Не слишком ли незащищены зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба?

Нет. Не слишком незащищенный, как вы выразились. Есть несколько заблуждений, которые я считаю распространенными в отношении JWST, и которые необходимо устранить:

Элементы главного зеркала JWST не сделаны из стекла и не разбиваются при ударе.

Его основные шестигранные зеркальные элементы сделаны из бериллиевого порошка, спрессованного в блоки, которые позже были разрезаны пополам, чтобы создать две зеркальные заготовки, и у них была срезана большая часть их задней стороны, оставив усиливающие ребристые структуры и тонкие и легкие передние зеркальные поверхности. Позднее эти передние поверхности были точно сформированы в соответствии с их спецификацией при рабочей температуре JWST (-400 ° F, -240 ° C) и отполированы до зеркального блеска. Бериллий был специально выбран из-за его легкости, прочности и способности сохранять форму при указанных криогенных температурах. Узнайте больше об этом процессе на JWST — основном зеркале (включает изображения и видео).

Маловероятно, что столкновения с микрометеоритами (см. ниже) приведут к пулевым отверстиям , а не к трещинам и разбитым зеркальным поверхностям, и эти проколы можно установить в режиме калибровки зеркала и скорректировать с помощью постобработки изображения. Ни одно большое зеркало не избавится от незначительных дефектов на протяжении всей своей жизни, и астрономы привыкли иметь с этим дело. Важно то, что первичные зеркала по-прежнему сохраняют свою форму, вместе с вторичным зеркалом сохраняют фокус, и большая часть их поверхностей стыка не слишком сильно искажает конечное изображение с такими дефектами. Небольшие проблемные области могут быть исправлены программно или иным образом скорректированы аппаратно.

Целевая гало-орбита JWST вокруг точки 2 Лагранжа Солнце-Земля не замусорена мусором

Солнце-Земля , точка Лагранжа 2, или сокращенно SEL2, точка, вокруг которой JWST будет поддерживать станцию ​​в гало-орбитальном режиме .(плоскость собственной орбиты вокруг SEL2 перпендикулярна плоскости Солнце-Земля), является одной из наименее гравитационно притягивающих точек в околоземном пространстве, примерно на 1,5 млн км дальше от Солнца, чем Земля, и с такой же орбитальной период, как сама Земля. Думайте об этой точке либо как о вершине холма, либо, что еще лучше (поскольку это не совсем «холм» как таковой, для этого потребуется отрицательное гравитационное притяжение или антигравитационная точка), как о почти плоской поверхности со все более крутым уклоном. наклон к своим родительским массивным телам, в нашем случае к Солнцу и Земле. По другой аналогии, где безопаснее всего стоять, если вы рискуете быть сметенным лавиной? Конечно, на плоской вершине крутого холма.

Это сильно отличается от обращения вокруг Земли на LEO (низкая околоземная орбита), где находится Международная космическая станция (МКС);

• Во-первых, близкие околоземные орбиты притягивают гораздо больше межпланетной пыли, которая может быть временно гравитационно захвачена на своей орбите или, по крайней мере, пересекать близкие околоземные орбиты, в зависимости от их траектории и относительной скорости. Я объясню немного больше об этом в разделе «Парковка телескопа в точке Лагранжа»: хорошая ли это идея с точки зрения обломков? .

• Во-вторых, SEL2 нестабилен и требует постоянного удержания станции (правда, из-за «плоскостности» пространства там это относительно дешево с точки зрения требуемой дельты-v). Так что любой орбитальный мусор от техногенных объектов не останется там надолго и будет быстро тяготеть (выпадать) из региона. У них также была бы медленная относительная скорость, поскольку не существует такого понятия, как «ретроградная орбита» вокруг точек Лагранжа.

