Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Зеркало в сборе спереди с прикрепленными главными зеркалами, ноябрь 2016 г.
Вторичное зеркало очищается снегом из углекислого газа

Элемент оптического телескопа ( OTE ) является частью космического телескопа Джеймса Уэбба , большого инфракрасного космического телескопа, запуск которого запланирован на начало 2021 года. [1] OTE состоит из некоторых основных частей телескопов, включая главное зеркало, вторичное зеркало. зеркала, каркас и элементы управления для поддержки этих зеркал, а также различные тепловые и другие системы, поддерживающие работу телескопа. [1] Двумя другими основными разделами JWST являются Интегрированный модуль научных приборов (ISIM) и элемент космического корабля (SE), который включает в себя автобус космического корабля и солнцезащитный экран . [2]OTE собирает свет и отправляет его научным приборам в ISIM. [1] OTE сравнивают с « глазом » телескопа, а его заднюю панель - с « позвоночником ». [3]

Главное зеркало представляет собой плиточную сборку из 18 шестиугольных элементов, каждый по 1,32 метра от плоского до плоского. Эта комбинация дает эффективную апертуру 6,5 метра и общую собирающую поверхность 27 квадратных метров. [4] Вторичные зеркала дополняют анастигматическую оптику f / 20 . [5] Полная система обеспечивает эффективную ф / число из F /16.67 и фокусное расстояние 131,4 метров. [5] [6] Главный трехзеркальный телескоп представляет собой конструкцию типа Корша , [6] и он поступает в заднюю оптическую подсистему (часть OTE), которая, в свою очередь, поступает вИнтегрированный модуль научных инструментов, который содержит научные инструменты и датчик точного наведения.

Обзор [ править ]

OTE сочетает в себе большое количество оптических и структурных компонентов космического телескопа Джеймса Уэбба, включая главное зеркало. [7] Он также имеет зеркало точного рулевого управления, которое обеспечивает это окончательное точное наведение, и работает вместе с датчиком точного наведения и другими системами управления и датчиками в автобусе космического корабля . [7]

Сегменты главного зеркала ориентированы приблизительно с использованием алгоритма грубой фазировки . [7] Затем для более точной настройки используются специальные оптические устройства внутри NIRCam для проведения метода восстановления фазы, чтобы достичь расчетной ошибки волнового фронта менее 150 нм. [7] Для правильного функционирования в качестве фокусирующего зеркала 18 сегментов главного зеркала должны быть выровнены очень близко, чтобы они работали как один. [7] Это необходимо сделать в космическом пространстве, поэтому необходимы обширные испытания на Земле, чтобы убедиться, что он будет работать должным образом. [7] Чтобы выровнять каждый сегмент зеркала, он установлен на шести приводах, которые могут регулировать этот сегмент с шагом 5 нм. [7]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 в качестве материала для зеркала был выбран бериллий из-за его небольшого веса. [7] Хотя в практически невесомой космической среде зеркало почти ничего не весит, оно должно быть очень жестким, чтобы сохранять свою форму. [7] волновой фронт зондирование и управление субом-система предназначена , чтобы сделать 18 сегментов основного зеркала ведут себя как монолитное (штучный) зеркало, и делает это частично путем активного зондирования и исправления ошибок. [8] Для достижения этой цели телескоп проходит девять процессов выравнивания расстояний. [8]Еще одним важным аспектом регулировки является то, что сборка объединительной платы главного зеркала является устойчивой. [9] Сборка объединительной платы изготовлена ​​из графитового композита, инвара и титана . [9]

Задний разворачиваемый инфракрасный излучатель ADIR - это излучатель за главным зеркалом, который помогает поддерживать зрительную трубу в прохладном состоянии. [10] Есть два ADIR, и они сделаны из алюминия высокой чистоты. [10] На радиаторах есть специальное черное покрытие, которое помогает им излучать тепло в космос. [11]

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

Некоторые основные части OTE по данным НАСА: [1]

