So wird das James-Webb-Teleskop auf den Start vorbereitet

Im Beobachtungsraum des Payload Preparation Complex auf dem Weltraumbahnhof der ESA in Kourou, Französisch-Guayana, blickt Mark McCaughean, ESA Senior Advisor for Science & Exploration, auf das fertiggestellte  James Webb Space Teleskop (JWST). Es steht bereits zusammengefaltet wie ein riesiges, teures Origami mit glitzernder Folie und goldenen Spiegeln im "Clean Room", bereit für den Abflug. Die futurezone konnte sich das neue Weltraumteleskop dort ein letztes Mal ansehen, bevor es die Erde für immer verlassen wird.

„Wir haben so eine lange Zeit gewartet und jetzt ist alles hier, was wir uns erdacht und was so viele Ingenieure designt haben“, sagt er der futurezone mit Begeisterung in der Stimme, während wir durch das Fenster auf das riesige Teleskop blicken.

Der Weg hierher war lang und beschwerlich. 25 Jahre dauerte es von der Idee bis zum Launch. 1996 begann die Arbeit an Hubbles Nachfolger, 6 Jahre nachdem das beliebte Weltraumteleskop im Erdorbit seine Arbeit aufgenommen hatte. McCaughean ist seit 1998 an der Entwicklung des Teleskops beteiligt. Damals trat er der Webb Science Working Group (SWG) bei, welche die Anforderungen und Forschungsfragen für die Entwicklung des neuen JWST formulierte. Seither wartet er darauf, seine Arbeit mit den Daten des Teleskops aufzunehmen.

Das Teleskop ist eine Zusammenarbeit der NASA, ESA (mit 22 Mitgliedsstaaten) und der Canadian Space Agency (CSA). In Europa haben 14 Staaten aktiv am Bau mitgewirkt, darunter auch Österreich, hauptsächlich aber Großbritannien, Frankreich und Deutschland. Der ursprüngliche Start war für 2011 geplant, dann 2014, 2018, 2019, 2020 und nun soll er am 24. Dezember 2021 tatsächlich durchgeführt werden.

Die Rakete Ariane-5 von Arianespace wird den Launch am Weltraumbahnhof in Kourou für die ESA durchführen. Die Entwicklungskosten des Projekts werden auf 10 Milliarden US-Dollar (8,82 Mrd. Euro) geschätzt. Für den Beitrag, den die ESA anteilig leistet (und damit europäische Steuergelder) erhält sie mindestens 15 Prozent Beobachtungszeit mit dem James Webb Space Teleskop. Ursprünglich wurden hier 300 Millionen Euro angesetzt.

Riesiger Sonnenschutz

Das JWST besteht aus drei Bausteinen: der Versorgungseinheit "Spacebus", dem Optical Telescope Element (OTE) mit einer Brennweite von 131,4 Metern (Hubble hat 57,6 m) und dem Integrated Science Instrument Module (ISMI), das alle 4 wissenschaftlichen Instrumente beherbergt. 

Der Hauptspiegel ist 6,5 Meter groß (zum Vergleich: Hubbles Spiegel ist 2,4 Meter groß). Er besteht aus 18 beweglichen sechseckigen Teilen aus vergoldetem Beryllium. Um das Teleskop im All auf -233 Grad herunterzukühlen, wird sich ein 21,2 x 14,2 Meter großes Sonnenschild entfalten. Die sonnenzugewandte Seite mit der Versorgungseinheit wird sich auf 85 Grad aufheizen. Es besteht aus 5 Lagen und sieht aus wie Alufolie, ist aber tatsächlich aus dem Polyimid Kapton, das mit Aluminium und dotiertem Silizium beschichtet wurde.

Technik aus Österreich

Die ESA steuert 2 Instrumente bei: MIRI (Mid Infrared Instrument) und NIRSpec (Near Infrared Spectograph). MIRI entstand in Zusammenarbeit mit NASAs Jet Propulsion Laboratory, dem Goddard Space Flight Center und dem Astronomy Center in Edinburgh, Schottland. Es soll weit entfernte Objekte im mittleren Infrarotbereich beobachten.

NIRSpec, der Nahinfrarot-Spektrograph, soll die chemische Zusammensetzung, Temperatur und Masse von Objekten bestimmen. Es kann die Spektren von bis zu 200 Objekten gleichzeitig aufnehmen und wurde in Deutschland gebaut – unter anderem mit Unterstützung von RUAG Austria, die ihren Sitz in Wien haben. Sie steuerten auch Technologie für MIRI und die Kommunikationsantennen zu.

