La missione del telescopio spaziale James Webb potrebbe durare fino a 20 anni

Il telescopio spaziale James Webb ha completato la fase di apertura ormai da qualche giorno ma la sua missione è solo agli inizi. Mancano ancora diverse fasi e diversi ostacoli prima che tutti gli appassionati e gli scienziati possano vedere un’immagine realizzata dal JWST (circa cinque mesi). Nonostante tutto grande è la soddisfazione da parte dei team coinvolti che in due decenni hanno portato a compimento, almeno per la fase di apertura, un’operazione così complicata.

Le prossime operazioni riguarderanno il raffreddamento e la calibrazione degli strumenti e il raggiungimento dell’orbita intorno al secondo punto di Lagrange. A quel punto sarà possibile capire in maniera più precisa quanto durerà la missione del grande telescopio spaziale che ha come obiettivo minimo una durata di 5 anni e che inizialmente si pensava potesse arrivare fino a 10 anni. Questo però è un valore sostanzialmente pessimistico secondo le prime stime.

Una missione di 20 anni per il telescopio spaziale James Webb

Come scritto sopra, inizialmente le previsioni per la durata della missione del JWST erano di circa 10 anni al massimo. Questo però era un valore stimato se il lancio del razzo Ariane 5 non fosse stato eseguito al meglio. Invece ESA e Arianespace sono riusciti a lanciare il grande telescopio in maniera perfetta permettendo di non dover sprecare carburante a bordo del telescopio (che è in quantità limitata). Arianespace ha massimizzato la qualità dei componenti dell’Ariane 5, in particolare del motore Vulcain, per centrare questo risultato.

Ora le stime annunciate da Mike Menzel (Mission Systems Engineer) parlano di una quantità di propellente che potrebbe garantire la durata della missione del telescopio spaziale James Webb fino a circa 20 anni. Il doppio di quanto previsto in precedenza. Chiaramente si tratta di stime mentre informazioni più precise saranno probabilmente rilasciate quando si avranno i dati di consumo effettivo nell’orbitare intorno al punto L2. Menzel ha poi aggiunto che ci sono ancora 49 singoli punti di fallimento ma che sono comuni ad altre missioni (come mancato funzionamento dei propulsori o difetti negli strumenti scientifici).

Inoltre bisogna considerare che nei prossimi giorni ci sarà una nuova accensione dei motori chiamata MCC2 (Mid Course Correction Burn) che succede a MCC1a e MCC1b. Questa servirà proprio a effettuare una correzione della traiettoria per inserirsi nell’orbita halo intorno al punto L2 (per poi accendere i motori ogni 22 giorni circa).

Come il JWST comunica con il centro di controllo sulla Terra

In precedenza abbiamo già scritto come parte del successo della missione sarà merito del Deep Space Network (DSN). Questo utilizzerà le antenne di Canberra, Madrid e Goldston per connettersi e avranno una finestra di quattro ore al giorno per scaricare i dati. Il telescopio spaziale James Webb non ha telecamere per valutarne lo stato e tutto viene svolto attraverso sensori di vario genere e telemetria.

In particolare già diverso tempo fa la NASA in accordo con il partner Northrop Grumman aveva scelto il software ECLIPSE di Raytheon per la parte di Common Command and Telemetry System (CCTS). Questo software è visibile in alcune delle schermate degli operatori ai terminali durante gli streaming in diretta e consente di avere pieno controllo su ciò che accade a bordo del JWST. Interessante notare che per ridurre i costi lo stesso software è stato impiegato anche per un’altra missione.

Non è finita qui! A differenza del telescopio spaziale Hubble, il JWST utilizza una “logica” operativa diversa per il controllo e le parti di osservazioni scientifiche. Non si tratta più di un sistema basato su “tempo assoluto” ma su eventi che devono accadere. Questo dovrebbe consentire da 7 a 10 giorni di operazioni autonome senza necessità di intervento da parte umana.

Nel caso di HST gli ingegneri creano una timeline di comandi da eseguire a un determinato tempo assoluto. Questo però significa avere una perfetta conoscenza di quando un comando inizia e termina per evitare conflitti nella coda di comandi ed è impiegata quando satelliti (o telescopi spaziali) possono comunicare spesso con la Terra. Per JWST invece si è puntato su un sistema basato su “eventi” (event-driven). Qui è il software che “scrive” la sequenza di comandi in base alle esigenze e poi la attua.

Questo significa non essere legati strettamente al tempo assoluto di esecuzione. Ci sono comunque una serie di problematiche che potrebbero capitare durante le osservazioni, gli ingegneri però hanno pensato a queste possibilità non permettendo per esempio il riordino delle attività (senza supervisione umana) e limitando la tipologia di eventi che gli script possono saltare, come: superamento di una finestra di osservazione, mancata acquisizione delle stelle per il tracciamento, errore di manovra, mancata acquisizione dell’obiettivo prima delle operazioni scientifiche, spazio insufficiente sul disco a bordo del JWST o strumenti scientifici non connessi.

Una strategia di questo tipo si adatta meglio al telescopio spaziale James Webb consentendogli di essere più efficiente di Hubble con operatività per oltre il 90% del tempo (10% è per manutenzione e manovre orbitali) e 60%-70% del tempo impegnato nelle osservazioni scientifiche.

L’utilizzo del JavaScript all’interno del JWST

Sempre per una maggiore efficienza in termini di costi, all’interno del JWST troviamo un software basato su JavaScript (Nombas ScriptEase 5.00e) che si interfaccia con il software di volo. La scelta di JavaScript è stata fatta dopo aver valutato anche opzioni quali TCL, Python e un software realizzato ad hoc. In particolare a convincere gli ingegneri è stata una migliore attinenza alle richieste operative e una interfacciamento più semplice (in seconda posizione è arrivato Python che condivideva supporto, flessibilità e interfaccia semplice).

Il centro controllo crea dei file conosciuti come Observation Plan che sono processati dal Observation Plan Executive (OPE) a bordo del telescopio. L’OPE continua a funzionare durante l’operatività del JWST mentre il centro controllo può effettuare modifiche (aggiunta/cancellazione) che vengono applicate durante il contatto che avviene giornalmente.

Le operazioni scientifiche del telescopio spaziale James Webb sono basate su script in ASCII che sono realizzate a partire da una versione personalizzata di JavaScript. Questi script sono gestibili dal software di volo che invece è scritto in C++. I file ASCII sono di due tipi: uno per le osservazioni (con una pianificazione di 7 fino a 10 giorni) e uno per altri parametri dedicati all’utilizzo degli strumenti di spettroscopia.

Come abbiamo scritto in passato, il JWST può utilizzare i suoi strumenti contemporaneamente ed eseguire fino a 10 thread che comprendono anche la calibrazione. Questo consente di ottimizzare le osservazioni scientifiche riducendo spazio e peso richiesti. Non resta quindi che aspettare la prima immagine per vedere cosa porterà tutta questa tecnologia. Il telescopio spaziale James Webb ha attualmente percorso circa l’80% del suo viaggio a circa 1,165 milioni di km dalla Terra e dopo la calibrazione dei 18 segmenti dello specchio principale, dello specchio secondario e il raffreddamento degli strumenti sarà il momento della storica acquisizione.

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