stringtranslate.com

Солнцезащитный козырек космического телескопа Джеймса Уэбба

Иллюстрация развернутой «горячей» стороны космического телескопа Джеймса Уэбба с солнцезащитным козырьком, защищающим основную оптику от солнечного света.

Солнцезащитный экран космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) представляет собой пассивную систему терморегулирования , развернутую после запуска для защиты телескопа и приборов от света и тепла Солнца , Земли и Луны . Поддерживая телескоп и инструменты в постоянной тени, они могут охладиться до расчетной температуры 40 кельвинов (-233 ° C; -388 ° F). Его сложное развертывание было успешно завершено 4 января 2022 года, через десять дней после запуска, когда он находился на расстоянии более 0,8 миллиона километров (500 000 миль) от Земли. [1] [2]

Солнцезащитный козырек JWST имеет размеры примерно 21 × 14 м (69 × 46 футов), что примерно соответствует размеру теннисного корта, и слишком велик, чтобы поместиться в любую существующую ракету. Поэтому его сложили, чтобы он поместился в обтекателе ракеты-носителя, и развернули после запуска, развернув пять слоев пластика с металлическим покрытием. Первый слой самый большой, и каждый последующий слой уменьшается в размерах. Каждый слой состоит из тонкой (50 микрон первый слой, 25 микрон остальные) каптоновой мембраны, покрытой алюминием для отражательной способности. Внешние слои, обращенные к Солнцу, имеют покрытие из легированного кремния, которое придает ему фиолетовый цвет, повышает прочность экрана и помогает ему отражать тепло. [3] Толщина алюминиевого покрытия составляет примерно 100 нанометров, а кремниевого покрытия еще тоньше – примерно 50 нанометров. [4] Сегмент солнцезащитного козырька включает в себя слои и механизмы его раскрытия, а также декоративную створку. [5] [6]

Обзор

На этом взгляде художника стилизованное изображение ориентации телескопа показывает, как солнцезащитный козырек не позволяет солнечному свету нагревать главное зеркало. (не в масштабе)

Чтобы проводить наблюдения в ближнем и среднем инфракрасном спектре, JWST должен храниться в очень холодном состоянии (ниже 40 К (-233 ° C; -388 ° F)), иначе инфракрасное излучение самого телескопа перегрузит его инструменты. Поэтому он использует большой солнечный экран , чтобы блокировать свет и тепло от Солнца, Земли и Луны, а его положение рядом с точкой Лагранжа Солнце-Земля L 2 удерживает все три тела всегда на одной и той же стороне космического корабля. [7] Его гало-орбита вокруг L 2 позволяет избежать тени Земли и Луны, поддерживая постоянную среду для солнечного экрана и солнечных батарей. [8]

Инфракрасное излучение – это тепловое излучение. Чтобы увидеть слабое свечение инфракрасного тепла от далеких звезд и галактик, телескоп должен быть очень холодным. Если солнечный свет или теплое сияние Земли нагреют телескоп, инфракрасный свет, излучаемый телескопом, затмит цели, и он ничего не сможет увидеть.

-  Заместитель старшего научного сотрудника НАСА по телескопу Уэбб в Годдарде, 2008 г. [9]
Разница температур между горячей и холодной сторонами пятислойного солнцезащитного экрана космического телескопа Джеймса Уэбба.

Солнцезащитный козырек действует как большой зонтик , позволяя главному зеркалу, оптике и инструментам пассивно охлаждаться до 40 К (-233 °C; -388 °F) или ниже [6] и является одной из технологий, которые позволят JWST действовать. [10] Размер солнцезащитного козырька в форме воздушного змея составляет примерно 21 на 14 метров (69 на 46 футов), [11] он достаточно велик, чтобы затенять главное зеркало и вторичное зеркало, оставляя только один прибор — MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона). , нуждающийся в дополнительном охлаждении. [6] Солнцезащитный козырек действует как радиатор с V-образной канавкой и вызывает падение температуры на 318 K (318 °C, 604 °F) [12] спереди назад. [11] В процессе эксплуатации щит получит около 200 киловатт солнечной радиации, но пропустит на другую сторону только 23 милливатт. [13] [11]

