stringtranslate.com

Элемент оптического телескопа

Зеркало в сборе спереди с прикрепленными главными зеркалами, ноябрь 2016 г.
Вторичное зеркало очищается снегом из углекислого газа.

Элемент оптического телескопа ( OTE ) — это часть космического телескопа Джеймса Уэбба , большого инфракрасного космического телескопа, запущенного 25 декабря 2021 года , [1] состоящего из главного зеркала , вторичных зеркал , каркаса и элементов управления для поддержки зеркал. и различные тепловые и другие системы. [1]

OTE собирает свет и отправляет его на научные инструменты в интегрированном модуле научных инструментов Уэбба . [1] OTE сравнивают с « глазом » телескопа, а его заднюю панель с « позвоночником ». [2]

Главное зеркало представляет собой мозаичную сборку из 18 шестиугольных элементов, каждый из которых имеет длину 1,32 метра (4,3 фута) от плоскости до плоскости. Эта комбинация дает эффективную апертуру 6,5 метров (21 фут) и общую собирающую поверхность 27 квадратных метров (290 квадратных футов). [3] Вторичные зеркала дополняют оптику анастигматической визуализации с эффективнойж /20 и фокусное расстояние 131,4 метра (431 фут). [4] Главный трехзеркальный телескоп представляет собой конструкцию типа Корша , [5] и он подключается к подсистеме кормовой оптики (часть OTE), которая, в свою очередь, подключается к интегрированному модулю научных инструментов, в котором находятся научные инструменты и датчик наведения.

Двумя другими основными разделами JWST являются Интегрированный модуль научных приборов (ISIM) и Элемент космического корабля (SE), который включает в себя шину космического корабля и солнцезащитный козырек . [6] Компоненты OTE были интегрированы компанией L3Harris Technologies для формирования окончательной системы. [7]

Обзор

OTE сочетает в себе большое количество оптических и структурных компонентов космического телескопа Джеймса Уэбба, включая главное зеркало. [8] Он также оснащен зеркалом точного управления, которое обеспечивает окончательное точное наведение, и работает совместно с датчиком точного наведения и другими системами управления и датчиками в шине космического корабля . [8]

Сегменты главного зеркала грубо выравниваются с использованием алгоритма грубой фазировки . [8] Затем для более точного выравнивания специальные оптические устройства внутри NIRCam используются для проведения метода восстановления фазы, чтобы достичь расчетной ошибки волнового фронта менее 150 нм. [8] Чтобы правильно функционировать в качестве фокусирующего зеркала, 18 сегментов главного зеркала должны быть очень точно выровнены и работать как единое целое. [8] Это необходимо сделать в космическом пространстве, поэтому необходимы обширные испытания на Земле , чтобы убедиться, что это будет работать правильно. [8] Для выравнивания каждого сегмента зеркала на нем установлены шесть приводов, которые могут регулировать этот сегмент с шагом 5 нм. [8] Одна из причин, по которой зеркало было разделено на сегменты, заключается в том, что оно снижает вес, поскольку вес зеркала зависит от его размера, что также является одной из причин, по которой бериллий был выбран в качестве материала зеркала из-за его небольшого веса. [8] Хотя в практически невесомой космической среде зеркало почти ничего не весит, оно должно быть очень жестким, чтобы сохранять свою форму. [8] Подсистема обнаружения и управления волновым фронтом предназначена для того, чтобы заставить 18-сегментное главное зеркало вести себя как монолитное (цельное) зеркало, и это происходит отчасти за счет активного обнаружения и исправления ошибок. [9] Для достижения этой цели телескоп проходит девять процессов выравнивания расстояния. [9] Еще одним важным аспектом регулировок является обеспечение устойчивости узла задней панели главного зеркала. [10] Объединительная плата изготовлена ​​из композитного графита, инвара и титана . [10]

ADIR, кормовой развертываемый инфракрасный излучатель — это излучатель за главным зеркалом, который помогает поддерживать прохладу телескопа. [11] Есть два ADIR, они изготовлены из алюминия высокой чистоты. [11] На радиаторах имеется специальное черное покрытие, которое помогает им излучать тепло в космос. [11]

Испытание кормовой оптической подсистемы в 2011 году, которая содержит третичное (3-е) зеркало и зеркало точного рулевого управления.

