Платформа космічного телескопа Джеймса Вебба () — коробка з вуглецевого волокна, в якій розміщені системи космічного телескопа Джеймса Вебба, і яка таким чином є основним опорним елементом телескопа. Платформа містить багато обчислювальних, комунікаційних, рушійних та структурних компонентів. Три інші елементи телескопа — це оптичний телескопічний елемент (OTE), інтегрований модуль наукових інструментів (ISIM) та сонцезахисний екран. Регіон 3 ISIM також знаходиться всередині космічного корабля. Регіон 3 включає підсистему керування та обробки даних ISIM та охолоджувач приладу MIRI, що працює в середньому інфрачервоному діапазоні.
Платформа космічного апарата повинна структурно витримувати 6,5-тонний космічний телескоп, маючи при цьому масу лише 350 кг. Вона виготовлена переважно з композитного матеріалу на основі графіту, була зібрана компанією Northrop Grumman у місті Редондо-Біч, штат Каліфорнія, до 2015 року, після чого її потрібно було інтегрувати з рештою космічного телескопа напередодні запланованого на 2018 рік запуску. Платформа здатна забезпечувати точність наведення в одну кутову секунду та вібрації до двох мілікутових секунд. Точне наведення здійснюється за допомогою дзеркала точного наведення JWST, що позбавляє необхідності фізично переміщувати все дзеркало чи платформу.
Платформа космічного апарата розташована на «теплому» боці, зверненому до Сонця, і працює за температури близько 300 кельвінів (27°C). Усе на зверненому до Сонця боці має бути здатним витримувати теплові умови гало-орбіти JWST, яка має один бік із постійним сонячним світлом, а інший — затінений сонцезахисним екраном космічного апарата.
Іншим важливим аспектом платформи космічного апарата є центральне обладнання для обчислень, зберігання пам'яті та зв'язку. Процесор і програмне забезпечення спрямовують дані до та від приладів, до ядра твердотільної пам'яті та до радіосистеми, яка може надсилати дані назад на Землю й отримувати команди. Комп'ютер також керує наведенням і рухом космічного апарата, приймаючи дані датчиків від гіроскопів і зоряного датчика та надсилаючи необхідні команди на реакційні колеса або маневрові двигуни.
Загальний огляд
Платформа являє собою коробку з вуглеволокна, у якій розміщено велику кількість основних систем, що забезпечують функціонування телескопа, таких як сонячні панелі та комп'ютери. Вона також містить охолоджувач MIRI та деяку електроніку ISIM.
Платформа космічного апарата налічує шість основних підсистем: Підсистема електроживлення Підсистема керування орієнтацією Підсистема зв'язку Підсистема керування командами та даними (C&DH) Процесор командної телеметрії Твердотільний реєстратор (SSR) Двигунна підсистема Підсистема терморегулювання
Платформа космічного апарата має три зоряні датчики (плюс один для резервування), шість реактивних коліс та рушійні системи (паливний бак і маневерові двигуни). Двома основними завданнями є наведення телескопа та виконання корекції орбіти для його метастабільної гало-орбіти в точці L2.
Керування командами та даними (C&DH) Система керування командами та даними містить комп'ютер, процесор командної телеметрії (CTP) та блок зберігання даних — твердотільний реєстратор (SSR) ємністю 58,9 ГБ.
Зв'язок Антена зв'язку, яка може наводитися на Землю, прикріплена до платформи. Здійснюється радіозв'язок у Ka-діапазоні та S-діапазоні. Загальна система команд і телеметрії базується на системі Raytheon ECLIPSE. Система розроблена для зв'язку з Мережею далекого космічного зв'язку НАСА. Головним центром науки та операцій є Науковий інститут космічного телескопа у штаті Меріленд, США.
Ракетні двигуни, керування орієнтацією JWST використовує два типи маневрових двигунів. Ракетні двигуни з вторинним допалюванням (SCAT) використовують гідразин () та окисник тетроксид диазоту (N2O4) як компоненти палива. Існує чотири двигуни SCAT у двох парах. Одна пара використовується для виведення JWST на орбіту, а інша здійснює корекцію орбіти. Також є вісім однокомпонентних ракетних двигунів (MRE-1), так званих тому, що вони використовують лише гідразин як паливо. Вони застосовуються для керування орієнтацією та розвантаження моменту реактивних коліс.
