Điểm nổi bật của chiến dịch ra mắt Webb
“Vào ngày ra mắt, áp lực rất lớn. Chúng tôi rất tự tin về thành công của mình vì về cơ bản chúng tôi đã có 15 năm chuẩn bị, nhưng áp lực vẫn rất cao sau một chiến dịch ra mắt kéo dài với một số vấn đề kỹ thuật cần giải quyết,” Daniel de Chambure, Trưởng Văn phòng ESA Kourou, cho biết. Guiana thuộc Pháp, và trước đây là Giám đốc Dự án Webb của Ariane 5.
Không ngoa khi nói rằng thế giới đang theo dõi. Nhiều năm phát triển và hứa hẹn đã biến Webb thành người kế nhiệm rất được mong đợi của Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA/ESA. Webb không gì khác hơn là một ‘khoảnh khắc Apollo’ cho ngành thiên văn học, một nhiệm vụ cực kỳ phức tạp và đầy tham vọng. Nhân loại đang chờ đợi ‘con mắt lớn trên bầu trời’ tiếp theo của chúng ta, một bước nhảy vọt khổng lồ về khả năng công nghệ sẽ mở rộng tầm nhìn của chúng ta về nguồn gốc của các thiên hà và các ngôi sao.
Hy vọng của một thế hệ các nhà thiên văn học mới đang cưỡi trên mũi của tên lửa Ariane 5 do ESA cung cấp vừa biến mất trong các đám mây phía trên Sân bay vũ trụ của Châu Âu ở Kourou, Guiana thuộc Pháp.
Bản thân chuyến đi lên đã được lên kế hoạch kéo dài khoảng 30 phút. Công việc của Kourou sẽ kết thúc khi họ nhận được xác nhận rằng Webb đã tự động triển khai bảng điều khiển năng lượng mặt trời, đang tạo ra năng lượng của riêng mình và nói chuyện với nhóm tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian (STScI) ở Baltimore, Maryland, Hoa Kỳ.
Diễn tập và mô phỏng
Massimo Stiavelli, người lãnh đạo văn phòng truyền giáo Webb ở Baltimore, biết rằng rủi ro rất cao: không có tấm năng lượng mặt trời – không có nhiệm vụ. Trong những năm trước thời điểm này, Massimo và nhóm điều hành chuyến bay tại STScI sẽ thực hiện các cuộc diễn tập lặp đi lặp lại về những việc cần làm với Webb khi nó ở trong không gian. Các buổi tập này được mô phỏng hoàn toàn trên máy tính nên cảm giác rất thật. Lúc đầu, mọi thứ sẽ là ‘danh nghĩa’. Điều này có nghĩa là tàu vũ trụ sẽ hoạt động như mong đợi. Sau đó, một nhóm nhỏ các kỹ sư đã lập trình các mô phỏng sẽ bắt đầu đưa các vấn đề ẩn danh vào hỗn hợp mà đội bay sẽ phải chẩn đoán và sửa chữa.
“Điều đáng sợ nhất trong số này là trong buổi diễn tập khi tấm pin mặt trời không triển khai. Vì vậy, chúng tôi đang chạy bằng pin và bạn biết rằng đến một lúc nào đó bạn sẽ cạn kiệt năng lượng,” Massimo nói.
Ấn tượng về hành trình của Webb vào vũ trụ
Trong mô phỏng, nhóm của Massimo đã thử mọi cách. Họ đã gửi các lệnh thủ công để ra lệnh triển khai. Khi điều đó không hiệu quả, họ bắt đầu ‘một số động tác khiêu vũ’, trong đó họ lắc tàu vũ trụ, với hy vọng làm bật bảng điều khiển. Cuối cùng, khi thời gian không còn nhiều và nhóm đã thử mọi thủ thuật trong sách, mô phỏng đã hợp tác và bảng điều khiển được triển khai.
Massimo nói: “Điều đó rất căng thẳng và là điều mà chúng tôi không muốn thử trong đời thực.
Nhưng trước khi những người điều hành chuyến bay tiếp quản, Daniel và nhóm của anh ấy phải thực hiện tốt lời hứa đưa Webb vào quỹ đạo an toàn.
Độ chính xác cực cao của vụ phóng
Ngày bắt đầu sớm. Daniel thức dậy lúc 04:00 sáng Giáng sinh hôm đó và lên đường đi làm, nơi anh xác nhận rằng mọi thứ vẫn chỉ là danh nghĩa với bệ phóng trên bàn phím. Một tiếng rưỡi trước khi phóng, anh ấy vào phòng điều khiển phóng chính và giám sát việc hoàn thành các nhiệm vụ cuối cùng trước khi phóng. Theo quy trình tiêu chuẩn, tất cả những công việc chuẩn bị cuối cùng này phải được hoàn thành bốn mươi phút trước khi phóng. Sau đó, đội chờ đợi.