Некоторые основные части OTE по данным НАСА: [1]

Подсистема кормовой оптики включает третичное зеркало и зеркало точного рулевого управления. [1] Одной из задач рулевого зеркала Fine является стабилизация изображения. [12]

Металлический бериллий был выбран по ряду причин, включая вес, а также из-за его более низкого температурного коэффициента теплового расширения по сравнению со стеклом. [12] Кроме того, бериллий не обладает магнитными свойствами и является хорошим проводником электричества и тепла. [13] Другие инфракрасные телескопы, в которых использовались бериллиевые зеркала, включают IRAS , COBE и Spitzer . [12] Подмасштабная модель-демонстратор бериллиевой модели (SBMD) была успешно испытана при криогенных температурах, и одной из проблем была шероховатость поверхности при низких числах Кельвина. [12] Бериллиевые зеркала покрыты очень тонким слоем золота для отражения инфракрасного света. [12] [14] Есть 18 шестиугольных сегментов, которые сгруппированы вместе, чтобы создать одно зеркало общим диаметром 6,5 метра (21 фут). [14]

ДТА

Развертываемая башня в сборе (DTA) — это место, где OTE соединяется с остальной частью телескопа, например с шиной космического корабля. При хранении имеется еще одна точка крепления сложенного солнцезащитного козырька, расположенная выше на OTE.

В основе OTE находится критически важная развертываемая башня в сборе (DTA). [15] Компонент, который соединяет OTE с шиной космического корабля. Он должен расшириться, чтобы позволить Солнечному Щиту (JWST) расшириться, позволяя пространству между пятью слоями расшириться. [15] Сегмент солнцезащитного козырька состоит из нескольких компонентов, в том числе шести расширителей на внешнем крае для распределения слоев по шести концам.

Во время запуска DTA сокращается, но в нужный момент его необходимо расширить. [15] Расширенная структура DTA позволяет полностью разложить солнцезащитные слои. [15] DTA также должен термически изолировать холодную часть OTE от горячей шины космического корабля. [15] Солнцезащитный экран защитит OTE от прямых солнечных лучей и уменьшит попадающее на него тепловое излучение, но другим аспектом является физическое соединение OTE с остальной частью космического корабля. [15] (см. Теплопроводность и Теплопередача ). В то время как солнцезащитный козырек предотвращает нагрев телескопа из-за излучаемого Солнца тепла, DTA должен изолировать телескоп от тепла остальной конструкции, аналогично тому, как изолированная кастрюля ручка защищает от жара печи.

DTA выдвигается с помощью двух телескопических трубок, которые могут скользить между собой на роликах. [15] Существует внутренняя и внешняя трубки. [15] DTA выдвигается с помощью электродвигателя, который вращает шарико-винтовую гайку, которая раздвигает две трубки. [15] Когда DTA полностью развернут, его длина составляет 3 метра (10 футов). [16] Трубки DTA изготовлены из графитово-композитного углеродного волокна, и предполагается, что они смогут выжить в условиях космоса. [17]

График

Тестовые стенды для разработки

Тестовая версия главного зеркала в масштабе одной шестой.

Создание работающего главного зеркала считалось одной из самых больших задач разработки JWST. [8] Часть разработки JWST включала проверку и тестирование JWST на различных испытательных стендах с разными функциями и размерами. [26]

Некоторые типы объектов разработки включают в себя первопроходцы , испытательные стенды и устройства для инженерных испытаний . [27] Иногда один и тот же элемент может использоваться для различных функций или это вообще может быть не физически созданный элемент, а скорее программная симуляция. [27] Космический телескоп NEXUS представлял собой полноценный космический телескоп, но по сути представлял собой уменьшенный JWST, но с рядом изменений, включая только три зеркальных сегмента с одним раскладывающимся для диаметра главного зеркала 2,8 метра (9,2 фута). [28] Он был легче, поэтому предполагалось, что его можно будет запустить уже в 2004 году на ракете-носителе «Дельта-2». [28] Проект был отменен в конце 2000 года. [29] В то время NGST/JWST все еще представлял собой конструкцию длиной 8 метров (26 футов) и площадью 50 м 2 (540 кв. футов), несколько лет назад позже это было уменьшено до конструкции длиной 6,5 метра (21 фут) и площадью 25 м 2 (270 кв. футов). [30]

