טלסקופ החלל ג'יימס וב

סקירה

ראשיתו של טלסקופ החלל ג'יימס וב בטלסקופ החלל "הדור הבא", שתכנונו החל בשנת 1996 והתבסס ברובו על טלסקופ החלל האבל משנת 1993. שמו שונה בשנת 2002 לשמו של מנהל נאס"א השני ג'יימס וב, ששימש בתפקיד מפתח בתוכנית אפולו וביסס את המחקר המדעי כחלק מפעילויות היסוד של נאס"א.
הטלסקופ הוא פרויקט של מנהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי, סוכנות החלל של ארצות הברית, בשיתוף עם סוכנות החלל האירופית וסוכנות החלל הקנדית, וכולל תרומה של 15 אומות נוספות. הקבלן הראשי בפרויקט הוא נורת'רופ גראמן.
שיתוף הפעולה עם אירופה החל באופן רשמי בשנת 2007, וכלל תזכיר שכלל את משגר האריאן 5, NIRSpec,‏ MIRI Optical Bench Assembly וכוח אדם מיומן.
הטלסקופ יוצב באזור נקודת לגראנז' L₂. עצמים באזור נקודה זו יכולים להקיף את השמש בסנכרון עם כדור הארץ. בנוסף, בנקודה זו יוטל עליו (באופן חלקי) צלו של כדור הארץ, עובדה שתסייע לשמור על מכשירי המדידה בטמפרטורה נמוכה החיונית לעבודה בתחום התת־אדום. נקודת לגראנז' L₂ של הארץ והשמש נמצאת במרחק של כ־1.5 מיליון קילומטרים מכדור הארץ.
הטלסקופ מתוכנן לעלות למסלול על גבי משגר אריאן 5 במרץ 2021, למשימה בת חמש שנים לפחות, עם כוונה שישרת את נאס"א לכעשר שנים.

השוואה

בניגוד לפרויקטים שטרם עזבו את שולחן התכנונים, בגלל ביטולם או השהייתם, כמו: Terrestrial Planet Finder ‏(2011), ‏ Space Interferometry Mission‏ (2010), ‏Laser Interferometer Space Antenna‏ (2011), ‏Advanced Telescope for High Energy Astrophysics‏ (2011), טלסקופ החלל ג'יימס וב הוא הפרויקט הגדול ביותר של נאס"א לאחר ביטולה של תוכנית קונסטליישן ב־2010 וקרקוען של מעבורות החלל ב־2011.
הדחיות בפרויקט והגידול בעלויותיו משווים אותו לטלסקופ החלל האבל, שתכנונו החל כבר ב־1972 ועלויות הפיתוח שלו הוערכו ב־300 מיליון דולר אמריקאי (1 מיליארד דולר אמריקני במונחי 2006). כאשר נשלח האבל לחלל בשנת 1990 עלויותיו הוערכו פי 4 מכך ו־5 משימות התחזוקה שנשלחו בין 1993–2005 הגדילו את עלויותיו ל־9 מיליארד דולר (במונחי 2006).
טלסקופי חלל נוספים שבוטלו הם: MAXIM‏ (Microarcsecond X-ray Imaging Mission), ‏SAFIR‏ (Single Aperture Far-Infrared Observatory), ‏SUVO‏ (Space Ultraviolet-Visible Observatory) ‏ו־SPECS‏ (Submillimeter Probe of the Evolution of Cosmic Structure).