JWST має шість реактивних коліс для керування орієнтацією — це обертові колеса, які дозволяють змінювати орієнтацію без витрати палива для зміни моменту імпульсу.
Нарешті, є два титанові баки з гелієм для забезпечення нерегульованого надлишкового тиску для всіх компонентів палива.
Для виявлення змін напрямку JWST використовує (HRG). Очікується, що HRG є надійнішими за газові гіроскопи, які становили проблему з надійністю на космічному телескопі Габбла. Проте вони не можуть забезпечувати таке ж точне наведення, що подолано завдяки дзеркалу точного наведення JWST.
Терморегулювання Термосистеми на платформі включають розгортавані шторки-радіатори. Їх дві: одна вертикальна (DRSA-V) та одна горизонтальна (DRSA-H), відповідно для вертикального та горизонтального напрямків (відповідно до системи координат платформи космічного апарата). Мембрана, з якої складається DRSA, є покритим каптоном. Іншими тепловими елементами на зовнішній поверхні є невеликий радіатор для акумулятора. Існує також вузька нижня фіксована шторка-радіатор, яка також виготовлена з покритної каптонової мембрани. Покриття мембрани складається з кремнію та VPA. Інші ділянки зовнішньої поверхні вкриті багатошаровою ізоляцією (MLI) JWST.
Підсистема електроживлення (EPS) Підсистема електроживлення забезпечує електроенергією космічний апарат JWST. Вона складається з комплексу сонячних батарей, розділених на 5 сонячних панелей, акумуляторів, що перезаряджаються, регулятора сонячних батарей (SAR), блока керування живленням (PCU) та блока збору телеметрії (TAU).
Сонячні панелі перетворюють сонячне світло безпосередньо на електроенергію. Ця нерегульована енергія надходить до SAR, який складається з чотирьох резервних знижувальних перетворювачів, кожен з яких працює з алгоритмом відстеження точки максимальної потужності (MPPT). Хоча вихідна напруга не регулюється жорстко, знижувальні перетворювачі не дозволяють напрузі головної шини космічного апарата опускатися нижче приблизно 22 вольтів або підійматися вище приблизно 35 вольтів. Якщо всі наукові прилади та допоміжні кола ввімкнені одночасно, приблизно три з чотирьох резервних перетворювачів можуть забезпечити всю необхідну потужність. Зазвичай увімкненими мають бути один або два перетворювачі, тоді як інші два перебувають у режимі активного очікування.
Блок керування живленням (PCU) складається переважно з електронних вимикачів, які вмикають або вимикають кожен науковий прилад чи допоміжний пристрій за командою центрального комп'ютера. Кожен вимикач дозволяє живленню надходити до вибраного приладу від SAR. Зв'язок із центральним комп'ютером здійснюється через шину 1553. Окрім силових вимикачів, у PCU розташовані процесори для алгоритма MPPT блока SAR, а також деякі процесори телеметрії, процесори для виявлення моменту від'єднання космічного апарата від верхнього ступеня ракети-носія та деякі контролери кріоохолоджувачів.
Блок збору телеметрії (TAU) складається з електронних вимикачів для різноманітних обігрівачів «теплих» боків телескопа. Крім того, є вимикачі для розгортальних приводів та більша частина процесорів телеметрії (наприклад, вимірювання температури, електричної потужності, рівня палива тощо). TAU зв'язується з центральним комп'ютером через шину 1553.
Як PCU, так і TAU містять повністю резервні системи, де одна є активною, тоді як інша перебуває в режимі очікування або повністю вимкнена. Акумулятори JWST, що перезаряджаються, є літій-іонного типу. В акумуляторах використовується технологія комірок з твердим вуглецем Sony 18650. Акумулятори розроблені для витримування умов космічного польоту та мають витримувати 18 000 циклів заряду-розряду. Кожна конструкційна опора сонячної панелі виготовлена з вуглецевого композиту зі стільниковою структурою.