Солнцезащитный козырек имеет пять слоев для уменьшения теплопроводности. [6] Эти слои изготовлены из полиимидной пленки Kapton E , которая устойчива при температуре от -269 до 400 °C (от -450 до 750 °F). [3] [6] Однако тонкие пленки хрупкие: случайные разрывы во время испытаний в 2018 году были одними из факторов задержки проекта JWST, [14] а каптон, как известно, разлагается после длительного воздействия земных условий. [15] Толщина обращенного к солнцу слоя составляет 0,05 мм (0,002 дюйма), а толщина остальных слоев — 0,025 мм (0,001 дюйма). [3] Все слои с обеих сторон покрыты 100 нм алюминия , а обращенные к Солнцу стороны двух крайних слоев также покрыты 50 нм кремния , « легированного » другими элементами. [6] [3] Это помогает материалу выживать в космосе, излучать избыточное тепло и проводить электричество, поэтому на слоях не накапливается статический заряд . [6]

Испытательная единица солнцезащитного козырька уложена и расширена на заводе Northrop Grumman в Калифорнии, 2014 г.

Каждый слой имеет немного разную форму и размер. [6] Слой 5 находится ближе всего к главному зеркалу и является самым маленьким. Слой 1 находится ближе всего к Солнцу, он больше и более плоский. [6] Первый слой блокирует 90% тепла, а каждый последующий слой блокирует больше тепла, которое отражается по сторонам. [6] [16] Солнцезащитный козырек позволяет оптике оставаться в тени при углах тангажа от +5° до −45° и углах крена от +5° до −5°. [10] Слои изготовлены с использованием точечной термосклеивания (TSB), с сетчатым рисунком, прикрепленным к каждому слою через определенные промежутки времени. [6] Это помогает предотвратить увеличение размера разрыва или отверстия в случае его возникновения. [6]

Проектирование и производство

Купоны тестовой ткани Sunshield проходят испытания на предмет ее эффективности, 2012 г.

Компания Northrop Grumman разработала солнцезащитный козырек для НАСА. [17] Солнцезащитный козырек можно сложить двенадцать раз, чтобы он мог поместиться в кожухе ракеты Ariane 5 диаметром 4,57 м (15,0 футов) и кожухом 16,19 м (53,1 фута). При развертывании в точке L2 он развернулся до 21,197 × 14,162 м (69,54 × 46,46 футов). Солнцезащитный козырек был собран вручную на предприятии ManTech (NeXolve) в Хантсвилле, штат Алабама, а затем доставлен в компанию Northrop Grumman в Редондо-Бич, штат Калифорния, для испытаний. [18] Во время запуска он был обернут вокруг элемента оптического телескопа , а затем развернулся. [11] Солнцезащитный козырек планировалось развернуть примерно через неделю после запуска. [19] В ходе разработки материал солнцезащитного слоя подвергался воздействию тепла, холода, радиации и высокоскоростных микроударов. [9]

В состав солнцезащитного козырька входят: [20]

Узел блокировки запуска сошек — это место, где сегмент солнцезащитного козырька соединялся с OTE, когда он был сложен во время запуска. [20] Есть шесть распорок, которые расширяются, чтобы разделить слои солнцезащитного козырька, который имеет примерно шесть сторон. [20]

Триммерный закрылок/триммер по импульсу

Диаграмма ограничений броска и их влияние на наведение

Сегмент солнцезащитного козырька также включает в себя декоративную створку на конце стрелы раскрытия солнцезащитного козырька. [5] Это также называется триммером импульса. [20] Триммер помогает сбалансировать солнечное давление , вызванное попаданием фотонов на солнцезащитный козырек. Если это давление неравномерно, космический корабль будет стремиться вращаться, что потребует от его реактивных колес (расположенных в шине космического корабля ) корректировки и поддержания ориентации JWST в пространстве. Реактивные колеса, в свою очередь, в конечном итоге насыщаются, и для их обесцвечивания потребуется топливо, что потенциально ограничивает срок службы космического корабля. Триммер, помогая поддерживать баланс давления и, следовательно, ограничивая расход топлива, продлевает срок службы телескопа. [5] [20] [21] [22]

Слои

Пять слоев солнцезащитного экрана JWST проходят испытания в 2013 году.