Anh ấy nói: “Bạn trở nên hơi căng thẳng vì phải chờ đợi. Để giải tỏa tâm trí khỏi những căng thẳng đó, anh ấy đã gặp gỡ giới truyền thông để trả lời câu hỏi của họ. Sau đó bảy phút trước khi phóng, anh ấy quay trở lại phòng điều khiển khi quá trình đếm ngược cuối cùng bắt đầu.
Mọi thứ đều tự động ở giai đoạn này. Đội ngũ điều hành chuyến bay dành toàn bộ tâm trí để theo dõi tình trạng của bệ phóng – sẵn sàng hủy bỏ nếu có sự cố. Trong những giây cuối cùng, quá trình đánh lửa diễn ra: đầu tiên là động cơ chính, sau đó bảy giây là động cơ đẩy.
Tên lửa rời bệ phóng. Những người điều hành tiếp tục theo dõi thông tin đo từ xa do bệ phóng gửi lại, tìm kiếm sự sai lệch dù là nhỏ nhất so với những gì họ dự đoán.
Nhóm nghiên cứu đã theo dõi quá trình đi lên và các bước khác nhau của nó. Đầu tiên, các tên lửa đẩy được tách ra, sau đó tấm chắn mở ra thành hai nửa để lộ Webb ở độ cao 110 km, sau đó giai đoạn đầu tiên tách ra, giai đoạn thứ hai bốc cháy và sau đó tắt. Cuối cùng, Ariane buông Webb ở độ cao 1400 km. Máy ảnh trên tên lửa theo dõi khi kính viễn vọng không gian trôi đi, điều chỉnh quỹ đạo của nó khi nó di chuyển. Vài phút sau, khi nó đã đi đúng hướng, Webb tự động triển khai tấm pin năng lượng mặt trời và bắt đầu liên lạc với nhóm của Massimo ở Baltimore. Daniel và nhóm của anh ấy đã hoàn thành công việc của họ.
Nhưng nó đã không hoàn toàn xảy ra như vậy.
Webb tách khỏi Ariane 5
Trong vài phút để Webb tính toán và thực hiện cơ động quỹ đạo của nó, người ta cho rằng tàu vũ trụ sẽ trôi ra khỏi tầm nhìn của camera tên lửa và quá trình triển khai tấm pin mặt trời sẽ diễn ra mà không ai nhìn thấy. Nhưng 70 giây sau khi tách ra, tấm pin mặt trời được triển khai.
Ở Kourou, lý do rất rõ ràng. Sự ra mắt của Ariane chính xác đến mức thao tác điều chỉnh thái độ là không cần thiết. Phần mềm tích hợp của Webb đã nhận ra điều này và do đó, nó bỏ qua nhiệm vụ tiếp theo trong danh sách, đó là triển khai tấm pin mặt trời và liên lạc với Baltimore. Đó là một xác nhận đáng kinh ngạc về độ chính xác của vụ phóng.
“Tôi vẫn nhớ đã nhìn thấy phản ứng của nhiều đồng nghiệp ESA và NASA xung quanh tôi khi điều đó xảy ra. Mọi người đều rất vui mừng,” Daniel nói.
sửa đổi đặc biệt
Webb và Ariane 5: một sự phù hợp hoàn hảo
Độ chính xác cực cao của việc tiêm phóng khi tách ra là kết quả của một số điều bổ sung mà nhóm Kourou đã thực hiện. Đầu tiên là quyết định hiệu chỉnh Đơn vị quản lý quán tính (IMU) của bệ phóng càng muộn càng tốt trước khi phóng. Các đơn vị này trả về thông tin về cách tên lửa di chuyển và phản hồi lại các tính toán trên tàu điều khiển các hệ thống dẫn đường. Được hiệu chỉnh cẩn thận, Ariane 5 biết chính xác nó đang ở đâu và sẽ đi đâu.
Thứ hai, nhóm nghiên cứu đã rất cẩn thận trong việc ghép nối và căn chỉnh các tên lửa tăng tốc của tầng trên, để sau khi tầng trên được kích hoạt, không có hiện tượng giật và quỹ đạo không bị xáo trộn.
Ngoài quỹ đạo, nhóm nghiên cứu còn thực hiện một sửa đổi đặc biệt khác, lần này là để bảo vệ chính Webb. NASA vô cùng lo ngại rằng bất kỳ bầu không khí còn sót lại nào trong nosecone có thể khiến các bong bóng khí bị mắc kẹt trong tấm chắn nắng gấp lại có thể phồng lên và làm rách các lớp kính chắn nắng mỏng manh của kính viễn vọng. Vì vậy, ESA đã phát triển một hệ thống có thể buộc các phân tử cuối cùng của không khí ra khỏi ống mũi trước khi tách fairing ra và đưa Webb tiếp xúc với chân không của không gian. Daniel cho biết: “Đây cũng là một thành tích tuyệt vời đối với chúng tôi khi thấy rằng áp suất dư thấp hơn nhiều so với yêu cầu sau một số cuộc thử nghiệm được thực hiện trên các chuyến bay trước đó của Ariane 5”.