  • Главное зеркало (18 сегментов)
  • Дополнительное зеркало (диаметр 74 см)
  • Третичное зеркало (3-е) (в задней подсистеме оптики )
  • Зеркало точного рулевого управления (в подсистеме кормовой оптики )
  • Структура телескопа
    • сборка объединительной платы главного зеркала
    • крепление для опоры основной объединительной платы (BSF)
    • опорная конструкция вторичного зеркала
    • развертываемая башня
  • Подсистема теплового управления
  • Кормовой разворачиваемый радиатор ISIM (ADIR)
  • Обнаружение и контроль волнового фронта

Подсистема кормовой оптики включает третичное зеркало и зеркало точного рулевого управления. [1] Одной из задач зеркала точного управления является стабилизация изображения. [5]

Металлический бериллий был выбран по ряду причин, включая вес, но также из-за его низкотемпературного коэффициента теплового расширения по сравнению со стеклом. [5] Другие инфракрасные телескопы, в которых использовались бериллиевые зеркала, включают IRAS , COBE и Spitzer . [5] Subscale Beryllium Model Demonstrator (SBMD) был успешно испытан при криогенных температурах, и одной из проблем была шероховатость поверхности при низких числах Кельвина. [5] Бериллиевые зеркала покрыты тончайшим слоем золота для отражения инфракрасного света. [6]Есть 18 шестиугольных сегментов, которые сгруппированы вместе, чтобы создать единое зеркало с общим диаметром 6,5 метра (650 см, ~ 7,1 ярда, ~ 256 дюймов). [6]

DTA [ править ]

Развертываемая башня в сборе (DTA) - это место, где OTE соединяется с остальной частью телескопа, такой как автобус космического корабля . Во время хранения на OTE есть еще одна точка крепления для сложенного солнцезащитного козырька.

В основе OTE находится критический структурный компонент, который соединяет OTE с шиной космического корабля , он называется сборкой развертываемой башни (DTA). [12] Он также должен расширяться, чтобы позволить Sunshield (JWST) расшириться, чтобы пространство между его пятью слоями расширилось. [12] Сегмент солнцезащитного козырька имеет различную структуру, включая шесть расширителей на его внешнем крае для распределения слоев на шести концах.

Во время запуска он сжимается, но в нужный момент в космосе DTA должен расширяться. [12] Расширенная структура DTA позволяет полностью разложить солнцезащитные слои. [12] DTA должен также термически изолировать холодную часть OTE от горячей шины космического корабля. [12] Солнцезащитный экран защитит ОТЕ от прямых солнечных лучей и уменьшит падающее на него тепловое излучение, но еще одним аспектом является физическая связь ОТЕ с остальной частью космического корабля. [12] (см. Теплопроводность и теплопередачаВ то время как солнцезащитный козырек предотвращает нагрев телескопа на расстоянии от огня (почти не в нем), DTA должен справляться с тепловым потоком, как если бы ручка кастрюли могла нагреться, когда она находится на плите, если она недостаточно изолирована.

Способ расширения DTA заключается в том, что он имеет две телескопические трубки, которые могут скользить между собой на роликах. [12] Есть внутренняя труба и внешняя труба. [12] DTA расширяется электродвигателем, который вращает гайку шарико- винтовой передачи, которая раздвигает две трубки. [12] Когда DTA полностью развернут, его длина составляет 10 футов (~ 3 метра). [13] Трубки DTA изготовлены из углеродного волокна, композитного графита, и предполагается, что он сможет выдержать условия в космосе. [14]

Хронология [ править ]

Основная статья: Хронология космического телескопа Джеймса Уэбба
  • Декабрь 2001 г., опубликованы окончательные результаты теста SBMD. [15]
  • Апрель 2012 г., завершена опорная конструкция объединительной платы главного зеркала. [16]
  • Ноябрь 2015 г., установлен первый сегмент главного зеркала. [17]
  • Декабрь 2015 г. Установлена ​​половина основных зеркальных сегментов. [18]
  • 3 февраля 2016 г., 18 из 18, был установлен последний сегмент главного зеркала [19]
  • 3 марта 2016 г., установлено вторичное зеркало [20]
  • Март 2016 г. Установлена ​​задняя оптическая подсистема. [21]
  • В мае 2016 года OTE и ISIM объединены в OTIS, который представляет собой комбинацию этих двух регионов. [22]