Слои устроены таким образом, что Солнце, Земля и Луна освещают почти исключительно первый слой, иногда небольшую часть второго слоя, а с другой стороны, что элементы телескопа видят только пятый слой, а иногда и небольшую часть четвертого слоя. [20] Разделение слоев в космическом вакууме предотвращает передачу тепла за счет проводимости и способствует излучению тепла в сторону. [23] Легирование материала кремнием приводит к фиолетовому оттенку. [23]

Развертывание

Анимационная последовательность развертывания солнцезащитного козырька. Чтобы увидеть, как развертывание солнцезащитного экрана вписывается в всю последовательность развертываний на космическом корабле, посмотрите эту анимацию .

Компонент солнцезащитного экрана прикрепляется к основному космическому кораблю, и его стрелы расширяются наружу, расширяя тепловой экран и разделяя слои. [24] Во время запуска щит складывается; позже, когда он оказывается в космосе, его осторожно разворачивают. [24] Когда солнцезащитный козырек полностью раскрыт, его ширина составляет 14,6 метра (48 футов), а длина — 21,1 метра (69 футов). [20] Когда слои полностью открыты, они открываются шире по краям, что помогает отражать тепло. [20]

Структура/устройства развертывания солнцезащитного экрана включают в себя: [23]

Внутри телескопических стрел имеются два устройства развертывания штока. [23] Это специальные электродвигатели, которые при работе выдвигают телескопическую стрелу, выдвигая сложенный солнцезащитный козырек. [23] Телескопические стрелы называются MBA, или узлами средней стрелы. [20] В конце каждого MBA находится распорка.

После успешного запуска 25 декабря 2021 года с Гвианского космического центра послестартовое развертывание солнцезащитного экрана JWST происходило следующим образом.

31 декабря 2021 года наземная группа Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, начала развертывание двух телескопических «средних стрел» с левой и правой сторон обсерватории, вытащив пять солнцезащитных мембран из сложенных укладка на носовом и кормовом поддонах, которые были спущены тремя днями ранее. [25] Развертывание левой боковой стрелы (по отношению к направлению наведения главного зеркала) было отложено, поскольку центр управления полетом первоначально не получил подтверждения о том, что солнцезащитный козырек полностью свернут. Изучив дополнительные данные для подтверждения, команда приступила к удлинению стрел. [26] Левая сторона была развернута через 3 часа 19 минут; правая сторона заняла 3 часа 42 минуты. [26] [25] С этим шагом солнцезащитный козырек Уэбба стал напоминать свою полную форму в форме воздушного змея и расширился до полной ширины 47 футов. Последовали команды на отделение и натяжение мембран. [25]

После новогоднего отпуска наземная группа отложила натяжение солнцезащитного козырька на один день, чтобы дать время оптимизировать выходную мощность массива солнечных панелей обсерватории и отрегулировать ориентацию обсерватории, чтобы охладить немного более горячий, чем ожидалось, солнцезащитный козырек. двигатели развертывания. [27] Натяжение первого слоя, ближайшего к Солнцу и самого большого из пяти в солнечном щите, началось 3 января 2022 года и завершилось в 15:48  по тихоокеанскому времени. СТАНДАРТНОЕ ВОСТОЧНОЕ ВРЕМЯ. [28] Натяжение второго и третьего слоев началось в 16:09  . EST и заняло 2 часа 25 минут. [29] 4 января 2022 года диспетчеры успешно натянули последние два слоя, четвертый и пятый, завершив задачу по развертыванию солнцезащитного экрана JWST в 11:59  по восточному стандартному времени. [30]

