Einschläge von Mikrometeoroiden sind ein unvermeidlicher Aspekt beim Betrieb von Raumfahrzeugen, die im Laufe langer und produktiver wissenschaftlicher Missionen im Weltraum routinemäßig viele Einschläge erleiden. Zwischen dem 23. und 25. Mai erlitt das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA einen Aufprall auf eines seiner Hauptspiegelsegmente. Nach anfänglichen Bewertungen stellte das Team fest, dass das Teleskop trotz eines geringfügig erkennbaren Effekts in den Daten immer noch auf einem Niveau arbeitet, das alle Missionsanforderungen übertrifft.
Gründliche Analysen und Messungen sind im Gange. Die Auswirkungen werden während der gesamten Lebensdauer von Webb im Weltraum weiterhin auftreten; Solche Ereignisse wurden beim Bauen und Testen des Spiegels vor Ort erwartet. Nach erfolgreichem Start, Einsatz und Ausrichtung des Teleskops liegt die Leistung von Webb zu Beginn der Lebensdauer immer noch weit über den Erwartungen, und das Observatorium ist voll und ganz in der Lage, die wissenschaftliche Leistung zu erbringen, für die es entwickelt wurde.
Webbs Spiegel wurde so konstruiert, dass er dem Bombardement staubgroßer Partikel, die mit extremen Geschwindigkeiten fliegen, in seiner Umlaufbahn um die Sonne-Erde L2 aus der mikrometeoroiden Umgebung standhält. Während des Baus des Teleskops verwendeten die Ingenieure eine Mischung aus Simulationen und tatsächlichen Testeinschlägen auf Spiegelproben, um eine klarere Vorstellung davon zu bekommen, wie das Observatorium für den Betrieb im Orbit befestigt werden kann. Diese jüngste Auswirkung war größer als modelliert und ging über das hinaus, was das Team vor Ort hätte testen können.
„Wir wussten immer, dass Webb die Weltraumumgebung überstehen muss, die hartes ultraviolettes Licht und geladene Teilchen von der Sonne, kosmische Strahlung aus exotischen Quellen in der Galaxie und gelegentliche Einschläge von Mikrometeoroiden in unserem Sonnensystem umfasst“, sagte Paul Geithner. Technischer stellvertretender Projektmanager am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Wir haben Webb mit einem Leistungsspielraum – optisch, thermisch, elektrisch, mechanisch – entworfen und gebaut, um sicherzustellen, dass es seine ehrgeizige wissenschaftliche Mission auch nach vielen Jahren im Weltraum erfüllen kann.“ Beispielsweise wurde die Optik von Webb aufgrund sorgfältiger Arbeit der Startplatzteams am Boden sauberer als erforderlich gehalten. Ihre makellose Sauberkeit verbessert das Gesamtreflexionsvermögen und den Durchsatz, wodurch die Gesamtempfindlichkeit verbessert wird. Diese und andere Leistungsmargen machen die wissenschaftlichen Fähigkeiten von Webb robust gegenüber potenziellen Verschlechterungen im Laufe der Zeit.
Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit von Webb, Spiegelpositionen zu erfassen und einzustellen, eine teilweise Korrektur für das Ergebnis von Aufprallen. Durch Anpassen der Position des betroffenen Segments können Ingenieure einen Teil der Verzerrung aufheben. Dies minimiert die Auswirkung eines Aufpralls, obwohl nicht die gesamte Verschlechterung auf diese Weise aufgehoben werden kann. Ingenieure haben bereits eine erste derartige Anpassung für das kürzlich betroffene Segment C3 durchgeführt, und zusätzliche geplante Spiegelanpassungen werden diese Korrektur weiter verfeinern. Diese Schritte werden bei Bedarf als Reaktion auf zukünftige Ereignisse im Rahmen der Überwachung und Wartung des Teleskops während der gesamten Mission wiederholt.
Um Webb im Orbit zu schützen, können Flugteams Schutzmanöver einsetzen, die die Optik absichtlich von bekannten Meteoritenschauern abwenden, bevor sie auftreten. Dieser jüngste Einschlag war keine Folge eines Meteoritenschauers und gilt derzeit als unvermeidbares Zufallsereignis. Infolge dieser Auswirkungen wurde ein spezialisiertes Team von Ingenieuren gebildet, um nach Möglichkeiten zu suchen, die Auswirkungen weiterer Mikrometeoroid-Einschläge dieser Größenordnung zu mildern. Im Laufe der Zeit wird das Team unschätzbare Daten sammeln und mit Mikrometeoriten-Vorhersageexperten am Marshall Space Flight Center der NASA zusammenarbeiten, um besser vorhersagen zu können, wie sich die Leistung ändern könnte, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Anfangsleistung des Teleskops besser als erwartet ist. Webbs enorme Größe und Empfindlichkeit machen es zu einem hochempfindlichen Detektor für Mikrometeoriten; Im Laufe der Zeit wird Webb dazu beitragen, das Wissen über die Staubpartikelumgebung des Sonnensystems auf L2 für diese und zukünftige Missionen zu verbessern.
„Da die Webb-Spiegel dem Weltraum ausgesetzt waren, erwarteten wir, dass gelegentliche Einschläge von Mikrometeoroiden die Teleskopleistung im Laufe der Zeit elegant beeinträchtigen würden“, sagte Lee Feinberg, Elementmanager des optischen Teleskops von Webb bei NASA Goddard. „Seit dem Start hatten wir vier kleinere messbare Mikrometeoriteneinschläge, die den Erwartungen entsprachen, und diesen, der kürzlich größer war als in unseren Verschlechterungsvorhersagen angenommen. Wir werden diese Flugdaten verwenden, um unsere Leistungsanalyse im Laufe der Zeit zu aktualisieren und auch operative Ansätze zu entwickeln um sicherzustellen, dass wir die Bildgebungsleistung von Webb für viele Jahre so gut wie möglich maximieren.“
Diese jüngsten Auswirkungen führten zu keiner Änderung des Betriebsplans von Webb, da das Team weiterhin die Beobachtungsmodi der wissenschaftlichen Instrumente überprüft und sich auf die Veröffentlichung der ersten Bilder von Webb und den Beginn des wissenschaftlichen Betriebs vorbereitet.