Stroje v pohybu:
Webbův teleskop ve vesmíru

Na vědeckém projektu, jehož celkový rozpočet přesahuje částku 10 miliard amerických dolarů, spolupracují tři kosmické agentury: Americká NASA, evropská ESA a kanadská CSA. Jde o dlouhodobý projekt, plány na sestrojení nástupce Hubbleova vesmírného dalekohledu začaly vznikat už v roce 1989. Konkrétnější podobu dostaly v roce 1996 a v roce 2004 byla zahájena výroba jednotlivých částí. Dalších 17 let uplynulo, než bylo všechno vyrobeno, sestaveno, pečlivě otestováno a připraveno ke startu rakety Ariane 5, kterou vyrobila a poskytla Evropská kosmická agentura.

V průběhu příprav se vědci rozhodli pověřit nový teleskop pozorováním vzdálených končin vesmíru v infračerveném pásmu záření a umístit jej do větší vzdálenosti od Země i od Slunce, aby citlivé přístroje byly co nejméně rušeny slunečním zářením. Jako vhodnou pozorovatelnu vybrali oblast tzv. druhého Lagrangeova bodu (L2) soustavy Slunce – Země. Zařízení o hmotnosti 6 200 kg bylo tedy třeba dopravit do vzdálenosti 1,5 milionu kilometrů od Země, což je téměř čtyřnásobek vzdálenosti k Měsíci. Jen samotná cesta od startu po dosažení cílové oblasti trvala měsíc. Kolem bodu L2 nyní teleskop obíhá v rovině přibližně kolmé na spojnici Slunce a Země.

Na pohled nejatraktivnější částí celého zařízení jsou pozlacená zrcadla teleskopu. Jde o třízrcadlový anastigmatický dalekohled. Velké primární parabolické zrcadlo je tvořeno 18 šestiúhelníkovými deskami o celkové ploše 25 m2. Vzdálenost krajních bodů zrcadlové plochy je 6,6 m. Ohnisková vzdálenost tohoto zrcadla je 131,4 m. Desky jsou vyrobeny z beryllia a pokryty tenkou vrstvou zlata, jež je navíc chráněno tenkou vrstvou skla. Od jejich povrchu se paprsky odrážejí k menšímu, sekundárnímu zrcadlu, umístěnému na trojnožce naproti zrcadlu primárnímu. Odtud se záření odráží k plochému zrcadlu terciárnímu a od něj pak k přístrojům, jež se nacházejí v prostoru za primárním zrcadlem. Natočení i zakřivení každé z desek primárního zrcadla i zrcadla sekundárního lze podle potřeby upravit tak, aby bylo možno celý teleskop perfektně zaostřit. Všechno musí fungovat automaticky nebo „na dálkové ovládání“, nebo do takové vzdálenosti od Země nelze poslat kosmonauty, aby něco opravili. To bylo možné udělat v případě Hubbleova vesmírného dalekohledu, který krouží na oběžné dráze kolem Země ve výšce pouhých 500 až 600 km.

Na zadní straně primárního zrcadla je hlavní část observatoře – integrovaný modul vědeckých přístrojů, které snímají záření z hloubky vesmíru zachycené teleskopem a generují data určená pro další zpracování. Čtyři zařízení osazená fotoaparáty a spektroskopy sledují záření v rozsahu vlnových délek od 0,6 µm do 28,5 µm. Tento rozsah zahrnuje rozmezí od oranžové části viditelného spektra přes blízkou infračervenou oblast až po střední infračervenou oblast spektra.