График

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab «Sunshield успешно развернут на следующем флагманском телескопе НАСА» . НАСА . 4 января 2022 г. . Проверено 4 января 2022 г.
  2. ↑ Данн, Марсия (5 января 2022 г.). «НАСА выполняет сложнейшую работу над недавно запущенным космическим телескопом» . Торонто Стар . Проверено 5 января 2022 г.
  3. ^ abcd «Солнцезащитные мембранные покрытия». Космический телескоп Джеймса Уэбба . НАСА . Проверено 27 декабря 2021 г.
  4. ^ "Солнечный щит Уэбб / НАСА". webb.nasa.gov . Проверено 30 декабря 2021 г.
  5. ^ abc «Обновление Уэбба №5». Космический телескоп Джеймса Уэбба . НАСА. Сентябрь 2008 г. Архивировано из оригинала 13 октября 2008 г.
  6. ^ abcdefghijkl "О солнечном щитке". jwst.nasa.gov . Проверено 27 декабря 2021 г.
  7. ^ "Солнечная орбита". jwst.nasa.gov . Проверено 28 августа 2016 г.
  8. ^ "Орбита L2" . Научный институт космического телескопа. Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года . Проверено 28 августа 2016 г.
  9. ^ Аб Гутро, Роб (12 ноября 2008 г.). «Сверхпрочный солнцезащитный козырек для полетов на космическом телескопе Джеймса Уэбба». НАСА . Проверено 27 декабря 2021 г.
  10. ^ abc Ло, Эми. Космический телескоп Джеймса Уэбба (PDF) (Отчет). 2015 «Границы инженерной мысли США: поиск экзопланет, похожих на Землю» . Проверено 27 декабря 2021 г.
  11. ^ abcd "Солнечный щит". Научный институт космического телескопа . Проверено 11 ноября 2022 г.
  12. ^ ab "Солнцезащитный козырек JWST". Хантсвилл, Алабама: Nexolve. Архивировано из оригинала 21 декабря 2016 года . Проверено 6 декабря 2016 г.
  13. ↑ Поттер, Шон (4 января 2022 г.). «Sunshield успешно развернут на следующем флагманском телескопе НАСА». НАСА . Проверено 11 февраля 2022 г.
  14. ↑ Клери, Дэниел (27 марта 2018 г.). «НАСА объявляет о новых задержках запуска гигантского космического телескопа» . Наука . Проверено 5 июня 2018 г.
  15. ↑ Уилли, Скотт (10 декабря 2015 г.). «Восстановление монтировки телескопа Аполлон». Национальный музей авиации и космонавтики . Проверено 12 июля 2018 г. Когда мы распаковали лонжерон в сентябре 2014 года, мы обнаружили, что спустя 40 лет каптон® — блестящий, морщинистый материал, который часто можно увидеть на спутниках, а в данном случае — черный материал, который вы можете видеть на наших фотографиях, — находился в очень плохом состоянии.
  16. ↑ Феррейра, Бекки (20 октября 2014 г.). «Этот солнцезащитный козырек защитит самый мощный в мире космический телескоп от пожара». Порок .
  17. ^ «Солнцезащитный козырек космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА успешно разворачивается и испытывает напряжение в финальных испытаниях» . СайТехДейли. 20 декабря 2020 г. . Проверено 27 декабря 2021 г.
  18. ↑ Морринг, Фрэнк младший (16 декабря 2013 г.). «Складной солнцезащитный козырек JWST, тестируется развертывание» . Неделя авиации и космических технологий . стр. 48–49. ISSN  0005-2175.
  19. ^ «О орбите Уэбба». НАСА . Проверено 2 января 2022 г.