ОТЕ Следопыт

Одной из частей разработки JWST было производство Pathfinder для оптического телескопа. [31] Путеводитель OTE использует два дополнительных зеркальных сегмента и дополнительное вторичное зеркало и объединяет различные конструкции, позволяющие тестировать различные аспекты секции, включая наземное вспомогательное оборудование. [31] Это поддерживает использование GSE в самом JWST в дальнейшем и позволяет тестировать зеркальную интеграцию. [31] OTE Pathfinder имеет 12, а не 18 ячеек по сравнению с полным телескопом, но включает проверку структуры объединительной платы. [32]

Дополнительные тесты/модели

Сравнение размеров первичного зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и космического телескопа Хаббла (HST)

Существует множество тестовых статей и демонстраций разработки для создания JWST. [27] Некоторые важные из них были ранними демонстраторами, которые показали, что многие фундаментальные технологии JWST возможны. [27] Другие тестовые статьи важны для снижения риска, существенно снижая общий риск программы за счет тренировок на чем-то другом, а не на реальном летном космическом корабле.

Другой испытательный стенд, Test Bed Telescope, представлял собой модель главного зеркала в масштабе 1/6 с полированными сегментами и рабочими приводами, работающую при комнатной температуре и использовавшуюся для проверки всех процессов выравнивания сегментов JWST. [9] Другой испытательный стенд для оптики называется JOST, что означает JWST Optical Simulation Testbed, и использует МЭМС с шестиугольными сегментами для моделирования степеней свободы выравнивания и фазировки главного зеркала. [26]

Демонстратор субмасштабной бериллиевой модели (SBMD) был изготовлен и испытан к 2001 году и продемонстрировал технологии для того, что вскоре было названо космическим телескопом Джеймса Уэбба, ранее космическим телескопом следующего поколения (NGST). [18] SBMD представляло собой зеркало диаметром полметра, изготовленное из порошкообразного бериллия. [18] Затем вес зеркала был уменьшен с помощью процесса изготовления зеркала, называемого «облегчением», при котором материал удаляется без нарушения его отражающей способности, и в этом случае было удалено 90% массы SBMD. [18] Затем он был прикреплен к жесткой объединительной плате с помощью титановых сошек и прошел различные испытания. [18] Это включало замораживание его до необходимых низких температур и наблюдение за его оптическим и физическим поведением. [18] Испытания проводились с использованием оптической испытательной системы (также известной как OTS), которая была создана специально для тестирования SBMD. [18] [33] SBMD должен был соответствовать требованиям к космическому зеркалу, и эти уроки были важны для развития JWST. [34] Испытания проводились на рентгеновской калибровочной установке (XRCF) Центра космических полетов Маршалла (MSFC) в американском штате Алабама. [18] [33]

Для испытаний SBMD (прототипа зеркала NGST) в условиях криогенного вакуума необходимо было разработать систему оптического тестирования (OTS). [33] OTS включал в себя датчик WaveScope Shack-Hartmann и прибор для измерения расстояний Leica Disto Pro. [33]

Некоторые испытательные стенды, следопыты и т. д. технологии JWST:

Другой связанной программой была программа Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD). [36] Результаты AMSD были использованы при создании бериллиевых зеркал. [36]

