James Webb Teleskop: Wie die nervenaufreibende Reise ins All abläuft

Der Start des James Webb Weltraumteleskops (JWST) ist erst der Anfang. Denn auch, wenn jeder Raketenstart ein Risiko ist, wie allen Verantwortlichen von NASA, ESA und Arianespace immer wieder betonen, ist er nur der Beginn einer gefährlichen Reise. Webb wird den Lagrange Punkt 2 (L2) umkreisen. Dieser Punkt liegt auf der sonnenabgewandten Seite der Erde. Dort gleichen sich die Schwerkraft von Sonne und Erde aus.

Am 24. Dezember wird Webb mit einer Ariane-5 Rakete vom ESA-Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana aus starten. Wenige Minuten nach dem Launch wird es sich von der Hauptstufe der Rakete lösen und noch etwa 30 Minuten vom Raumfahrzeug angetrieben. Danach löst sich auch diese Starthilfe und Webb muss den restlichen Weg der 1,5 Millionen Kilometer zu L2 allein bestreiten.

Erde an Webb

„Der erste Schritt wird das Ausklappen des Solarpanels sein, damit wir Strom haben. Sonst geht die Reise nicht weiter“, sagt Marc Voyton von der NASA der futurezone bei einem Besuch im Guiana Space Center in Kourou. Er ist für das Optical Telescope Element (OTE) und das Integrated Science Instrument Module (ISMI) verantwortlich und ist der James Webb Launch Site Manager. Das Solarpanel, von dem er spricht, wird bereits 31 Minuten nach dem Launch des Teleskops ausgeklappt.

1,5 Stunden später klappt die Antenne aus, die ein erstes Lebenszeichen an die Erde sendet. Die Kommunikationsantenne wurde übrigens von RUAG Space entwickelt, die ihren Sitz in Wien haben. Ihr Kommunikationssystem wird die Bilder, die Webb aufnimmt, mit der Welt teilen. Zuerst wird aber das ESA Kontrollzentrum in Noordwijk, Niederlande, sicherstellen, dass Webb auf dem richtigen Kurs ist.

Wertvoller Treibstoff

Sobald diese Daten ausgewertet wurden, wird es ein erstes wichtiges Manöver geben. Die erste von 3 angesetzten Mid-Course-Correction-Phasen (MCC) startet ungefähr 12 Stunden nach dem Start. Mithilfe der eingebauten Antriebsraketen wird James Webb auf die richtige Bahn gebracht, denn Ariane-5 kann nicht genau genug arbeiten, um das Teleskop einfach schnurgerade zu L2 zu schicken. Webb wird dann mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 40.200 km/h unterwegs sein. Mit den Antrieben kann man dem Teleskop noch ein bisschen Schub geben, wenn nötig, aber vor allem wird man seinen Kurs anpassen. Dann wird 2 Tage gewartet, ausgewertet und eventuell eine zweite Korrektur vorgenommen.

Dieses Event ist vor allem für die Wissenschaftler*innen wichtig. „Desto weniger Treibstoff wir hier verbrauchen, desto mehr bleibt übrig, um Forschung zu betreiben“, erklärt Voyton. Deshalb ist es wichtig, die Korrektur so früh wie möglich durchzuführen, bestätigt auch Peter Jansen, der ehemalige Webb-Projektmanager der ESA gegenüber der futurezone. „Desto früher wir den Kurs korrigieren, desto effizienter wird der Treibstoff genutzt“.

Sonnenschild spannen

3 Tage nach dem Launch steht der zweite große Nervenkitzel an: Webb beginnt mit dem Ausklappen des Sonnenschilds. Bis es vollständig aufgespannt ist, wird es insgesamt 5 Tage dauern. Zuerst werden die beiden zusammengefalteten Elemente, dann die Schutzmembran gelöst. Anschließend wird das Segel erst links, dann rechts aufgezogen. Hat es seine volle Spannweite erreicht, werden die 5 einzelnen Schichten voneinander getrennt und übereinander gespannt.

Noch nie zuvor hat man im All ein Sonnensegel von der Größe eines Tennisplatzes installiert und egal wie oft man es auf der Erde testet, im All herrschen eigene Gegebenheiten. Der Mechanismus muss funktionieren, denn dort können keine Ingenieur*innen einschreiten. „Auf dem Sonnenschild liegt der größte Fokus dieses Unterfangens. Unsere ganze Planung und unsere Anstrengungen sind dahin geflossen. Natürlich sind auch alle anderen Schritte auf dem Weg entscheidend, aber sie sind viel besser zu kontrollieren als das flexible Sonnenschild. Das ist viel schwieriger zu managen“, erklärt Voyton. 

50 Deployments - jedes Mal ein kleiner Sieg

Das Sonnenschild muss so früh aufgespannt werden, um den Kühlprozess so schnell wie möglich zu beginnen. „Wir brauchen 3 bis 4 Monate, um das Observatorium zu kühlen. Deshalb beginnen wir damit so früh wie möglich“, erklärt Jansen. Ein weitere Grund ist, dass viele Ausklappmechanismen bei Raumtemperatur getestet werden. Desto länger man also wartet, desto eher könnten sie vereisen und festklemmen. Solche unberechenbaren Ereignisse lassen sich verringern, wenn sie so früh wie möglich aktiviert werden.

Anschließend wird der zweite Spiegel in Position gebracht. 12 Tage nach dem Launch klappen die restlichen Elemente des Hauptspiegels auf, bis alle 18 Segmente in die gleiche Richtung zeigen. So fliegt es weiter bis es nach 29 Tagen sein Ziel erreichen sollte: L2.

In dieser Zeit werden laut Jensen insgesamt 50 kleine und große Deployments vorgenommen. „Ich denke, niemand von uns ist erleichtert, bis wir am Ende alles geschafft haben. Jedes Mal, wenn etwas klappt, ist das ein kleiner Sieg“, sagt der Ingenieur.  

Warten auf die Kälte

Am L2 wird die letzte Kurskorrektur vorgenommen. Die Antriebsraketen werden Webb in den korrekten Orbit um L2 leiten. Dann heißt es warten, bis die Instrumente auf -233 Grad abgekühlt sind. Das Team des OTE wird die Zeit nutzen, um das Teleskop auszurichten. Alle 18 Spiegelsegmente können einzeln bewegt werden. Um hier die perfekte Position zu finden, müssen immer wieder Daten empfangen, ausgewertet und die Segmente minimal angepasst werden.

Bis wir also die ersten aufregenden Entdeckungen erwarten können, werden wir uns schätzungsweise 6 Monate gedulden müssen. Gemessen an den 10 Jahren, die Astronom*innen auf den Start des James Webb Weltraumteleskops warten mussten, scheint das aber verkraftbar.

Lest in Teil 1, wie das Teleskop auf den Start vorbereitet wird und welche Bausteine es zum größten unbemannten internationalen Raumfahrtprojekt machen.