  20. ^ abcdefghi Аренберг, Дж.; Флинн, Дж.; Коэн, А.; Линч, Р.; Купер, Дж. (9 августа 2016 г.). МакИвен, Ховард А; Фацио, Джованни Дж; Листруп, Макензи; Баталья, Натали; Зиглер, Николас; Тонг, Эдвард С. (ред.). «Состояние солнцезащитного экрана и космического корабля JWST» (PDF) . Общество инженеров фотооптического приборостроения (SPIE) . Космические телескопы и приборы 2016: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны. 9904 : 990405. Бибкод : 2016SPIE.9904E..05A. дои : 10.1117/12.2234481. S2CID  126299529. Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2016 года . Проверено 28 марта 2018 г.
  21. ^ "Развернута задняя заслонка импульса космического телескопа Джеймса Уэбба" . СайТехДейли . 30 декабря 2021 г. . Проверено 6 января 2022 г.
  22. ^ Кинзел, Уэйн. Концепция управления импульсом (отчет). Научный институт космического телескопа. CiteSeerX 10.1.1.434.6117 . 
  23. ^ abcde «Тестирование сгиба: солнечный козырек космического телескопа Джеймса Уэбба». НАСА . 3 декабря 2012 года . Проверено 20 января 2017 г.
  24. ^ ab «Сверхпрочный солнцезащитный козырек для полетов на космическом телескопе Джеймса Уэбба». НАСА . 12 ноября 2008 года . Проверено 20 января 2017 г.
  25. ^ abc Линч, Патрик (31 декабря 2021 г.). «С выдвинутыми средними балками Уэбба солнцезащитный козырек обретает форму» . Космический телескоп Джеймса Уэбба (блоги НАСА) . Проверено 1 января 2022 г.
  26. ↑ Аб Линч, Патрик (31 декабря 2021 г.). «Развертывание первой из двух средних стрел Sunshield». Космический телескоп Джеймса Уэбба (блоги НАСА) . Проверено 1 января 2022 г.
  27. ↑ Застроу, Марк (5 января 2022 г.). «Космический телескоп Джеймса Уэбба успешно устанавливает солнцезащитный козырек» . astronomy.com . Проверено 5 января 2022 г.
  28. ↑ Фокс, Карен (3 января 2022 г.). «Первый слой солнцезащитного козырька Уэбба затянут». Космический телескоп Джеймса Уэбба (блоги НАСА) . Проверено 4 января 2022 г.
  29. ↑ Линч, Патрик (3 января 2022 г.). «Второй и третий слои солнцезащитного козырька полностью затянуты». Космический телескоп Джеймса Уэбба (блоги НАСА) . Проверено 4 января 2022 г.
  30. ↑ Фокс, Карен (4 января 2022 г.). «Напряженность в команде Уэбба, пятый уровень, солнцезащитный козырек полностью развернут». Космический телескоп Джеймса Уэбба (блоги НАСА) . Проверено 5 января 2022 г.
  31. ↑ Шарки, Джим (2 ноября 2016 г.). «Последний слой солнцезащитного экрана завершен для космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба». Инсайдер SpaceFlight.
  32. ↑ Левин, Сара (27 марта 2018 г.). «НАСА откладывает запуск космического телескопа Джеймса Уэбба до 2020 года». Space.com . Проверено 28 марта 2018 г.
  33. ^ «Телескоп НАСА Уэбб запускается, чтобы увидеть первые галактики и далекие миры» . НАСА . 25 декабря 2021 г. . Проверено 4 января 2022 г.
  34. ↑ Аб Дикинсон, Дэвид (4 января 2022 г.). «КРИТИЧЕСКИЙ ШАГ ЗАВЕРШЕН: КОСМИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП УЭББ РАЗВЕРТЫВАЕТ СОЛНЕЧНЫЙ ЩИТ». skyandtelescope.org . Проверено 4 января 2022 г.
  35. ↑ Аб Кларк, Стивен (5 января 2022 г.). «Мы добились успеха!» Уэбб преодолевает главное препятствие, полностью развернув солнцезащитный козырек». Астрономия сейчас . Проверено 5 января 2022 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме Sunshield (JWST) .