ساعدت الروبوتات في بناء تلسكوب «جيمس ويب» — فقد شاركت في وضع قطع المرآة
في يناير 2022، بدأ التلسكوب الفضائي التابع لناسا «جيمس ويب» الاستعداد لعملية محاذاة استمرت ثلاثة أشهر لـ18 قطعة مرآة سداسية الشكل يتكون منها مرآة التلسكوب. تبدأ العملية بتحريك كل قطعة إلى الأعلى بمقدار 12.5 ملم فقط. بدأ
تلسكوب «جيمس ويب» الفضائي هو أكبر تلسكوب أُطلق على الإطلاق إلى الفضاء. وعند نشر جميع قطع المرآة، يبلغ حجمه حجم ملعب تنس.
«أولاً، أعطى المهندسون أمراً للمحركات التنفيذية، وعددها 126 جهازاً تحرك قطع المرآة الرئيسية وتشكّلها، وستة أجهزة تحدد موضع المرآة الثانوية، للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح بعد الإطلاق. كما أصدر الفريق أمراً للمحركات التنفيذية التي توجه مرآة التوجيه الدقيقة لتلسكوب ويب لإجراء حركات طفيفة، للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح. تُعد مرآة التوجيه الدقيقة بالغة الأهمية لعملية تثبيت الصورة»، هكذا صرحت ناسا.
بدأت أوامر المحطات الأرضية توجيه قطع المرآة الرئيسية والمرآة الثانوية لتتحرك من وضعها المطوي المخصص للإطلاق، بعد أن كانت مثبتة بإحكام بواسطة مخمدات تمنعها من الاهتزاز. ستستغرق هذه الحركات ما لا يقل عن عشرة أيام، وبعدها يتمكن المهندسون من بدء عملية المحاذاة التي تستغرق ثلاثة أشهر، ليعمل الجميع كمرآة واحدة.
كان على مهندسي ناسا وضع كل قطعة سداسية بدقة متناهية. ولتحقيق ذلك، استخدموا ذراعاً روبوتية تستطيع التحرك في ستة اتجاهات. كانت الذراع يتحكم فيها جهاز هيكساپود خاص صنعته شركة PI USA. وقد وُضع الهيكساپود في طرف المعالج لضمان وضع كل جزء في مكانه الصحيح.
«ولكي تعمل مجموعة قطع المرآة كمرآة واحدة، يجب أن تُوضع على بعد بضعة ملليمترات من بعضها البعض، بدقة تصل إلى جزء من الملليمتر. لا يستطيع المشغل البشري وضع المرايا بهذه الدقة، لذلك طورنا نظاماً روبوتياً للتجميع»
تطلب وضع القطع عمل فريقين من المهندسين في وقت واحد. كانت المهمة الأولى مخصصة للتحكم في الذراع والمناورة حول هيكل التلسكوب.
«للوصول إلى ذلك، يتطلب الأمر بعض الصبر، فمحركات المرايا التي يتحكم فيها الكمبيوتر مصممة لحركات دقيقة للغاية تُقاس بالنانومتر. يمكن تحريك كل مرآة بدقة مذهلة، مع ضبط يصل إلى 10 نانومترات فقط (أي نحو 1/10,000 من عرض شعرة الإنسان). نحن الآن نستخدم المحركات نفسها بدلاً من التحرك لمسافة سنتيمتر. وبالتالي، فإن عمليات النشر الأولية هذه هي بلا شك أكبر حركات لمحركات مرايا ويب التي نفذت على الإطلاق في الفضاء»
عمل فريق آخر على القياسات باستخدام الليزر، عندما وُضعت القطع وثُبتت بالمسامير ومُلصقت.
«بدلاً من شريط القياس، يُستخدم الليزر لقياس المسافات بدقة عالية جداً. استناداً إلى هذه القياسات، يُستخدم نظام إحداثيات لوضع كل قطعة من قطع المرآة الرئيسية. يستطيع المهندسون تحريك المرآة إلى موضعها الدقيق على هيكل التلسكوب بدقة تصل إلى سماكة ورقة من الورق»
أُطلق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في ديسمبر 2021. وهو مصمم للبقاء في الفضاء لمدة لا تقل عن خمس سنوات ونصف. ومع ذلك، تأمل ناسا في المثالية أن يعمل التلسكوب لمدة 10 سنوات.
بُني التلسكوب وسيتوسع اعتماداً على عمل تلسكوب هابل الفضائي. وسيدور حول الأرض على بعد نحو مليون ميل، لرصد بعض أولى المجرات التي تشكلت في الكون.
«يصمم نظام التحكم في المرايا لتشغيل محرك واحد فقط في آن واحد. وهذه الطريقة أبسط (من حيث تعقيد الإلكترونيات المتحكمة)، وأكثر أماناً (لأن أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاستشعار يمكنها مراقبة عمل كل محرك على حدة بعناية). كذلك، للحد من كمية الحرارة الواصلة من محركات التشغيل إلى مرايا التلسكوب شديدة البرودة، لا يمكن لكل محرك أن يعمل إلا لفترة قصيرة. وبذلك، تُقسَّم حركات الـ12.5 ملم الكبيرة لكل قطعة إلى سلسلة من الحركات القصيرة التي تحدث واحدة تلو الأخرى. ستدير السيناريوهات المرسلة من مركز عمليات المهمة هذه العملية تحت إشراف بشري، بتحريك محرك واحد ببطء وثبات في كل مرة، بالتناوب بين القطع. وبالسرعة الكاملة، يستغرق الأمر نحو يوم كامل لتحريك جميع القطع مسافة 1 ملم فقط. وهذه تقريباً السرعة نفسها التي ينمو بها العشب!»
وبحسب قولها، قد لا تكون هذه المرحلة الأكثر إثارة في تشغيل التلسكوب، لكن هذا أمر طبيعي. لا يمكن التسرع. وفي الأيام التي تتحرك فيها المرايا ببطء، تواصل أيضاً التبرد ببطء، مطلقةً حرارتها في برودة الفضاء.
تبرد الأدوات تدريجياً وبطريقة مضبوطة بعناية، ويواصل التلسكوب تحركه بسلاسة نحو النقطة L2. ببطء وثبات، إذ تقرب كل هذه العمليات التدريجية العلماء كل يوم خطوة من الهدف النهائي، وهو محاذاة المرآة.
