Diese Struktur, die so genannte Outer Barrel Assembly, wird das Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA umgeben und vor Streulicht schützen, das seine Beobachtungen stören könnte. Auf diesem Foto bereiten Ingenieure die Baugruppe für den Test vor.(Bildnachweis: NASA/Chris Gunn)
Die NASA hat kürzlich ein entscheidendes Teil des römischen Weltraumteleskops – die Outer Barrel Assembly – einem strengen „Schleudertest“ unterzogen, um seine Widerstandsfähigkeit gegenüber den starken Gravitationskräften zu testen, denen es beim Start ausgesetzt sein wird. Dieser Test, ein Standardverfahren in der Luft- und Raumfahrttechnik, findet normalerweise in einer massiven Zentrifuge statt, die die erhöhten Schwerkraftbedingungen einer Weltraummission nachahmt.
Die Vorfreude auf dieses Teleskop der nächsten Generation, das nach Nancy Grace Roman, der ersten Chefastronomin der NASA und „Mutter des Hubble-Weltraumteleskops“, benannt wurde, ist groß. Es wird ein Sichtfeld haben, das 100 Mal größer ist als das von Hubble. Das Teleskop, das kurz Roman genannt wird, wird mit anderen weltraumgestützten Observatorien zusammenarbeiten, um Exoplaneten und sich bildende Scheiben direkt zu beobachten, die derzeit nur indirekt beobachtet werden.
Es wird auch dazu dienen, eine statistische Zählung der Planetensysteme in unserer Galaxie zu vervollständigen und wichtige Fragen in den Bereichen dunkle Energie und Infrarot-Astrophysik zu klären. „Romans viel größeres Sichtfeld wird viele solcher Objekte enthüllen, die bisher unbekannt waren“, sagte Julie McEnery, Romans leitende Projektwissenschaftlerin bei Goddard, in einer NASA-Erklärung von 2023. „Und da wir noch nie ein Observatorium wie dieses hatten, das den Kosmos scannt, könnten wir sogar ganz neue Klassen von Objekten und Ereignissen finden.“
Die Outer Barrel Assembly ist so konzipiert, dass sie das Teleskop schützt und eine strukturelle Stütze für andere Komponenten darstellt. „Sie ist ein bisschen wie ein Haus auf Stelzen konstruiert“, sagte Jay Parker, Leiter des Produktdesigns für die Baugruppe bei Goddard, in einer Erklärung.
Das „Haus“ besteht aus einer Schale und einem Verbindungsring, die das Teleskop umschließen, es vor Streulicht schützen und gleichzeitig Geräte zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur beherbergen sollen. Diese Temperaturregelung ist von entscheidender Bedeutung, da sich die für die Konstruktion des Teleskops verwendeten Materialien bei Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen.
Das „Haus“ besteht aus einer Hülle und einem Verbindungsring, die das Teleskop umschließen, es vor Streulicht abschirmen und Geräte zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur enthalten. Diese Temperaturregelung ist von entscheidender Bedeutung, da sich die für die Konstruktion des Teleskops verwendeten Materialien bei Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen. Wenn sich die Temperatur ändert, kann dies zu einer Fehlausrichtung der Spiegel führen, was die Fähigkeit des Teleskops, klare und genaue Bilder von weit entfernten Himmelsobjekten aufzunehmen, beeinträchtigt. Durch die Gewährleistung einer stabilen Temperatur kann das Teleskop die Integrität seiner Spiegel erhalten und seine Gesamtleistung verbessern.
Um diese Stabilität zu erreichen, konstruierten die NASA-Wissenschaftler die Struktur aus einem Verbundwerkstoff aus zwei Arten von Kohlenstofffasern, die mit verstärktem Kunststoff gemischt und mit Titanbeschlägen befestigt wurden. Diese Materialwahl ist steif genug, um das Risiko einer Verformung auszuschließen, und gleichzeitig leicht genug, um die Belastung beim Start zu minimieren. Darüber hinaus ist die innere Struktur des Gehäuses wabenförmig aufgebaut, was ein starkes, stabilisierendes Gerüst ergibt und gleichzeitig den Materialverbrauch und das Gesamtgewicht reduziert.
Das Haus steht auf einer Reihe von „Stelzen“, die das Wide Field Instrument und das Coronagraph Instrument des Römischen Teleskops umgeben werden. Es wird auch als Gerüst dienen, das es der Outer Barrel Assembly ermöglicht, sich mit dem Raumfahrzeug zu verbinden, das das Teleskop in die Umlaufbahn bringen wird. Die gesamte Struktur ist 5 Meter (17 Fuß) hoch und 4 Meter (13,5 Fuß) breit.
Ein Blick in das Innere der Outer Barrel Assembly für das Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA. Die inneren Ringe, die so genannten Baffles, sollen den Hauptspiegel des Observatoriums vor Streulicht schützen. (Bildnachweis: NASA/Chris Gunn)
„Wir konnten nicht die gesamte äußere Trommelanordnung in der Zentrifuge in einem Stück testen, weil sie zu groß ist, um in den Raum zu passen“, sagte Parker. „Also haben wir das ‚Haus‘ und die ‚Stelzen‘ separat getestet.“
Die Zentrifuge selbst ist riesig, mit einem 600.000 Pfund (272.000 Kilogramm) schweren Stahlarm, der von einem riesigen Drehlager ausgeht und sich über die Testkammer im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, erstreckt. Wenn Objekte oder sogar Astronauten am Ende des Arms gedreht werden, simuliert die Zentrifuge ein verstärktes, künstliches Gefühl der Schwerkraft.
Für Astronauten ist dies in der Regel etwa das Ein- bis Zweifache der Erdanziehungskraft, gemessen in Gs (Kraft pro Masseneinheit). Bei Geräten wie Teleskopen, die in den Weltraum transportiert werden, kann diese Kraft jedoch aufgrund von Vibrationen im Frachtraum auf 6-7 Gs ansteigen.
Um die erforderlichen 7 G zu erreichen, wurden Teile der Outer Barrel Assembly in der Zentrifuge mit bis zu 18,4 Umdrehungen pro Minute gedreht. Nach den erfolgreichen Tests werden die NASA-Wissenschaftler sie nun wieder zusammensetzen und Ende dieses Jahres mit den Solarpanelen und der ausfahrbaren Aperturabdeckung von Roman integrieren.
Die vollständig zusammengebauten Komponenten werden dann im nächsten Jahr thermischen Vakuumtests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie der rauen Umgebung im Weltraum standhalten, sowie Vibrationstests, um zu gewährleisten, dass sie beim Start standhalten. Danach werden sie in den Rest des Observatoriums integriert, das im Mai 2027 starten soll.
Wissenschaftler sind schon jetzt gespannt, was das Teleskop zu Tage fördern wird. „Diese römische Durchmusterung wird den Astronomen eine Fundgrube an Daten liefern, die sie durchforsten können und die eine offenere kosmische Erkundung ermöglichen, als dies normalerweise möglich ist“, so McEnery. „Vielleicht entdecken wir durch Zufall ganz neue Dinge, von denen wir noch nicht wissen, wonach wir suchen sollen.“