Деякі ранні конфігурації платформи мали два крила сонячних панелей — по одному з кожного боку. Частиною розробки програми JWST була можливість «конкуренції» різних варіантів дизайну між собою.
Конструкція Хоча платформа була розроблена переважно для роботи в умовах невагомості відкритого космосу, під час запуску вона повинна витримувати навантаження, еквівалентне 45 тонам. Конструкція витримує навантаження, що у 64 рази перевищує її власну масу.
Платформа космічного апарата з'єднана з оптичним телескопом та сонцезахисним екраном за допомогою розгортаної баштової конструкції (Deployable Tower Assembly)Neil English — Space Telescopes: Capturing the Rays of the Electromagnetic Spectrum — Page 290 (Google Books. Інтерфейс із ракетою-носієм розташований зовні; він має форму конуса і разом із перехідником корисного вантажу передає вагу та сили прискорення на зовнішні стінки ракети-носія.
Конструкція стінок платформи виготовлена з вуглецевого композиту та графітового композиту.
Довжина платформи становить без сонячних батарей. Від одного краю розгорнутого екрана-радіатора до іншого відстань дорівнює ; це включає довжину двох двометрових екранів-радіаторів. «Хвостата» сонячна батарея має довжину , але зазвичай розташована під кутом 20° до сонцезахисного екрана. Батарея розташована перед штангою розгортання сегментів сонцезахисного екрана, на кінці якої також закріплений тримерний закрилок.
Сама конструкція платформи важить .
Після запуск JWST платформа почала розгортатися та висуватися в робочу конфігурацію. План полягав у тому, що протягом першого тижня роботи розгортана вежа висунеться, відокремивши платформу від верхньої частини космічного апарата приблизно на 2 метри.
Випробування Для випробувань розробили програмну симуляцію твердотільного реєстратора, яка підтримує загальне програмне моделювання JWST. Вона називається симулятором твердотільного реєстратора (SSR) в рамках інтегрованого моделювання та випробувань JWST (JIST) і використовувалася для тестування польотного програмного забезпечення із залученням зв'язку за протоколами SpaceWire та MIL-STD-1553, оскільки це стосується SSR. Одноплатний комп'ютер Excalibur 1002 виконував тестове програмне забезпечення. Тестове програмне забезпечення SSR є розширенням програмного забезпечення JIST, яке називається ядром інтегрованого моделювання та випробувань JWST (JIST). JIST об'єднує програмні симуляції апаратного забезпечення JWST із реальним програмним забезпеченням JWST, щоб забезпечити віртуальне тестування. Симульований SSR створили для забезпечення можливості створення програмної тестової версії JWST задля допомоги у перевірці та тестуванні польотного програмного забезпечення телескопа. Іншими словами, замість використання фактичної тестової апаратної версії SSR існує програмна програма, яка імулює роботу SSR і виконується на іншому апаратному забезпеченні.
SSR є частиною підсистеми керування командами та даними.
Виготовлення
Елемент космічного апарата виготовляється компанією Northrop Grumman Aerospace Systems. Інтеграцію сонцезахисного екрана та платформи планували здійснити у 2017 році.
У 2014 році Northrop Grumman розпочала виготовлення кількох компонентів платформи космічного апарата, зокрема гіроскопів, паливних баків та сонячних панелей. 25 травня 2016 року інтеграцію панелей космічного апарата було завершено. Загальну конструкцію платформи космічного апарата завершили до жовтня 2015 року. Збирання платформи космічного апарата здійснювалося на підприємствах у Редондо-Біч, штат Каліфорнія, у Сполучених Штатах. Зібрану платформу космічного апарата вперше увімкнули на початку 2016 року.
Сонячні батареї пройшли попередню перевірку проєкту у 2012 році, перейшовши до фази детального проєктування. Баки для палива та окисника відправили на збирання у вересні 2015 року.
У 2015 році для збирання доставили підсистеми зв'язку, зоряні датчики, реактивні колеса, прецизійні , блок електроніки розгортання, процесори командної телеметрії та кабельні джгути.