אופטיקה

אף על פי שמשקלו של הטלסקופ כמחצית ממשקלו של האבל, הוא יהיה בעל מראה ראשית בקוטר 6.5 מטרים, עם שכבה רפלקטיבית העשויה בריליום מפני שזהו חומר קל וחזק אשר יוכל לאפשר פעילות טובה של המראה ובכל זאת לשמור על משקלה הנמוך של המראה כך שיהיה ניתן לשגר אותה אל החלל. כמו כן מצופה המראה בשכבה דקיקה (בעובי אטומים בודדים, כ־50 גרם) של זהב, בזכות הצטיינותה של המתכת בשיקוף אור בטווח התדרים של האינפרה אדום (ומשום כך היא גם נראית אדמדמה לעין האנושית).
מראה זו לבדה גדולה בהרבה מכל רכב חלל לא מאויש שנשלח אי פעם, והיא בנויה מ־18 מקטעי משושים כדי שיוכלו לקפל את המראה כך שתתאים לטילים, ולאחר השיגור המראה תצא ממצב הקיפול. הצורה הנבחרת היא משושים מפני שאחת הצורות הקרובות לעיגול (הצורה שלמעשה רצויה) היא משושה, ובכך שמייצרים את כל המקטעים בצורת משושים מאפשרים הרכבה בין כל שמונה עשר המקטעים ללא פערים בין מקטע למקטע. מראה זו תעובד בקולמן, אלבמה בחברת "אקסיס טכנולוגיות" (Axsys Technologies). מיקרו־מנועים וחיישנים רגישים ימוקמו על מקטעי המראה הראשית על מנת שתורכב במיקום הנכון.

תכנון הנדסי והרכבה

בפרויקט טלסקופ החלל ג'יימס ווב יש 1,200 מדענים, טכנאים ומהנדסים מארבע־עשרה מדינות בעולם (ויותר מ־27 מדינות בגבולות ארצות הברית) אשר עובדים על בנייתו. גודלו של טלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא כמחצית ממטוס בואינג 737, אך בכל זאת מסתו מהווה רק כ־8% ממסתו של מטוס מסוג זה (המסה של טלסקופ החלל ג'יימס ווב היא 6,200 קילוגרם ומסתו של מטוס 737 היא 79,010 ק"ג). טלסקופ ג'יימס ווב יהיה הטלסקופ הגדול ביותר שאי פעם שוגר אל מחוץ לכדור הארץ. המדענים אשר עבדו על בנייתו של טלסקופ זה החליטו כי מראה בקוטר של 6.5 מטרים היא מה שנחוץ על מנת לקלוט אור מגלקסיות רחוקות אלה, אך בניית מראה בגודל כזה היא מאתגרת גם לשימוש על פני האדמה ומעולם לא שוגרה מראה בגודל כזה אל החלל.
הלוח האחורי של הטלסקופ הוא מבנה גדול התומך במראות המשושה הגדולות של הטלסקופ. ללוח יש מטרה חשובה מלבד תמיכה במראה; הוא יהיה גם אמצעי נשיאה ל־2,400 ק"ג של ציוד אופטי ומכשירים. מבנה הלוח נועד גם כדי לספק ביצועי יציבות תרמית חסרי תקדים בטמפרטורות נמוכות של 240- מעלות צלזיוס. בטמפרטורות אלה, הלוח האחורי תוכנן להיות יציב עד 32 ננומטר, כלומר פחות מקוטרה של שערה אנושית.
מאפיין ייחודי לטלסקופ חלל מסוגו של וב, שמבדיל אותו (וטלסקופים אחרים) מטלסקופ החלל האבל, הוא חוסר האפשרות לתיקון תקלות בהתערבות אנושית. הטלסקופ האבל מרחף בגובה של כ־570 ק"מ מעל פני הארץ (כאלפית וחצי מהמרחק לירח), מרחק המאפשר ביקור של מעבורות חלל מאוישות לצורך הוספת ציוד חדש ותיקונים (שאכן נדרשו במקרה של האבל, כולל התקלה הקריטית של כיוון המראה הראשית שלו). לעומתו, הטלסקופ ג'יימס וב יימצא במרחק של 1.5 מיליון ק"מ, פי ארבעה מאשר המרחק לירח. נכון ל־2016 ולפחות עשור אל תוך העתיד, לא יימצא התקן כלשהו בעל כושר הסעה של משימה מאוישת למרחק כזה. על כן כל מערכות הטלסקופ, כולל הפריסה המסובכת בגלל גודלו חסר התקדים, חייבות להיות חסינות־תקלות לחלוטין.

