James Webb Space Telescope is een test van duurzame IT

De James Webb Space Telescope (JWST) moet verder gaan waar de Hubble-telescoop het laat afweten, zowel in levensduur als mogelijkheden om te speuren naar het ontstaan van het heelal.

De Hubble Space Telescope werd in 1990 gelanceerd en is mogelijk nog wel actief tot 2030. Maar er waren al vijf Space Shuttle-missies nodig om problemen aan de kunstmaan te repareren. Bij de James Webb Space Telescope is zulk onderhoud vanwege de afstand van een miljoen kilometer van de aarde domweg niet mogelijk.

Ruimtevaartorganisatie NASA heeft in de jaren voorafgaand aan de lancering van de JWST daarom extra aandacht besteed aan de robuustheid van hard- en software van het wetenschappelijk instrument. Want het functioneren is volledig afhankelijk van geavanceerde kunstmatige intelligentie en precisieaansturing. Zo is het richten van de spiegelelementen het resultaat van een delicaat beeldherkenningsproces.

De spiegel bestaat uit 18 elementen die perfect op elkaar moeten zijn afgestemd. Van elk kan met een techniek genaamd Wavefront Sensing and Control (WFSC) heel precies de positie worden bepaald en aangepast. Een onderdeel van dat proces is het nemen van foto's van een ster op een element en met in totaal 9 beeldherkenningsalgoritmen de benodigde aanpassingen berekenen aan de positie van de elementen . Die algoritmen zijn uitgebreid getest met behulp van simulatie-experimenten en laboratoriumopstellingen van onderdelen van de gehele spiegel. 

Extreme koude

Om de analoge signalen van de nabij-infraroodsensoren te digitaliseren zijn speciale low-noise cryogene ASICs (application specific integrated circuits) ontwikkeld. Daarvoor werden geavanceerde technieken ingezet om het weglekken van energie tot een minimum te beperken en een 16 bits analog-to-digital-converter te maken met een ruis die vergelijkbaar is met die van elektronica die op kamertemperatuur werkt. En die ASICs moeten ook nog bij een hoge stralingsomgeving tientallen jaren goed blijven presteren bij een temperatuur van 50 Kelvin (-223 gr Celsius).

Die lage temperatuur in de actieve fase vormde een extra uitdaging. Het ontwerp van de onderdelen maakt dat ze bij hogere temperaturen snel stuk gaan. Veel van het experimenteerwerk en de lancering moest plaatsvinden onder cryogene omstandigheden. 

Ook al vindt het uitvouwen van alle onderdelen van de telescoop de komende twee weken zonder problemen plaats, dan is daarna de spanning nog allerminst geweken. Pas 29 dagen na de lancering komt de telescoop in zijn uiteindelijke positie. Dan volgen nog maanden van testen van alle instrumenten. Pas komende zomer moet duidelijk zijn of alle systemen zo werken dat met de eerste wetenschappelijke experimenten kan worden begonnen.