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Donnerstag, 01.07.2010 / 12:33
JavaScript im Weltall
Weltraumteleskop mit Eigenleben: Das James Webb Space Telescope blickt zurück in die Frühgeschichte des Weltalls.
Wenn das James Webb Space Telescope (JWST) im Jahr 2014 seinen "Parkplatz" im Weltall erreicht, wird dieser 6,5 Tonnen schwere Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops viel schwerer und grösser als sein Vorläufer sein und sich auf einer 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernten, geostationären Umlaufbahn befinden. Es verfügt über eine radikal andere Systemarchitektur als andere Astrosatelliten. Im Gegensatz zum Hubble Teleskop ist es zudem nicht für den Empfang von sichtbarem Licht ausgelegt, sondern arbeitet im Infrarotbereich.
Neuartige Systemarchitektur
Das im Bau stehende Weltraumteleskop ist nach dem NASA-Administrator benannt, der die Apollo-Missionen zum Mond verantwortete. Das JWST soll unter anderem – durch den Blick in viele Milliarden Lichtjahre entfernte Regionen des Weltalls - die Frühzeit des Universums erforschen, rund 250 Millionen Jahre
nach dem Urknall, als die ersten Galaxien entstanden.
Anders als die ICT-Systeme der meisten anderen Satelliten arbeitet die Steuerungssoftware nicht befehls- sondern eventgesteuert. Das Teleskop muss unter anderem aufgrund seiner grossen Entfernung von der Erde auf viele Ereignisse selbständig reagieren. Diese Reaktionen müssen aber auch immer wieder von der Bodenstation angepasst und verändert werden können. Die "ereignisgesteuerte" Architektur der Software erlaubt es, Updates und neue Softwareteile einfach und relativ risikoarm und zudem auch im laufenden Betrieb einzuspielen, weil nicht in bestehenden Grundcode eingegriffen werden muss.
Die Eventsoftware ist nicht binär kodiert, sondern besteht aus ASCII-Zeichen in einem speziellen JavaScript. Der Script-Interpreter hingegen wird von der bordeigenen C++-Software gesteuert. Es können zeitgleich bis zu zehn Threads - also individuelle Programmstränge - verarbeitet werden, um das Infrarotteleskop mit seinen drei Messbereichen und das Spektrometer zu steuern.
In tiefster Kälte
Das James Webb Space Telescope soll am zweiten der insgesamt fünf Lagrange-Punkte von Sonne und Erde platziert werden (L2). An diesen Punkten kompensieren sich die Schwerkräfte von Sonne und Erde sowie die Fliehkraft eines Satelliten solcherart, dass der Satellit an einer relativ zu Sonne und Erde immer gleichen Stelle "parkiert" werden kann.
Das Hubble-Teleskop hingegen kreist in verhältnismässig geringen 583 Kilometern Abstand um die Erde. Im Gegensatz dazu ist L2 etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. L2 wurde mit Bedacht ausgesucht. Denn dieser Punkt liegt auf der von der Erde aus gesehen entgegengesetzten Richtung zur Sonne, und damit dauernd im Schatten der Erde – oder wenigstens fast. Das auffällige fünffache und tennisplatzgrosse Sonnenschild soll die Instrumente auch noch vom Rest der Strahlung von Sonne und Erde, vor allem der Infrarotstrahlung, abschirmen. Das Teleskop und seine Instrumente müssen auf einer extrem niedrigen Betriebstemperatur von 35 bis 40 Grad Kelvin (-239 bis -234 °C) gehalten werden, damit sie nicht mit der eigenen Wärmestrahlung das äusserst schwache Infrarotlicht, das sie eigentlich auffangen sollen, überdecken.
Beobachtungen der ältesten Gestirne im All müssen infolge der Rotverschiebung der Lichtwellen von weit entfernten Objekten im Infrarotbreich erfolgen. Nur so kann das JWST nicht nur in geradezu unvorstellbare Distanzen, sondern auch zurück in die Geschichte des Weltalls blicken.
Das Hubble-Teleskop weist einen einzelnen Parabolspiegel mit 2,4 Meter Durchmesser auf. Im Gegensatz dazu besteht der JWST-Spiegel mit seinen insgesamt 6,5 Meter Durchmesser aus einem Mosaik von 18 sechseckigen Beryllium-Elementen. Diese werden beim Start auf der Erde zu einem Stapel zusammengefaltet sein und sollen an L2 hoch präzise in der Reflexionsfläche ausgebreitet werden. Ein erstes der Beryllium-Elemente ist bereits fertig gestellt und hat alle optischen und mechanischen Tests bestanden. Das ungewöhnliche Material wurde vor allem wegen seinem geringen spezifischen Gewicht, der Formstabilität und Tieftemperaturbeständigkeit sowie guter Polierbarkeit gewählt.
Terabyte-Datenstrom erwartet
Das Hubble-Teleskop, der JWST-Vorgänger, sandte während seiner nun 20-jährigen Lebensdauer Woche für Woche etwa 120 Gigabyte an wissenschaftlichen Daten zur Erde. Der JWST-Datenstrom wird um ein Vielfaches mächtiger sein, denn die Auflösung des Mosaikspiegels ist gegenüber dem Hubble-Teleskop mehrfach besser. Das JWST-Kommunikationsmodul wird an der erdwärtigen Seite des Sonnenschirms untergebracht und soll mit der dannzumal aktuellsten Elektroniktechnologie ausgerüstet werden.
Der JWST-Start an der Spitze einer Ariane V-Rakete im pazifischen Kourou ist provisorisch für Juni 2014 geplant. Insgesamt sieht die NASA für das JWST-Projekt 30 Milliarden Dollar an Investitionen vor, wovon die EU etwa 3 Milliarden beisteuert. Die JWST-Lebensdauer wird auf fünf Jahre veranschlagt und kann infolge der grossen Distanz des Teleskopsatelliten zur Erde nicht, wie beim erdnahen Hubble-Teleskop, durch Wartungsflüge verlängert werden. (Gregor Henger/Hans Jörg Maron)
(Foto: Ein 1:1-Modell des JWST, das die NASA kürzlich ausstellte)