שיגור והצבה

השיגור נקבע לתאריך 30 במרץ 2021, על־גבי טיל אריאן 5 מבסיס החלל האירופי קורו שבגיאנה הצרפתית. הטיל יעניק לטלסקופ מהירות התחלתית בכיוון הנקודה L₂, ושלב השיגור האחרון ייפרד ממנו כעבור כמחצית השעה. החל מההיפרדות, הטלסקופ ינוע בכוח ההתמד במהירות הולכת וקטנה, יבצע תיקונים קטנים בנתיב באמצעות רקטות, ויגיע לאזור הנקודה L₂ כעבור כחודש. במהלך החודש הראשון יפרוש הטלסקופ בזה אחר זה את הלוח הסולארי, אנטנת התקשורת, מגן השמש, עמוד התמך למראות, ועוד. במהלך 5 החודשים הבאים יבצע הטלסקופ הכנות להפעלה של מכשיריו (בעיקר קירור, מיקום מדויק וכיוון של המראות). במקביל, הטלסקופ יתחיל להקיף את הנקודה L₂. באזור הנקודה הזו נמצאים כבר (לוויין המחקר WMAP, טלסקופ החלל הרשל, וטלסקופ החלל פלאנק, שני האחרונים כבר אינם פעילים). כעבור שישה חודשים מהשיגור, יתחיל הטלסקופ בעבודתו השגרתית.

מצב נוכחי


הערכה של עלותו של הפרויקט שנעשתה ב־2005 הייתה כ־4.5 מיליארד דולר. נכון למרץ 2016, העלות הכוללת של פיתוח, שיגור ותחזוקה ל־10 שנים עומדת על 8.8 מיליארד דולר. הסוכנות האירופית משתתפת בכ־300 מיליון אירו (ובעלות השיגור), והסוכנות הקנדית הוסיפה כ־40 מיליון דולר קנדי. מועד השיגור המתוכנן נדחה מהמועד המקורי (ב־2007) שמונה פעמים, ועומד כיום על ה־30 במרץ 2021. הדחיות נבעו בעיקר בגלל הערכות בחסר של הזמן והעלויות, של התכנון ושל הבדיקות ברמת האמינות הנדרשת.
הפרויקט עבר בהצלחה סקירת תכנון ראשונית (PDR) במאי 2008, ועבר את הבדיקות הקריטיות (MCDR) באפריל 2010. בנובמבר 2015 הושלם בהצלחה ניסוי לפריסת שתי "כנפי הצד" של המראה הראשית. כל "כנף" תכיל 3 מתוך 18 המראות המשושות המרכיבות את המראה הראשית. פריסת שתי הכנפיים בזו אחר זו בחלל צפויה לארוך כ־35 שעות. בדצמבר 2015 חתמה סוכנות החלל האירופית, האחראית על שיגור הטלסקופ, על הסכם עם חברת "אריאנספייס"  לשיגור הטלסקופ על גבי הטיל אריאן 5. ההרכבה של 18 המראות המשושות המהוות את המראה הראשית החלה בנובמבר 2015. החלק ה־18 והאחרון הורכב ב־3 בפברואר 2016, ובהמשך יותקנו שאר המכשירים האופטיים, ותבוצע סדרה של בדיקות קריוגניות, כלומר בתנאי הטמפרטורה הקיצוניים בהם הטלסקופ מתוכן לעבוד.
ב־7 במרץ 2016 הודיעה נאס"א שהשלימה את התקנת המראה המשנית. ב־21 במרץ הוכרז על השלמת הבדיקות הקריוגניות של המצלמות והספקטרוגרפים, ושל התקנת מראות הטיסה.
ב־15 ביוני 2017 פורסמה רשימה של מעל 2100 מטרות לצפייה באמצעות טלסקופ החלל.
ב־27 בספטמבר 2017 החלו מהנדסי נאס"א להעלות את הטמפרטורה בתא בו מאוחסן טלסקופ החלל לקראת השלב האחרון בדרך לשיגורו.