Přístroje snímající infračervené záření jsou velmi citlivé na tepelné záření a pro správnou funkci musí být silně podchlazeny – potřebují teplotu blízkou absolutní nule. Aby k nim neproniklo sluneční záření ani teplo generované ostatními částmi observatoře (motory, počítačem a navigačními a komunikačními systémy), bylo nutné sestrojit sluneční clonu. Ta trochu připomíná velkého papírového létacího draka. Má tvar kosočtverce o úhlopříčkách dlouhých 21,2 a 14,2 m. Clona je tvořena pěti vrstvami velmi tenké fólie, mezi nimiž jsou mezery široké od 3 do 25 cm. Fólie je vyrobena z polyimidového materiálu kapton. Tloušťka materiálu krajní plachty na slunečné straně je 50 µm (tato tlouška odpovídá tloušce jemného lidského vlasu), ostatní čtyři plachty jsou z fólie ještě o polovinu tenčí. Kaptonová fólie je ve všech případech potažena ještě 100nm vrstvou hliníku, první dvě plachty ještě 50nm vrstvou upraveného křemíku.

Teplota na slunečné straně clony dosahuje hodnoty 85 °C, stinná strana udržuje stálou teplotu přibližně -233 °C (40 K). Tato teplota je optimální pro fungování optické části dalekohledu a většiny přístrojů. Jeden z přístrojů, sledující záření ve středním infračerveném pásmu, však pro správnou funkci potřebuje teplotu ještě nižší. Tento přístroj musí být chlazen (prostřednictvím dvoustupňové „chladničky“) až na teplotu -266 °C (tj. pouhých 7 K).

Na slunečné straně clony jsou umístěna zařízení, jež mají na starosti provoz, navigaci a komunikaci. Předně je tu umístěn řídicí počítač. K udržování dalekohledu ve správné poloze a k jeho natáčení slouží složitý navigační systém. Ten využívá tři sledovače hvězd (malé dalekohledy, podle jejichž záběrů se observatoř orientuje v prostoru), šest gyroskopů a šest reakčních kol. Reakční kola jsou v podstatě setrvačníky. Změna rychlosti otáčení některého z nich vyvolá rotaci celé observatoře, aby zůstal zachován její celkový moment hybnosti. Tak lze dalekohledem podle potřeby libovolně otáčet, ale vždy tak, aby sluneční clona byla stále nastavena proti Slunci a aby se optická zařízení nacházela v jejím stínu.

Pro udržování správné vzdálenosti od Slunce je teleskop vybaven malými raketovými motory, jež mají k dispozici zásobu paliva přibližně na 10 let provozu.

Spojení se Zemí zajišuje komunikační modul se směrovou anténou, namířenou k Zemi. Komunikace probíhá s přenosovou rychlostí 28 Mb.s^-1.

K napájení observatoře elektřinou slouží solární panel, umístěný pochopitelně rovněž na slunečné straně. Tento panel poskytuje výkon 2 000 W.

Už z pouhého porovnání rozměrů observatoře s rozměry nákladového prostoru rakety je zřejmé, že zařízení muselo být skládací, aby se do rakety vměstnalo. Aby se teleskop vešel do nákladového prostoru rakety Ariane 5, jejíž trup má průměr 5,4 m, museli jej konstruktéři poskládat do tvaru o výšce 10,66 m a šířce 4,5 m. Složité rozbalování této skládačky probíhalo za letu a začalo už půl hodiny po startu, když se teleskop oddělil od druhého stupně rakety. Nejprve byl rozložen solární panel, který získává elektrickou energii pro ostatní zařízení na palubě. Po něm byla aktivována komunikační anténa, zajišující spojení se Zemí. Mezi třetím a 10. dnem po startu se rozvinula a napnula sluneční clona, následovalo rozložení velkého zrcadla a trojnožky nesoucí zrcadlo sekundární. Čtrnáct dní po startu byl teleskop plně rozložen, dalších 14 dní zabralo nastavování jednotlivých segmentů zrcadla do provozní polohy. Do cílového prostoru (na oběžnou dráhu kolem bodu L2) observatoř dorazila podle plánu po 30 dnech letu v plně rozložené podobě. Nyní bude po několik měsíců probíhat zaostřování dalekohledu a kalibrace přístrojů, první snímky dalekého vesmíru observatoř odešle v polovině letošního roku.