Mặc dù mãi sau này hệ thống này mới được xác nhận là đã hoạt động khi tấm chắn nắng được mở ra và được cho là không bị hư hại, nhưng việc triển khai sớm tấm pin mặt trời đã ngay lập tức trở nên rõ ràng đối với nhóm nghiên cứu. Mặc dù vậy, giá trị thực sự của độ chính xác phun cực cao của bệ phóng chỉ được biết đến vào buổi tối hôm đó khi đội Baltimore chỉ huy tàu vũ trụ thực hiện một cuộc điều động khác.
Massimo đang làm nhiệm vụ khi họ chuẩn bị cho Bài kiểm tra giữa khóa 1a. Đây là cú hích bổ sung cần thiết để đảm bảo Webb sẽ tiếp cận thành công vị trí được chỉ định cách Trái đất 1,5 triệu km. Để tính toán mức độ đốt cháy cần thiết của tên lửa, Webb đã được theo dõi trong gần 12 giờ và sau đó nhóm động lực bay tại Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard của NASA đã xử lý các con số. Đó là khi quy mô thành tích của Ariane bắt đầu trở nên thực sự rõ ràng.
Việc tiêm vào quỹ đạo rất chính xác, vết bỏng sẽ không giống như dự kiến. Massimo nói: “Đã ở đó, chúng tôi biết rằng chúng tôi sẽ có thêm nhiên liệu.
Sau khi điều động, họ bắt đầu theo dõi và tính toán lại. Hóa ra nhiên liệu họ tiết kiệm được giờ đây có thể được sử dụng để giúp Webb duy trì quỹ đạo hoạt động của nó, và do đó kéo dài thời gian hoạt động của sứ mệnh.
Văn bản tiếp tục sau thanh trượt
Nhân đôi khoa học, nhân đôi khám phá
Khi tính toán xong, NASA công bố rằng nhờ có ESA và các đối tác đóng góp của nó là Arianespace, ArianeGroup và CNES, thời gian tồn tại của Webb hiện đã tăng gấp đôi. Thay vì thực hiện sứ mệnh kéo dài 10 năm, Webb mang theo đủ nhiên liệu để duy trì hoạt động trong 20 năm. Nhân đôi các quan sát, nhân đôi khoa học, nhân đôi các khám phá.
Bằng cách biến một lần phóng thường lệ thành giờ tốt nhất của Ariane 5, đội châu Âu đã nhân đôi bước nhảy vọt tiếp theo của loài người trong việc tìm hiểu nguồn gốc của nó.
Daniel nói: “Đây là một khoảnh khắc rất đẹp và là phần thưởng cho tất cả chúng tôi, đặc biệt là sau rất nhiều lời cảm ơn nhận được từ nhóm Dự án Webb của NASA.
Tuy nhiên, vào thời điểm đó, lễ kỷ niệm khá im ắng. Diễn ra vào ngày Giáng sinh năm 2021, hầu hết những người liên quan đều mong muốn được trở về nhà với gia đình. Nhưng những ký ức về những gì họ đạt được ngày hôm đó vẫn còn mạnh mẽ.
“Bạn thấy trên cơ sở rằng mọi người rất tự hào vì đã cho ra đời Webb. Bạn vẫn thấy họ mặc áo polo Webb,” Daniel nói. Và trong thế giới hoạt động của tàu vũ trụ, không thể có tuyên bố tự hào nào lớn hơn thế.
Thêm thông tin
Webb là chiếc kính viễn vọng lớn nhất, mạnh nhất từng được phóng vào vũ trụ. Theo thỏa thuận hợp tác quốc tế, ESA đã cung cấp dịch vụ phóng kính viễn vọng, sử dụng phương tiện phóng Ariane 5. Làm việc với các đối tác, ESA chịu trách nhiệm phát triển và đánh giá khả năng thích ứng của Ariane 5 cho sứ mệnh Webb và mua sắm dịch vụ phóng của Arianespace. ESA cũng cung cấp máy quang phổ NIRSpec và 50% thiết bị hồng ngoại tầm trung MIRI, được thiết kế và chế tạo bởi một tập đoàn gồm các Viện châu Âu được tài trợ quốc gia (Hiệp hội MIRI châu Âu) hợp tác với JPL và Đại học Arizona. Webb là sự hợp tác quốc tế giữa NASA, ESA và Cơ quan Vũ trụ Canada.