Диаграмма 1

Маркированная схема компонентов элемента оптического телескопа

Галерея

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcde "Космический телескоп Джеймса Уэбба". НАСА . Проверено 30 июля 2018 г.
  2. ^ "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . Проверено 5 декабря 2016 г.
  3. ^ НАСА. «Инновации JWST: главное зеркало» . Проверено 2 августа 2017 г. Каждый из 18 сегментов зеркала шестиугольной формы имеет диаметр 1,32 метра (4,3 фута) от плоскости к плоскости.
  4. ^ «Телескоп JWST – Пользовательская документация JWST» . Проверено 27 января 2022 г.
  5. ^ «Деятельность по оптическому моделированию космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST): V. Обновления оперативной настройки» (PDF) . Проверено 27 января 2022 г.
  6. ^ "Космический телескоп Джеймса Уэбба - инструменты и ISIM" . Архивировано из оригинала 3 декабря 2016 года . Проверено 3 ноября 2022 г.
  7. ^ "Краткое описание космического телескопа L3Харрис Джеймс Уэбб" . Проверено 3 ноября 2022 г.
  8. ^ abcdefghij Даукантас, Патрисия (ноябрь 2011 г.). «Оптические инновации в космическом телескопе Джеймса Уэбба». Новости оптики и фотоники . 22 (11): 22. дои :10.1364/ОПН.22.11.000022 . Проверено 19 мая 2017 г.
  9. ^ abcd «Инновации космического телескопа Джеймса Уэбба - обнаружение и контроль волнового фронта» . Проверено 3 ноября 2022 г.
  10. ^ ab «Инновации в космическом телескопе Джеймса Уэбба — объединительная плата» . Проверено 3 ноября 2022 г.
  11. ^ abc «Высокоэффективные криогенные излучатели для космического телескопа Джеймса Уэбба» (PDF) . 46-я Международная конференция по экологическим системам . 10 июля 2016 г.
  12. ^ abcde «JWST – Каталог eoPortal – Спутниковые миссии» . Проверено 5 декабря 2016 г.
  13. ^ "Космический телескоп Джеймса Уэбба - Зеркала Уэбба" . НАСА.gov . Проверено 3 ноября 2022 г.
  14. ^ ab «JWST: Гигантский Циклоп, открывающий глубины космоса». 10 июня 2014 г. Архивировано из оригинала 01 июля 2017 г. Проверено 1 июля 2017 года .
  15. ^ abcdefghi Тран, Ань. «Сборка башни развертывания космического телескопа Джеймса Уэбба, развертывание аномалии и извлеченные уроки» (PDF) . Проверено 3 ноября 2022 г.
  16. ^ Дженнер, Линн (9 сентября 2015 г.). «Секреты «развертываемой башни» телескопа Уэбб НАСА». НАСА . Проверено 21 января 2017 г.
  17. ↑ Дженнер, Линн (9 сентября 2015 г.). «Секреты «развертываемой башни» телескопа Уэбб НАСА».
  18. ^ abcdefghi Рид, Тимоти; Кендрик, Стивен Э.; Браун, Роберт Дж.; Хадэуэй, Джеймс Б.; Берд, Дональд А. (1 декабря 2001 г.). Шталь, Х. Филип (ред.). «Окончательные результаты программы демонстратора бериллиевого зеркала подшкалы (SBMD)». Учеб. ШПИОН . Оптическое производство и тестирование IV. 4451 : 5–14. Бибкод : 2001SPIE.4451....5R. дои : 10.1117/12.453614. S2CID  120007487 – через НАСА ADS.
  19. ^ «НАСА - Завершена секция задней панели полета телескопа Уэбб НАСА» . www.nasa.gov .
  20. ^ «Первое из 18 зеркал, установленных в качестве завершающего этапа сборки космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба» . 26 ноября 2015 г.
  21. ^ «Космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба близок к завершению, достиг середины пути к сегментированному главному зеркалу» . Заголовки и глобальные новости. 28 декабря 2015 года . Проверено 3 ноября 2022 г.
  22. ^ "Главное зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА полностью собрано" . Пресс-релиз НАСА . Космическая газета. 5 февраля 2016 г. Проверено 5 февраля 2016 г.
