JWST

Uusi avaruusteleskooppi viivästyy jälleen – Hubblen seuraajaa saa odottaa vielä vuosikaupalla

La, 06/30/2018 - 20:29 Jari Mäkinen
JWST korjattavana. Kuva: Nasa

Avaruusteleskooppi Hubblen seuraaja, uusi ja upea James Webb -avaruusteleskooppi on ollut jo tähän mennessä pitkä jatkumo viivytyksiä ja hankaluuksia. Nyt tähän pettymysten listaan saadaan yksi luku lisää, sillä teleskoopin saaminen laukaisukuntoon testien jälkeen kestää paljon oletettua kauemmin: tavoitteena on laukaista teleskooppi avaruuteen maaliskuun 30. päivänä vuonna 2021.

Uusi avaruusteleskooppi on teknisesti erittäin haastava, eikä kukaan odottanutkaan, että sen tekeminen kävisi ilman kommelluksia. Tällaista hankaluuksien ja viivytysten määrää tuskin kukaan kuitenkaan osasi arvata, kun teleskoopin tekemisestä päätettiin vuonna 2002. Silloin teleskooppi oli tarkoitus laukaista vuonna 2010.

Kuten tavallista, projektin aikana sen edistymistä on tarkkailtu paitsi Nasan ja hankkeessa mukana olevan Euroopan avaruusjärjestön toimesta, niin myös ulkopuolisen, riippumattoman työryhmän avulla. Nyt tuorein tällainen ulkopuolinen arviointi olettaa, että jäljellä olevia tehtäviä ei ennätetä saamaan valmiiksi edellisen aikataulun ja budjetin puitteissa.

Vielä viime vuonna Nasa odotti teleskoopin pääsevän matkaan tämän vuoden lokakuussa, mutta viime syyskuussa aikataulua jo löysättiin siten, että tuolloin tavoitteeksi otettiin vuosi 2019. Viimeksi nyt maaliskuussa laukaisu lykättiin kevääseen 2020. Viivytysten myötä kahdeksan miljardin dollarin budjettikatto menee myös rikki: siihen täytynee lisätä nyt yksi miljardi.

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.

Nyt se on varmaa: Hubblen avaruusteleskoopin seuraaja viivästyy taas

Ke, 03/28/2018 - 13:22 Jari Mäkinen

Kuten kerroimme jo pari kuukautta sitten, on Hubble-avaruusteleskoopin seuraaja James Webb -avaruusteleskooppi vaikeuksissa. Tai siis muuta ongelmaa ei enää ole, kuin että sen saaminen laukaisukuntoon vie pelättyäkin enemmän aikaa. Kuten epäviralliset tiedot jo vihjasivat, on nyt tavoitteena kevät 2020.

1960-luvulla avaruuajan alussa Nasaa johtaneen James Webbin mukaan nimetty uusi avaruusteleskooppi on upea laite. 

Ja kuten aika usein upeat avaruuslaitteet ovat, on JWST myös monimutkainen ja kallis. Tähän mennessä se on kallein Nasan hanke, kun mukaan ei lasketa Kansainvälistä avaruusasemaa. Vaikka mukana kustannuksia jakamassa ovat Euroopan avaruusjärjestö ja Kanada, on pelkästään amerikkalaisille veronmaksajille tulevassa hintalapussa nyt yli kahdeksan miljardia dollaria.

Ei ihme, että ennen kaikkea Yhdysvaltain hallituksen tilitarkastajat ovat seuranneet menoa viime aikoina tarkasti.

Kun JWST oli lähellä tulla peruutetuksi vuonna 2011 (jo sitä ennen olleiden viivytysten ja budjettiylitysten vuoksi), asetettiin tuolloin hankkeelle tämä kahdeksan miljardin dollarin katto. Tuskin kukaan ehdottaa teleskoopin jättämistä Maahan tämän kaiken jälkeen pienen ylityksen vuoksi, mutta nipotusta on tiedossa.

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.

JWST:n aurinkosuoja
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.