Стенды для разработки [ править ]

Тестовая версия главного зеркала в масштабе одной шестой

Создание рабочего главного зеркала считалось одной из самых серьезных проблем при разработке JWST. [7] Часть разработки JWST включала проверку и тестирование JWST на различных испытательных стендах с разными функциями и размерами. [23]

К некоторым типам элементов разработки относятся первопроходцы , испытательные стенды и инженерные испытательные модули . [24] Иногда один элемент может использоваться для разных функций, или это может быть вовсе не физически созданный элемент, а скорее программное моделирование. [24] Космический телескоп NEXUS был полноценным космическим телескопом, но, по сути, уменьшенным JWST, но с рядом изменений, включая только три зеркальных сегмента с одним складывающимся для основного зеркала диаметром 2,8 метра. [25] Он был легче, поэтому предполагалось, что его можно будет запустить уже в 2004 году с помощью ракеты-носителя Delta 2. [25] Дизайн был отменен в конце 2000 года. [26]В то время NGST / JWST все еще представлял собой 8-метровую конструкцию (50 м2), спустя несколько лет она была уменьшена до 25 м2 (6,5 м). [27]

OTE Pathfinder [ править ]

Основная статья: OTE Pathfinder

Одной из частей разработки JWST было производство Pathfinder для оптических телескопов. [28] Навигатор пути OTE использует два дополнительных зеркальных сегмента и дополнительное вторичное зеркало, а также объединяет различные конструкции, позволяющие тестировать различные аспекты секции, включая наземное вспомогательное оборудование. [28] Это поддерживает GSE, который позже будет использоваться в самом JWST, и позволяет тестировать зеркальную интеграцию. [28] В OTE Pathfinder используется 12, а не 18 ячеек по сравнению с полным телескопом, но он включает проверку конструкции объединительной платы. [29]

Дополнительные тесты / модели [ править ]

Есть много тестовых статей и демонстрационных примеров для создания JWST. [24] Некоторые важные из них были ранними демонстраторами, которые показали, что многие фундаментальные технологии JWST возможны. [24] Другие тестовые статьи важны для снижения риска, существенно снижая общий риск программы, практикуясь на чем-то отличном от фактического полета космического корабля.

Другой испытательный стенд представлял собой функциональную версию главного зеркала и технологии в масштабе 1/6, которая использовалась специально для того, чтобы убедиться, что многие сегменты могут работать как одно целое. [8] Другой испытательный стенд для оптики называется JOST, что расшифровывается как JWST Optical Simulation Testbed. [23]

Подмасштабный демонстрационный образец бериллиевой модели (SBMD) был изготовлен и испытан к 2001 году и продемонстрировал эффективные технологии для того, что вскоре было названо космическим телескопом Джеймса Уэбба, ранее - космическим телескопом следующего поколения (NGST). [15] SBMD представлял собой зеркало диаметром в полметра, сделанное из бериллия. [15] Затем вес зеркала был уменьшен с помощью процесса изготовления зеркала, называемого «облегчение», когда материал удаляется без нарушения его отражающей способности, и в этом случае было удалено 90% массы SBMD. [15] Затем он был жестко закреплен на титане и прошел различные испытания. [15]Это включало его замораживание до необходимых низких температур и наблюдение за его оптическими и физическими свойствами. [15] Тесты проводились с помощью системы оптического тестирования (также известной как OTS), которая была создана специально для тестирования SBMD. [15] [30] SBMD должен был соответствовать требованиям к космическому зеркалу, и эти уроки были важны для разработки JWST. [31] Испытания проводились в центре калибровки рентгеновских лучей (XRCF) в Центре космических полетов им. Маршалла (MSFC) в американском штате Алабама. [15] [30]

Для тестирования SBMD (прототипа зеркала NGST) в условиях криогенного вакуума необходимо было разработать систему оптических испытаний (OTS). [30] В состав OTS входили датчик WaveScope Shack-Hartmann и прибор для измерения расстояния Leica Disto Pro. [30]

Некоторые испытательные стенды для технологий JWST, следопыты и т. Д .:

