auf alle Instrumente abgeschlossen ist,
werden wir zu den letzten zwei Monaten der Inbetriebnahme übergehen, wo wir optische Stabilitätstests durchführen und die Leistung der
wissenschaftlichen Instrumente messen, bevor wir mit dem wissenschaftlichen Programm von Zyklus 1 beginnen.“

Michael McElwain, Projektwissenschaftler des Webb-Observatoriums, NASA Goddard

Charles Bowers, stellvertretender Webb-Observatoriumsprojektwissenschaftler, NASA Goddard