• И, наконец, JWST будет не первым рукотворным объектом, совершившим плавание в регионе. Ранее на SEL2 находились другие космические обсерватории, такие как Зонд микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP), Космическая обсерватория Гершеля, Космическая обсерватория Планка . Евклид ЕКА и широкоугольный инфракрасный обзорный телескоп НАСА (WFIRST).

JWST не беззащитен перед столкновениями с мусором и микрометеоритами

Тем не менее, даже при всем сказанном, столкновение с объектами, проходящим через область SEL2, не исключено, поэтому есть несколько защитных механизмов , которые JWST будет иметь в своем распоряжении для него и его зеркал;

• Наиболее очевидным из них является то, что он развернет большой многослойный солнцезащитный козырек, который будет направлен на Солнце, как следует из названия. Кормовая часть корабля будет состоять не только из этих развертываемых парусоподобных солнцезащитных козырьков, но также будет содержать более надежные конструкции, такие как подсистема связи обсерватории, навигационная подсистема, двигатели и так далее. Все они должны защищать зеркала примерно от половины векторов ударов, при этом они направлены в другую сторону.

• Гало-орбита, как уже упоминалось, наклонена примерно на 90° к плоскости Солнце-Земля, а это означает, что JWST будет проходить только плоскость, в которой наиболее изменчивая гелиоцентрическая пыль будет вращаться на этой орбитальной высоте два раза в течение каждых из своих больших 800 000 км ( Орбита с радиусом 500 000 миль и только на относительно короткий срок. Любая из этих гелиоцентрических межпланетных пылинок, проходящих через SEL2, также будет иметь относительно небольшую скорость относительно обсерватории. Радиальная скорость SEL2 составляет примерно 30,08 км/с ($v_o \approx {2 \pi a \over T}$), в то время как орбитальная скорость на Земле + 1,5 миллиона км гелиоцентрической высоты составляет примерно 29,64 км / с ($v_o \approx \sqrt{\frac{GM}{r}}$). Итак, теоретически мы говорим о скорости удара в диапазоне 440-445 м/с, что примерно в 1,5 раза превышает скорость звука на уровне моря на Земле. С точки зрения возможных относительных скоростей антропогенного мусора на НОО, это примерно на 99,9% меньше кинетического потенциала ($E_\text{k} =\tfrac{1}{2} mv^2$) на ту же массу обломков, что и на низкой околоземной орбите, когда обломки, движущиеся задним ходом, сталкиваются со спутниками, движущимися вперед, со скоростью до 15,4 км/с (например, скорость орбиты МКС составляет примерно 7,7 км/с, или 4,8 мили/с).

• Более крупные объекты, сближающиеся с Землей (ОСЗ), конечно, будут по-прежнему отслеживаться наземными и орбитальными обсерваториями, и нет нужды говорить, что JWST может самостоятельно обнаруживать даже самые темные поверхностные ОСЗ, которые трудно обнаружить в визуальном спектре (хотя это не будет его миссией, большинство новых обнаружений ОСЗ все еще случайны), поскольку он будет проводить наблюдения в инфракрасном диапазоне и может обнаруживать излучаемую и отраженную тепловую сигнатуру этих объектов. В случае, если столкновение с более крупным объектом будет предсказано, и траектория этого объекта будет хорошо установлена, JWST может, если потребуется, выполнить маневры предотвращения столкновения с помощью собственных двигателей.

И есть другие варианты управления рисками , доступные для JWST, в том числе подготовка анализа сопряжения для потенциальных столкновений с другими спутниками, сохранение станции в SEL2 или пересечение его (их будет немного, но это все равно будет сделано, без вопросов), планирование его удержание станции и маневры ориентации, чтобы избежать опасностей и защитить его наиболее чувствительные части от мусора, межпланетной пыли, микрометеоритов, солнечных и космических явлений и других обнаруженных угроз, когда, где и по мере необходимости. Но в общем смысле SEL2 — относительно безопасное место по сравнению с околоземными орбитами, если говорить об орбитальном мусоре и ударах микрометеоритов, согласно вашему вопросу.