Il James Webb Space Telescope inizia la sua lunga marcia verso lo spazio

È il telescopio spaziale più complesso mai costruito ed è finalmente pronto. Ma prima di essere operativo dovrà superare un viaggio in mare, un lancio con un razzo e una sequenza di dispiegamento delle sue componenti nello spazio profondo. Operazioni rischiose che terranno gli astronomi con il fiato sospeso
di Nikk Ogasa/Scientific American
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All’inizio di questo mese la NASA ha annunciato che il 18 dicembre, dopo anni di ritardi, il James Webb Space Telescope lascerà finalmente la Terra in una missione per rivoluzionare l’astrofisica e la cosmologia.

Ma prima che questo osservatorio da dieci miliardi di dollari possa iniziare il suo lavoro, deve sopravvivere a un impegnativo trasferimento che include un viaggio in mare, un lancio a bordo di un razzo e un volo di 1,5 milioni di chilometri fino alla sua destinazione: il punto di Lagrange 2, o L2. Ben oltre l’orbita della Luna (e fuori dalla portata di qualsiasi missione di salvataggio a breve termine), L2 è una regione dove le spinte gravitazionali della Terra e del Sole si equilibrano per creare un perfetto parcheggio a lungo termine per i telescopi. Mentre Webb si lascia alle spalle il nostro pianeta e la Luna, deve anche dispiegare le componenti chiave che sono state ripiegate per essere alloggiate all’interno del suo razzo. Questo processo ad alta tensione coinvolge circa 178 meccanismi di sblocco, ognuno dei quali deve funzionare perfettamente perché il telescopio completi i suoi circa 40 dispiegamenti principali.

“Questa è la missione scientifica più complessa che abbiamo condotto finora”, afferma Nancy Levenson, vice direttore dello Space Telescope Science Institute (STSci). “Ci sono molte cose che devono andare per il verso giusto.”

Webb è senza dubbio il telescopio spaziale più avanzato mai costruito. Il suo sguardo a infrarossi penetrerà le nubi cosmiche di polvere per rivelare i dettagli nascosti delle fucine stellari e dei protopianeti in fase di formazione. Raccoglierà anche i deboli fotoni emessi dalle prime stelle e galassie che si sono formate dopo il big bang, inizialmente emessi come luce visibile, la cui lunghezza d’onda da allora è stata allungata, o “spostata verso il rosso”, dall’espansione del cosmo.

Ma questo presuppone che tutto vada secondo i piani.

Per terra e per mare
Il viaggio di Webb inizierà a Redondo Beach, in California, nella struttura di Northrop Grumman dove sono stati completati la costruzione e i test finali. Lì il veicolo spaziale, che attualmente è ripiegato, sarà collocato in uno speciale imballo di spedizione chiamato Super Space Telescope Transporter for Air, Road and Sea, o Super STTARS. Questo guscio di viaggio su misura proteggerà Webb da umidità, vibrazioni e temperature fluttuanti.

Alla fine del mese, mentre è alloggiato nel suo bozzolo high-tech, Webb sarà trasportato al porto della città e messo su un’imbarcazione. La data esatta della partenza è stata tenuta nascosta per prevenire atti di pirateria, dice Massimo Stiavelli, capo dell’ufficio missione di Webb allo STScI.

I dettagli sulla sicurezza che accompagna il telescopio non sono stati resi pubblici. Anche così, Stiavelli dice di non essere preoccupato che qualcuno rubi il prezioso carico, grazie a numerose misure di sicurezza non rivelate ma molto reali messe in atto per il viaggio in mare. Nel caso di un tentativo di furto in alto mare, dice, “mi preoccuperei della sicurezza dei pirati stessi”.

Dopo essere partito da terra, il telescopio, ancora chiuso nel Super STTARS, viaggerà verso sud lungo la costa e attraverso il canale di Panama. Webb arriverà probabilmente ai Caraibi a inizio ottobre, cioè durante la stagione degli uragani.

Sono stati identificati porti sicuri lungo tutta la rotta di navigazione del veicolo spaziale. E le condizioni meteorologiche saranno monitorate da vicino per assicurarsi che non si trovi inaspettatamente esposto a una tempesta, aggiunge Stiavelli.

Dopo circa due settimane in mare, il telescopio arriverà al porto e al sito di lancio dell’Agenzia spaziale europea (European Space Agency, ESA) di Kourou, nella Guyana francese. Lì Webb sarà sottoposto ai preparativi per il lancio, che includono il rifornimento di carburante, l’esecuzione dei controlli finali dell’elettronica e, naturalmente, il montaggio della sonda sul suo destriero celeste: Il razzo Ariane 5 dell’ESA.

Ancora ripiegato, il telescopio da 6500 chilogrammi sarà fissato all’interno della parte superiore del razzo, dentro una camera chiamata cupola (fairing). Una volta posizionato, Webb sarà pronto a prendere il volo.