Die NASA baute noch 2 weitere Instrumente: NIRCam (Nahinfrarotkamera) und NIRISS (Nahinfrarotkamera und Spaltloser Spektrograph). NIRCam wird das Licht von ersten Sternen und Galaxien einfangen und NIRISS kann die Moleküle in der Atmosphäre von Exoplaneten analysieren.

Rütteln, falten, verschiffen

All diese Teile wurden im Goddard Space Flight Center in Maryland ausgiebigen Stresstests unterzogen. Im Labor kühlte man sie etwa auf die eiskalte Temperatur herunter, die sie auch im All aushalten müssen. Danach ging es in den Space Park von Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornien. Dort wurde es den Environmental Tests unterzogen – also akustischen Tests sowie Rütteln und Schütteln. Damit soll der Launch simuliert werden, um sicherzugehen, dass beim Start alles an seinem Platz bleibt und keinen Schaden nimmt.

Schließlich wurde es zusammengefaltet und nach Los Angeles gebracht. Dort wurde das neue Teleskop auf das Schiff MN Colibri verladen und an den Hafen von Pariacabo in Französisch-Guayana gebracht. Wie Klaus Sell, Launch Operation Manager der Ariane-5 erklärt, ist auch das nicht einfach: „Der Hafen hat wenig Tiefgang, deshalb müssen dort spezielle Boote verwendet werden, sonst setzen sie auf“, erklärt er. Zwar bezieht sich das auf den Transport der Ariane-Rakete, die Voraussetzungen sind aber gleich. Sowohl die MN Colibri als auch ihr Schwesterschiff MS Toucan wurden eigens dafür konstruiert, Ariane-5-Teile über den Atlantik und durch den seichten Kourou Fluss zu bringen.

Sauber und sicher

„Das ist ein großer Moment. Wir haben den Transport mit dem Schiff von Los Angeles durch den Panama-Kanal geschafft. Wir sind jetzt bereit,“ sagt auch der ehemalige Webb-Projektmanager der ESA, Peter Jensen, der futurezone während er auf das Teleskop im „Clean Room“ blickt. Der Name ist beim Clean Room Programm, denn hier wird permanent geputzt und desinfiziert. Außerdem werden regelmäßig Detailaufnahmen gemacht, um mögliche Veränderungen zu identifizieren und Fehler zu vermeiden.

Inzwischen wurde Webb auch betankt. Die Sonde verfügt zwar über Solarmodule, um seinen Einsatzort zu erreichen und dort auch für die kommenden 10 Jahre zu bleiben, braucht es aber Treibstoff. 2 Thrusterpaare für die regelmäßige Bahnkorrektur werden mit Hydrazin (einer Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff) und Distickstofftetroxid betrieben. Die „Mono-propellent Rocket Engines" (MRE-1) verwenden nur Hydrazin.

Dieser Treibstoff ist wertvoll, denn er entscheidet darüber, wie lange das Teleskop betrieben werden kann. Ist der Tank leer, muss Webb in den Ruhestand geschickt werden – zumindest nach aktuellem Stand. (Wieso sich schon kurz nach dem Start zeigen kann, ob der Tank so lange reicht, lest ihr morgen in Teil 2.)

6,5 Tonnen Technik

Zusammengeklappt ragt Webb 10,66 Meter in die Höhe bei einer Breite von 4,5 Metern. Nun wartet es darauf, verpackt zu werden. Jeder winzige Fehler – wie das ungeplante Lösen eines Spanngurts, das eine Vibration auslöst – kann zu einer Startverzögerung führen. Nach 10 Jahren Wartezeit kommt es den Verantwortlichen nicht auf wenige Tage mehr oder weniger an. Sie gehen lieber sicher, dass keine Unbekannten im Projekt auftauchen, als kurz vor der Ziellinie in Hektik zu verfallen.

Webb bringt 6,5 Tonnen auf die Waage, die es bald ins All zu bringen gilt. 7 Tage vor dem Start wird das Teleskop auf die Hauptstufe der Ariane-5 gesetzt und verpackt. Einen Tag vor dem Launch rollt das teuerste und größte unbemannte internationale Weltraumprojekt aller Zeiten zur Startrampe. „Das war viel harte Arbeit, in meinem Fall seit 2003. Der Start ist natürlich ein Höhepunkt, ein großer Moment“, sagt Peter Jensen. Bis das James Webb Teleskop nach dem Start aber endlich seine Arbeit aufnehmen kann, muss es eine gefährliche Reise auf sich nehmen.

Wie das James Webb Teleskop an seinen Einsatzort kommt, lest ihr morgen in Teil 2.