  • ОТЕ Pathfinder . [28]
  • TBT (испытательный стенд в масштабе 1/6) [23]
  • ЙОСТ ( J WST O ptical S imulation Т estbed) [8] [23]
  • SBMD (Подшкала бериллиевой модели демонстратора) [15]
  • OTS (тестовая система для SBMD) [30]
  • ITM (это программная модель) [23]
  • OSIM ( O TE Sim ulator) [32]
  • Анализатор изображения луча [32]

Другой связанной программой была программа Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD). [33] Результаты AMSD были использованы при создании бериллиевых зеркал. [33]

Следопыты OTE в термовакуумную камеру, 2015 г.
Сегмент зеркала Engineering Test Unit (ETU) везут в чистое помещение в своем контейнере, 2013 г.
Показан анализатор изображения пучка, который готовится к тестированию OSIM в криогенном вакууме, 2012 г. [32]

Диаграмма 1 [ править ]

Помеченная схема компонентов элемента оптического телескопа

Галерея [ править ]

Объединительная плата после испытаний в космическом полете им. Маршалла, 2013 г.
ОТЕ собран в апреле 2016 г.
Объединительная плата с прикрепленными 12 из 18 сегментов, сегменты закрыты для защиты
Основное зеркало почти полностью в сборе (18/18 сегментов), с крышками, роботизированная рука, удерживающая последний сегмент, февраль 2016 г.
Сборка объединительной платы прибывает в Годдард, 2015

См. Также [ править ]

  • Интегрированный модуль научных инструментов (еще один важный раздел JWST)
  • Главное зеркало
  • Вторичное зеркало
  • Сегментированное зеркало
  • Хронология космического телескопа Джеймса Уэбба
  • Криогеника