Partenza a razzo
Presumendo che non ci siano ulteriori ritardi nel suo percorso verso la piattaforma di lancio, la mattina presto del 18 dicembre, Webb partirà con una traiettoria leggermente verso est sull’Oceano Atlantico. Il suo razzo Ariane 5 è considerato un vettore affidabile, e il telescopio stesso ha superato i test destinati a simulare le sollecitazioni di un lancio, quindi la fiducia che il viaggio in orbita avverrà senza problemi è alta, spiega Robinson.

Eppure, “se il lancio sarà un successo, potremo tirare un grande sospiro di sollievo”, dichiara Heidi Hammel, vice presidente dell’Association of Universities for Research in Astronomy. “Come diciamo nel settore, questa è scienza missilistica. Stiamo mettendo questa risorsa incredibilmente preziosa in cima a un razzo e accendendo la miccia, per così dire.”

La schiusa di Webb
Una volta che avrà percorso circa 10.400 chilometri, Webb si staccherà dal secondo stadio dell’Ariane 5, segnando la fine del lancio. Tuttavia, la parte più snervante del viaggio sarà appena iniziata: una crociera di 1,5 milioni di chilometri verso L2, durante la quale il telescopio ripiegato inizierà lentamente ad aprirsi. (Si veda l’infografica di “Scientific American”.)
“Questo è il momento in cui inizieremo a mangiarci le unghie”, commenta Hammel. “Non saremo lì. Non potremo regolare nulla, quindi le cose dovranno funzionare bene”.

Pochi istanti dopo la separazione dal razzo, la schiera di pannelli solari di Webb si dispiegherà per iniziare a fornire elettricità al veicolo. Anche se il dispiegamento dei pannelli solari è una procedura relativamente semplice, il suo successo è fondamentale per alimentare tutte le operazioni successive, aggiunge Stiavelli.

Circa 12 ore dopo il lancio, i propulsori del veicolo si accenderanno per la prima volta per correggere la sua traiettoria. Le correzioni di rotta devono essere efficienti per preservare il carburante del telescopio e massimizzare la sua durata, sottolinea Stiavelli. La conferma di una correzione di rotta di successo non arriverà fino a molto dopo il fatto, anche se sarà comunque possibile effettuare ulteriori modifiche alla traiettoria di volo di Webb se necessario.

Quandò si avvicinerà al suo terzo giorno nello spazio, Webb inizierà a dispiegare uno dei suoi strumenti più complessi e importanti: lo schermo solare. Se si dispiegherà senza intoppi, una pila di cinque enormi fogli a forma di aquilone di pellicola di poliimmide impedirà alla luce e al calore del Sole di raggiungere i sensori infrarossi del telescopio, che devono rimanere a temperature estremamente basse per funzionare correttamente.

Lo schermo solare è fondamentale per mantenere il telescopio sufficientemente freddo da permettergli di rilevare il bagliore infrarosso dell’alba cosmica, spiega Hammel. “Il dispiegamento deve andare bene”, aggiunge.

Ma per aprire lo schermo solare, circa 150 meccanismi di sblocco devono attivarsi correttamente nel corso di tre giorni. Il complicato dispiegamento coinvolge circa 7000 parti, tra cui 400 pulegge, otto motori e 140 attuatori di rilascio. Il dispiegamento dello schermo solare è la chiave per realizzare i sogni più ambiziosi degli scienziati. Ma per gli ingegneri aerospaziali, la complessità della procedura e l’alto numero di singole fasi che possono fallire sono un incubo.

“È un grande compito: ottenere questi cinque strati estremamente sottili, ognuno delle dimensioni di un campo da tennis, tutti distesi e separati l’uno dall’altro”, spiega Hammel. E l’ansia non svanirà con il semplice dispiegamento dello schermo solare. Dopo sei giorni di volo, lo specchio secondario del telescopio, posizionato all’estremità di tre lunghi bracci, raggiungerà la sua posizione. Nonostante il suo nome, lo specchio secondario è una componente critica per il successo di Webb, dice Hammel. Se gli altri dispiegamenti non funzionano alla perfezione, i problemi si potranno aggirare. “Ma se lo specchio secondario non si aprirà perfettamente, non avremo un telescopio”, spiega. “Non avremo niente.”

Il settimo giorno inizierà ad aprirsi lo specchio primario di 6,5 metri di Webb, un insieme di 18 segmenti esagonali in berillio e placcati in oro. Per prima cosa, due “ali” si apriranno verso l’esterno e si bloccheranno in posizione come i pezzi di un tavolo pieghevole. Poi minuscoli attuatori spingeranno o tireranno ciascuno dei segmenti dello specchio per raggiungere un allineamento preciso al micrometro, producendo il fuoco singolo dello specchio primario. Il dispiegamento e l’allineamento dello specchio primario coinvolgeranno 132 attuatori e motori, ognuno dei quali deve funzionare correttamente.

Infine, un mese dopo il lancio, Webb dovrebbe raggiungere L2, concludendo uno dei più audaci voli spaziali mai tentati e permettendo agli astronomi del mondo di tirare il fiato contemporaneamente.

“Ci siamo esercitati per anni per questo”, spiega Hammel. “È come un concerto d’orchestra con centinaia di persone che suonano strumenti diversi. Tutti devono aver provato la loro parte e tutti gli strumenti devono essere pronti. E poi si suona la musica.”