Wissenschaftler haben mehr als 5.000 Exoplaneten oder Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Da die Technologien zur Erforschung dieser Welten weiter voranschreiten, könnten Forscher eines Tages in der Lage sein, auf Exoplaneten, die in Größe, Zusammensetzung und Temperatur der Erde ähnlich sind, nach Lebenszeichen zu suchen. Aber dazu brauchen sie neue Werkzeuge, wie sie am Coronagraph-Instrument des römischen Weltraumteleskops Nancy Grace der NASA getestet werden. Das wissenschaftliche Instrument wird das Licht von jedem entfernten Stern, den es beobachtet, blockieren, damit Wissenschaftler die Planeten um den Stern besser sehen können, und es wird Technologien demonstrieren, die erforderlich sind, um schließlich potenziell bewohnbare Planeten mit zukünftigen Missionen zu untersuchen.
Das Coronagraph-Instrumententeam hat bereits das hochmoderne Instrument entworfen und die Komponenten gebaut. Jetzt müssen sie die Teile zusammensetzen und Tests durchführen, um sicherzustellen, dass sie wie vorgesehen funktionieren. „Es ist, als würden alle Nebenflüsse endlich zusammenkommen, um den Fluss zu bilden“, sagte Jeff Oseas, Product Delivery Manager für das optische Subsystem des Coronagraph-Instruments am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien.
Der Prozess hat vor kurzem am JPL begonnen und wird mehr als ein Jahr dauern. Nach Fertigstellung wird das Coronagraph-Instrument zum Goddard Space Flight Center der Agentur in Greenbelt, Maryland, versandt und in das römische Observatorium eingebaut.
JPL-Ingenieurin Gasia Bedrosian leitet den Montage- und Testprozess als Integrations- und Testproduktliefermanager des Instruments. Sie sagt gerne, dass Integration und Test zwar technisch gesehen die letzten Schritte beim Bau eines Instruments sind, aber tatsächlich von Anfang an Teil des Prozesses sind.
Im Jahr 2018 begann Bedrosian mit der Arbeit an einer Reihe von Montageplänen für etwas, das noch nie zuvor gebaut wurde. Sie und ihr Team verbrachten dann weitere zwei Jahre damit, mit verschiedenen Fachexperten und Projektmitgliedern zusammenzuarbeiten, um den Plan zu überprüfen und anzupassen und sicherzustellen, dass alle Teile rechtzeitig und in der richtigen Reihenfolge zusammengefügt werden. Der Prozess wird einem gut choreografierten Ballett ähneln, das Schwerlastkräne, Laser und Vakuumkammern in der Größe von Bussen umfasst.
Das Coronagraph-Instrument hat ungefähr die Größe und Form eines Stutzflügels und besteht aus zwei Hauptteilen, die übereinander gestapelt werden: der optischen Bank und der Palette der Instrumentenelektronik.
Das Coronagraph-Instrument des römischen Weltraumteleskops der NASA soll das Licht eines Sterns blockieren und das viel schwächere Licht von umlaufenden Planeten einfangen. Dieses Video entstand, als das Observatorium noch WFIRST hieß, und erklärt, wie das komplexe Instrument funktioniert. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Die empfindlichere der beiden ist die optische Bank, die 64 Elemente wie Spiegel und Filter enthält, die so konzipiert sind, dass sie so viel Sternenlicht wie möglich entfernen, ohne das Licht von Planeten zu unterdrücken. Dieser Ansatz zur Suche und Untersuchung von Exoplaneten wird als direkte Bildgebung bezeichnet, und es wird erwartet, dass dies der beste Weg ist, um die Atmosphären und Oberflächenmerkmale erdähnlicher Gesteinswelten zu untersuchen. Einige der optischen Komponenten des Coronagraph-Instruments sind so klein, dass sie mit bloßem Auge kaum sichtbar sind.
Die Palette oder untere Schicht beherbergt die Elektronik, die Anweisungen vom römischen Raumschiff erhält und die wissenschaftlichen Daten des Coronagraph-Instruments zurücksendet. Die Elektronik steuert auch die mechanischen Komponenten der optischen Bank sowie die Instrumentenheizungen. Die optische Bank wird per Kran auf die Elektronikpalette gestapelt. Weil die beiden Schichten auf den Bruchteil eines Millimeters genau zueinander ausgerichtet werden müssen, bringt das Team sie innerhalb von vier Tagen mit Lasern in die richtige Position.
Auge fürs Detail
Integrations- und Testteams verwenden häufig digitale 3D-Modelle des Instruments, um ihre Pläne zu erstellen, aber nichts ist vergleichbar damit, das Objekt in einem realen Raum zu sehen. Aus diesem Grund nutzte das Coronagraph-Team ein Augmented-Reality-Headset, mit dem Benutzer eine virtuelle Projektion eines 3D-Objekts und der Welt um sie herum sehen können. Das Headset wird auch vom Rover-Team Mars Curiosity verwendet, um das Marsgelände, über das der Rover fährt, in 3D zu sehen.
„Wir haben bei dieser Übung viel gelernt“, sagte Bedrosian. „Wir konnten ein Gefühl dafür bekommen, wie eng der Zugang an bestimmten Integrationspunkten wäre, indem wir uns buchstäblich auf den Boden legten und unter dem Instrument sichtbar wurden. Es zeigte uns, wann es vorteilhaft wäre, das gesamte Instrument mit einem Kran anzuheben, oder wenn wir ein spezielles Tool brauchen würden, um unsere Arbeit in diesem Winkel zu erledigen. Es hat dazu beigetragen, viele unserer Pläne sicherer und einfacher zu machen.“
Nach dem Zusammenbau wird das Coronagraph-Instrument einer Reihe von Tests unterzogen, darunter fast einen Monat lang dynamische Tests, um den Raketenflug ins All zu simulieren. Es wird dann in eine Vakuumkammer gelegt, die die Weltraumumgebung nachbildet, um zu überprüfen, ob die Hardware ausgerichtet bleibt und ordnungsgemäß funktioniert.
„Es ist aufregend, endlich damit zu beginnen, alle Teile zusammenzusetzen“, sagte Bedrosian. „Es ist definitiv eine verspätete Befriedigung, weil wir so lange mit der Vorbereitung verbracht haben. Aber jetzt, wo wir hier sind und meine Teammitglieder über die Ankunft der Hardware sprechen, kann ich die Aufregung in ihren Stimmen hören.“