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . Проверено 30 июля 2018 года .
  2. ^ "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . Проверено 5 декабря +2016 .
  3. ^ "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . Проверено 5 декабря +2016 .
  4. ^ НАСА. «Инновации JWST: главное зеркало» . Дата обращения 2 августа 2017 . Каждый из 18 сегментов зеркала шестиугольной формы имеет диаметр 1,32 метра (4,3 фута), от плоского до плоского.
  5. ^ a b c d e f "JWST - eoPortal Directory - спутниковые миссии" . Проверено 5 декабря +2016 .
  6. ^ a b c d «JWST: гигантский циклоп, открывающий глубины космоса» . Проверено 5 декабря +2016 .
  7. ^ a b c d e f g h i j Даукантас, Патрисия (ноябрь 2011 г.). «Оптические инновации в космическом телескопе Джеймса Уэбба» . Новости оптики и фотоники . 22 (11): 22. DOI : 10,1364 / OPN.22.11.000022 . Проверено 19 мая 2017 года .
  8. ^ a b c d "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . Проверено 5 декабря +2016 .
  9. ^ а б "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . Проверено 5 декабря +2016 .
  10. ^ а б [1]
  11. ^ [2]
  12. ^ Б с д е е г ч я [3]
  13. ^ Дженнер, Линн (2015-09-09). «Секреты« Развертываемой сборки башни » телескопа Уэбба НАСА » . НАСА . Проверено 21 января 2017 .
  14. ↑ Дженнер, Линн (9 сентября 2015 г.). «Секреты« Развертываемой сборки башни » телескопа Уэбба НАСА » .
  15. ^ a b c d e f g h я Рид, Тимоти; Кендрик, Стивен Э .; Браун, Роберт Дж .; Hadaway, Джеймс Б.; Берд, Дональд А. (1 декабря 2001 г.). «Окончательные результаты программы Subscale Beryllium Mirror Demonstrator (SBMD)». Proc. ШПИОН . Производство и тестирование оптики IV. 4451 : 5–14. Bibcode : 2001SPIE.4451 .... 5R . DOI : 10.1117 / 12.453614 . S2CID 120007487 - через NASA ADS. 
  16. ^ "НАСА -Завершена секция полетной объединительной платы телескопа Уэбба НАСА " . www.nasa.gov .
  17. ^ "Первый из 18 зеркал, установленных на этапе окончательной сборки космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, начинается" . 26 ноября 2015.
  18. ^ Новости, заголовки и глобальные. "Менеджер элемента оптического телескопа НАСА: заголовки и глобальные новости" . Проверено 5 декабря +2016 .
  19. ^ "Полностью собрано главное зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА" . Пресс-релиз НАСА . Space Daily. 5 февраля 2016 . Проверено 5 февраля 2016 .
  20. ^ Дженнер, Линн (2016-03-07). «Установлено вторичное зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА» . НАСА . Проверено 24 января 2017 .
  21. ^ "GMS: Система кормовой оптики JWST (AOS), установленная в GSFC" . Проверено 5 декабря +2016 .
  22. ^ Морис Те Плейт, Стефан Биркманн, Марко Сирианни, Тимоти Роул, Катарина Алвес де Оливейра, Торстен Бёкер, Елена Пуга, Нора Люцгендорф, Энтони Марстон, Питер Румлер, Питер Йенсен, Джованна Джардино, Пьер Ферруит, Ральф Эренвинклер, Питер Мосвинклер , Мартин Альтенбург, Марк Машманн, Роберт Рапп, Корбетт Смит, Патрик Огл, Мария Пена Герреро, Чарльз Проффитт, Рай Ву,Грэм Канарек и Джеймс Музеролле «Состояние спектрографа в ближнем инфракрасном диапазоне JWST и первые результаты испытаний OTIS», Proc. SPIE 10698, Космические телескопы и приборы 2018: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны, 1069807 (6 июля 2018 г.); https://doi.org/10.1117/12.2312651
  23. ^ a b c d e Perrin, Marshall D .; и другие. (2014). Oschmann, Jacobus M; Клэмпин, Марк; Фацио, Джованни Дж. MacEwen, Howard A (ред.). «Стенд I для испытаний 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 . Bibcode : 2014SPIE.9143E..09P . DOI : 10.1117 / 12.2056936 . S2CID 118347299 . 
  24. ^ а б в г [4]
  25. ^ а б [5]
  26. ^ "Группа стратегических инженерных исследований Массачусетского технологического института: Оливье Л. де Век" . стратегический.mit.edu . Проверено 3 февраля 2017 .
  27. ^ [6]
  28. ^ a b c d Файнберг, Ли Д .; Кески-Куха, Ритва; Аткинсон, Чарли; Бут, Эндрю; Уитмен, Тони (2014). «Статус и планы следопыта космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), элемент оптического телескопа (OTE)». В Oschmann, Jacobus M; Клэмпин, Марк; Фацио, Джованни Дж. MacEwen, Howard A (ред.). Космические телескопы и приборы 2014: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны . 9143 . стр. 91430E. DOI : 10.1117 / 12.2054782 . S2CID 121581750 . 
  29. ^ [7]
  30. ^ a b c d e Hadaway, Джеймс Б.; Гири, Джозеф М .; Рирдон, Патрик Дж .; Peters, Bruce R .; Шталь, Х. Филип; Энг, Рон; Кейдел, Джон В .; Кегли, Джеффри Р .; Рид, Тимоти; Берд, Дональд А. (1 января 2001 г.). «Результаты криогенных оптических испытаний субшкалы бериллиевого зеркала демонстратора (SBMD)». Производство и тестирование оптики IV. 4451 : 15–26. Bibcode : 2001SPIE.4451 ... 15H . DOI : 10.1117 / 12.453625 . S2CID 110914244 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  31. ^ "Подшкала бериллиевых зеркал Demonstrator (SBMD) Краткое изложение программы и моделирование шара" . Январь 2001 г.
  32. ^ a b c «НАСА - сканирование суррогатного глаза Уэбба» . www.nasa.gov . Проверено 21 января 2017 .
  33. ^ а б Тронсон, Харли А .; Стиавелли, Массимо; Тиленс, Александр (2009). Астрофизика в следующем десятилетии: Космический телескоп Джеймса Уэбба и сопутствующие средства . Springer Science & Business Media. п. 8. ISBN 978-1-4020-9457-6.

Внешние ссылки [ править ]

  • ссылка на диаграмму
  • Оптика и фотоника: оптические инновации в космическом телескопе Джеймса Уэбба, П. Даукантас (ноябрь 2011 г.)
  • Reddit AMA с OTE-менеджером