Da braucht es bei der Brennweite schon ein ruhiges Händchen, das Ding exakt auszurichten
Die Belichtung erfolgt freihand, also ohne Stativ
Ein Teleskop im Weltraum muss mit einer Genauigkeit von unter einer Bogensekunde ausgerichtet werden.
Eine Bogensekunde entspricht grob den Winkel zwischen Kopf und Fuß eines Mannes der auf dem Nordpol vom Mond steht.
Sensoren:
Die Lage eines Satelliten im All wird durch Star-tracker durchgeführt.
Das sind kleine Kameras, typische 4 Stück, die in unterschiedliche Richtungen in den Weltraum schauen.
Auf den Bildern wird von einem Rechner nach signifikantn Sternkonstellationn gesucht.
Daraus wird dann die Orientierung des Teleskops bestimmt.
Ein weiteres Hilfsmittel ist ein Gyro. Mit dem werden die Drehraten gemessen und erkannt, ob sich das Teleskop lagsam wegdreht.
Ein Gyro waren früher mechanische Kreisel. Heute sind sie es Glasfaserwickel.
Zwei Wickel sind gegenläufig aufgebaut.
In beide Wickel wird ein Lichtpuls geschickt.
Der Lichtpuls, der sich mit der Drehrichtung läuft st schneller, als der Lichtpuls gegen die Drehrichtung.
Der zeitliche Abstand, wir reden hier von pikosekunden bestimmt die Drehrate.
Aktuatoren:
Um das Teleskop im auszurichten braucht es Aktuatoren.
Dafür werden Reaktionsräder verwendet.
Ein Satz besteht in der Regel aus 4 Rädern in Tetraederkoniguration.
Damit kann der Ausfall eines Rades toleriert werden.
Reaktionsräder sind Schwungmassen mit einem Elektromotor.
Das Beschleunigen eines Rades erzeugt ein Gegenmoment auf einen Satelliten.
Damit beginnt sicher der Satellit zu drehen.
Durch weitere Beschleunigung dreht er sich immer schneller.
Bleibt die Drehzahl konstant, dreht sich der Satellit gleichmäßig weiter.
Durch Abbremesen des Rades wird der Satellit wieder angehalten.
Die Reaktionsräder haben aber den Nachteil, dass sie bewegliche Komponenten haben.
Ein Rad hat immer eine Unwucht.
Sie lassen sich für eine Drehzahl sehr gut auswuchten, aber die Unwucht ist drehzahlabhängig, da sich die Schwungmasse über die Drehzahl verformt.
Die Unwucht der Schwungmasse überträgt sich über Kugellager auf das Teleskop.
Mit einem fünfchsig aktiv geregelten Magnetlager kann das umgangen werden, aber dafür war man beim James Webb nicht mutig genug.
Oft werden dann Dämpfer eingesetzt, um die Vibrationen zu reduzieren.
Es kann sein, das bei James Webb zwei Satz Räder verbaut wurden.
Mit einem Satz großer Räder wird das Teleskop im All grob ausgerichtet.
In der stabilen Lage, beim Knipsen, stehen die Räder still, also keine Vibration. (Start-Stop-Räder).
Zur Feinausrichtung werden dannn kleinere Räder eingesetzt, die beim Bilderknipsen durchlaufen müssen.
Sie werden auch benötigt, um Störmomente von außen auszugelichen.
Auch im Weltraum gibt es Störungen.
Das größte Problem ist der Sonnenwind.
James Webb hat große Sonnensegel um das Teleskop vor ungleichmäßiger und zu starke Erwärmung auf der Sonnenseite zu schützen.
Die Sonne schikt aber auch einen beständigen Strom von Partikeln aus, den Sonnenwind.
Die Treffen aus das Teleskop und erzeugen ein Störmoment, das ständig ausgeglichen werden muss.
Ein weiterer Störmoment ist Magnetismus.
Das Magnetfeld der Erde nimt mit dem Abstand deutlich ab und ein Satellit wird mit möglicht nichtmagnetischen Materialien gebaut.
Trotzdem bleibt ein letzter Teil Restmagnetismus der auf den Satelliten wirkt.
Die Störmomente werden dann durch die Räder ausgegelichen.
Erreicht ein Rad seine Maximaldrehzahl und kann nicht weiter beschleunigt werden,
muss die Bildaktivität unterbrochen werden.
Dann wird das Rad entsättigt, indem es massiv abgebremst wird und gleichzeitig mit Steuerdüsen (Thrustern) das Moment kompensiert wird.
Die Orientierung im All kann auch durch Thruster alleine erfolgen.
Aber die Thruster sind in der Regel nicht fein genug dosierbar um kleinste Momente zu erzeugen.
Die Thruster benötigen Treibstoff (Hydrazin), dessen Menge endlich ist.
Eine weitere Möglichkeit ist "Cold Gas".
Gas aus einem Drucktank wird über Ventile in den Weiltraum entlassen.
Der Rückstoß erzeugt Momente. Die Ventile sind fein dosierbar.
Vibrationen werden keine erzeugt.
Aber der Gasvorrat ist endlich.
Ich vemute, dass James Webb diese Technik nicht nutzt.
Eine weiter Quelle für Vibrationen sind die Cryo-Pumpen.
Ein Detektor (Bildsensor) wird mit 7K betrieben.
Jetzt könnt Ihr Euer eigenes Weltraumteleskop bauen.
18x 6-eckige Spiegel mit 4 mm Spalt, dazu die Arme des Sekundärspiegels, da darf sich das Licht schon mal ein bisschen beugen. Ideal wäre natürlich ein Super-Apochromat mit Quarzlinsen (wg. IR-Spektrum) im Durchmesser von gut 6 Metern. Leider hat es dafür noch nicht die Fertigungsmöglichkeiten oder eine Rakete, so ein Trumm vom Boden zu bekommen.
Verglichen mit den bislang gewonnenen High-End-Bildern des Hubble sind wir hier einen gewaltigen Schritt weiter, die kommenden Jahre werden spannend!