Nasa tunaroi: uusi avaruusteleskooppi JWST taitaa myöhästyä vieläkin lisää

To, 03/01/2018 - 19:19 Jari Mäkinen
JWST testissä

Hubble-avaruusteleskoopin seuraaja, James Webb Space Telescope, eli JWST, näyttää olevan yksi ikuisuushankkeista. Sen piti päästä taivaalle vuonna 2010, mutta nyt alkaa näyttää siltä, että tämänhetkinen tavoite 2019 voi olla aika optimistinen arvio.

Nasa on julkaissut viime aikoina usein otsikkokuvanammekin olevan kuvan kaltaisia otoksia teleskoopista testattavana, mutta kuvateksteissä ei ole puhuttu paljoakaan vielä edessä olevista ongelmista ja testaamisen aikana tulleista uusista hankaluuksista.

JWST on kerrassaan upea tähtitieteellinen havaintolaite. Samalla se on hyvin monimutkainen ja lähes kaikki, mitä sitä varten on tehty, on ainutlaatuista ja parempaa, suurempaa tai hankalampaa kuin aikaisemmin. Siksi ei ole mikään ihme, että sen tekeminen on kestänyt paljon suunniteltua pitempään – eivätkä Yhdysvaltain avaruuspolitiikassa tapahtuneet heilahdukset ole yhtään auttaneet asiaa.

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.

Hubblen seuraaja tärisee taas

Pe, 01/27/2017 - 11:39 Jari Mäkinen
JWST valmistautuu tärinätestin

Hubblen avaruusteleskoopin suuren seuraajan testaaminen jouduttiin keskeyttämään viime joulukuussa, kun sen käyttäytyi testin aikana kummallisesti. Insinöörit pelkäsivät jopa kalliin ja pitkään tehdyn teleskoopin menneen rikki, mutta onneksi näin ei ollut.

James Webb Space Telescope, eli tuttavallisesti JWST, on parhaillaan testattavana erityisessä täristimessä, jotta voidaan olla varmoja, että se kestää rakettikyydin rasitukset.

Tarkalleen ottaen testattavana on nyt teleskoopin niin sanottu instrumenttiosa, johon kuuluvat tieteelliset havaintolaitteet, suuri 18 pienestä peilistä tehty pääpeili sekä sen avausmekanismi. Peili on niin suuri, että laukaisun ajaksi se täytyy taittaa monimutkaisella mekanismilla kasaan. 

Testaaminen tehdään yksinkertaisesti täristämällä laitetta samaan tapaan ja hieman voimakkaamminkin kuin kantoraketti sitä rökittää laukaisun aikana.

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.

Hubblen seuraajateleskooppi uusissa vaikeuksissa: JWST kärsi tärinäkokeessa

Ke, 12/21/2016 - 10:20 Jari Mäkinen

Hubble-avaruusteleskoopin seuraajaksi nimitetty, suuri James Webb -avaruusteleskooppi on ollut viimein testeissä, joissa sen kestävyys avaruudessa sekä laukaisun aikana avaruuteen on varmistettu. Valitettavasti testit eivät ole menneet hyvin. 

James Webb -avaruusteleskooppi (tuttavallisesti JWST) valmistui viime kesänä, jolloin sen sydämessä olevat tieteelliset havaintolaitteet sitältävä osa ja suuri 18-osainen peilirakennelma osat laitettiin viimein yhteen ja tätä kokonaisuutta on päästy testaamaan lähes yhtenä kappaleena. Kaikki osat on testattu moneen kertaan jo aikaisemmin, mutta kuten aina, yhdessä ne tuottavat usein yllätyksiä. Kuten nähtävästi nytkin.

Kaikkein rajuin testin osa on ns. tärinätesti, missä teleskooppia on ravisteltu juuri samaan tapaan kuin se olisi kantoraketin nokassa kiitämässä kohti avaruutta. Kyyti raketilla on raju kokemus, vaikka sen jälkeen avaruuden painottomuudessa olo onkin rauhallista ja leppoisaa.

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.