  23. ^ Дженнер, Линн (07 марта 2016 г.). «Установлено вторичное зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА» . НАСА . Проверено 24 января 2017 г.
  24. ^ «GMS: Система кормовой оптики JWST (AOS), установленная в GSFC» . 14 апреля 2016 года . Проверено 5 декабря 2016 г.
  25. ^ Морис Те Плате, Стефан Биркманн, Марко Сирианни, Тимоти Роул, Катарина Алвес де Оливейра, Торстен Бёкер, Елена Пуга, Нора Лютцгендорф, Энтони Марстон, Питер Рамлер, Питер Йенсен, Джованна Джардино, Пьер Ферруи, Ральф Эренвинклер, Питер Моснер, Германн Карл, Мартин Альтенбург, Марк Машманн, Роберт Рэпп, Корбетт Смит, Патрик Огл, Мария Пенья Герреро, Чарльз Проффитт, Рай Ву, Грэм Канарек и Джеймс Музеролл «Состояние спектрографа ближнего инфракрасного диапазона JWST и первые результаты испытаний OTIS», Proc. SPIE 10698, Космические телескопы и приборы 2018: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны, 1069807 (6 июля 2018 г.); дои : 10.1117/12.2312651
  26. ^ abcde Перрен, Маршалл Д.; и другие. (2014). Ошманн, Якобус М; Клэмпин, Марк; Фацио, Джованни Дж; МакИвен, Ховард А. (ред.). «Стенд I для оптического моделирования космического телескопа Джеймса Уэбба: обзор и первые результаты». Труды SPIE . Космические телескопы и приборы 2014: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны. 9143 : 914309. arXiv : 1407.0591 . Бибкод : 2014SPIE.9143E..09P. дои : 10.1117/12.2056936. S2CID  118347299.
  27. ^ abcd Фил Сабельхаус (20 мая 2006 г.). «Статус проекта JWST для CAA» (PDF) .
  28. ^ ab «Мультидисциплинарный анализ космического телескопа-предшественника NEXUS» (PDF) . 18 декабря 2002 г. Проверено 7 ноября 2021 г.
  29. ^ «Группа стратегических инженерных исследований Массачусетского технологического института: Оливье Л. де Век» . стратегический.mit.edu . Проверено 3 февраля 2017 г.
  30. ^ Мазер, Джон (март 2022 г.). «Научное резюме JWST для SSB» (PDF) . Проверено 3 ноября 2022 г.
  31. ^ abcd Файнберг, Ли Д.; Кески-Куха, Ритва; Аткинсон, Чарли; Бут, Эндрю; Уитмен, Тони (2014). «Состояние и планы Pathfinder оптического телескопа космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST)» . В Ошманне, Якобус М; Клэмпин, Марк; Фацио, Джованни Дж; МакИвен, Ховард А. (ред.). Космические телескопы и приборы 2014: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны. Том. 9143. стр. 91430E. дои : 10.1117/12.2054782. S2CID  121581750.
  32. ^ Уиллоуби, Скотт П. (февраль 2012 г.). «ПРАЙМ: Нерассказанная история космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА». Журнал СБ . Проверено 3 ноября 2022 г.
  33. ^ abcde Hadaway, Джеймс Б.; Гири, Джозеф М.; Рирдон, Патрик Дж.; Питерс, Брюс Р.; Шталь, Х. Филип; Энг, Рон; Кейдел, Джон В.; Кегли, Джеффри Р.; Рид, Тимоти; Берд, Дональд А. (1 января 2001 г.). Шталь, Х. Филип (ред.). «Результаты криогенных оптических испытаний демонстратора бериллиевых зеркал подшкалы (SBMD)». Оптическое производство и тестирование IV . 4451 : 15–26. Бибкод : 2001SPIE.4451...15H. дои : 10.1117/12.453625. S2CID  110914244.
  34. ^ "Краткое описание программы демонстратора бериллиевых зеркал (SBMD) и моделирование шаров" . Январь 2001 года.
  35. ^ abc «НАСА - сканирование суррогатного глаза Уэбба» . www.nasa.gov . Проверено 21 января 2017 г.
  36. ^ Аб Тронсон, Харли А.; Стиавелли, Массимо; Тиленс, Александр (2009). Астрофизика в следующем десятилетии: космический телескоп Джеймса Уэбба и параллельные объекты. Springer Science & Business Media. п. 8. ISBN 978-1-4020-9457-6.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы, связанные с элементом оптического телескопа (JWST) .