Солнцезащитный экран - это компонент космического телескопа Джеймса Уэбба , предназначенный для защиты основной оптики от солнечного тепла и света. Это часть космического телескопа, и он расширяется, разворачивая после запуска большой металлический лист материала. Этот материал блокирует свет и тепло Солнца, поэтому телескоп может видеть слабый свет, исходящий от звезд и галактик. Сегмент солнцезащитного козырька включает в себя слои и механизмы его развертывания, в том числе декоративную заслонку. [1] [2]
Слои солнцезащитного козырька служат изолирующим слоем для оптики и помогают рассеивать тепло. Щит состоит из пяти слоев, каждый из которых размером примерно с теннисный корт. Каждый слой толщиной с человеческий волос и покрыт алюминием для обеспечения отражательной способности. Пурпурный цвет некоторых слоев обусловлен кремнием , материалом большинства компьютерных микросхем, который делает экран жестким и помогает отражать тепло. Телескоп использует солнцезащитный экран, чтобы не нагреваться инфракрасным излучением Солнца и других близлежащих планетных объектов, которое в противном случае препятствовало бы нормальной работе бортовых инструментов.
Пурпурно-пурпурный оттенок обращенной к солнцу стороны Sunshield происходит из-за легированного кремнием алюминиевого покрытия на внешней каптоновой мембране. [3]
Обзор
Солнцезащитный экран действует как большой зонтик, позволяющий главному зеркалу, оптике и приборам пассивно охлаждаться до температуры 50 кельвинов (−220 ° C; −370 ° F) или ниже. [2] Он состоит из слоев каптона и достаточно велик, чтобы затенять главное зеркало и вторичное зеркало, поэтому только один прибор, MIRI (Mid-Infrared Instrument) , нуждается в дополнительном охлаждении. [2] Солнцезащитный экран состоит из пяти слоев для уменьшения теплопроводности, и эти слои также имеют специальное покрытие для излучения и отражения тепла в космос. [2] Первый слой имеет толщину 0,002 дюйма (51 мкм), а другие слои - толщину 0,001 дюйма (25 мкм). [4] Солнцезащитный экран в форме воздушного змея имеет размер 22 на 10 метров. [5] В процессе эксплуатации он будет получать около 300 киловатт солнечного излучения, но пропускать только 23 милливатта на другую сторону. [5] Это радиатор с V-образной канавкой и вызывает падение температуры на 300 кельвинов (300 ° C, 572 ° F) [6] спереди назад. [5] Телескоп должен быть холоднее, чем объекты, которые он пытается наблюдать. [7] Он должен быть достаточно холодным, чтобы его внутреннее инфракрасное излучение было значительно меньше, чем наблюдаемые объекты на соответствующих длинах волн. Солнцезащитный экран является важной частью телескопа для достижения достаточно низких температур для чувствительных инфракрасных наблюдений, которые он планирует проводить. [7] Солнцезащитная мембрана - одна из технологий, позволяющих работать JWST. [8]
Чтобы проводить наблюдения в ближнем и среднем инфракрасном спектре, JWST должен храниться в очень холодном состоянии (ниже 50 K (−220 ° C; −370 ° F)), иначе инфракрасное излучение от самого телескопа будет подавлять его инструменты. Поэтому он использует большой солнцезащитный экран, чтобы блокировать свет и тепло от Солнца, Земли и Луны, а его положение рядом с точкой L 2 Земля – Солнце постоянно удерживает все три тела на одной стороне космического корабля. [9] Его гало-орбита вокруг L 2 избегает тени Земли и Луны, поддерживая постоянную среду для солнечного щита и солнечных батарей. [10] Солнцезащитный козырек изготовлен из полиимидной пленки Kapton, которая устойчива при очень низких температурах. [2]
Основным материалом солнцезащитного экрана является каптон, покрытый алюминием , а два ближайших к Солнцу слоя также легированы кремнием . [2] Это помогает материалу выжить в космосе, излучать избыточное тепло, а также они предназначены для проведения электричества, поэтому на слоях не накапливается заряд. [2] Слой алюминия, легированного кремнием, имеет толщину 50 нанометров (нм). [4] На переднюю и заднюю стороны всех пяти слоев нанесено алюминиевое покрытие толщиной 100 нм. [4] Основной слой каптона на первом слое имеет дополнительную толщину 0,001 дюйма (25 мкм), а остальные - 0,001 дюйма (25 мкм). [4]
Каптон известен своей стабильностью от -269 до 400 градусов по Цельсию (от -452 до плюс 752 градусов по Фаренгейту). [3] Однако в долгосрочной перспективе, даже в условиях хранения на Земле, каптон может со временем разложиться; Каптон, используемый на держателе телескопа Skylab Apollo, пришел в негодность через 40 лет. [11]
Слои спроектированы с помощью Thermal Spot Bond (TSB), что помогает предотвратить увеличение размера трещин или отверстий в случае их возникновения. [2] К каждому слою через определенные промежутки времени прикреплена сетка. [2]
Каждый слой имеет немного разную форму и размер. [2] Слой (уровень 5) самый близкий к главному зеркалу и самый маленький. Самый близкий к Солнцу слой называется слоем 1, он больше и более изогнут. [2] Первый слой блокирует 90% тепла, а каждый последующий слой блокирует больше тепла, которое отводится по бокам. [2] [7] Солнцезащитный козырек позволяет оптике оставаться в тени при углах тангажа от + 5 ° до -45 ° и углах крена от + 5 ° до -5 °. [8]
Солнцезащитный предназначено быть сложены в двенадцать раз , чтобы он поместился в пределах Ariane 5 ракеты 4,57 м × 16,19 м бандаж. После развертывания в точке L2 он развернется до 21,197 м × 14,162 м . Солнцезащитный козырек был вручную собран в ManTech (NeXolve) в Хантсвилле, штат Алабама, прежде чем он был доставлен в Northrop Grumman в Редондо-Бич, штат Калифорния, для тестирования. [12] Во время запуска он оборачивается вокруг элемента оптического телескопа, а затем разворачивается. [5] Солнцезащитный козырек планируется развернуть через два дня после запуска. [13]
Инфракрасное - это тепловое излучение. Чтобы увидеть слабое свечение инфракрасного тепла от далеких звезд и галактик, телескоп должен быть очень холодным. Если бы телескоп был нагрет солнечным светом или теплым свечением Земли, инфракрасный свет, излучаемый телескопом, затмил бы его цели, и он не смог бы ничего увидеть.
- Заместитель старшего научного сотрудника НАСА по телескопу Уэбба в Годдарде, 2008 г. [14]
Развертывание
Компонент солнцезащитного козырька прикрепляется к главному космическому кораблю, и его штанги расширяются наружу, расширяя головной щит и разделяя слои. [15] Во время запуска щит складывается; позже, когда он окажется в космосе, его осторожно развернут. [15]
Структура / устройства развертывания Sunshield включают: [16]
- телескопические стрелы
- стволовые развертыватели
- распорки
- тросовые приводы
Внутри телескопической стрелы есть два механизма развертывания выноса. [16] Это специальные электродвигатели, которые при включении выдвигали телескопическую стрелу, выдвигая сложенный солнцезащитный козырек. [16] Телескопические стрелы называются MBA или узлами средней стрелы. [17] В конце каждого MBA есть распорка.
Компоненты: [17]
- Основной
- Передняя и кормовая четырехрычажная навеска
- Монтаж кормовой конструкции
- Триммер Momentum (язычок прикреплен к узлу кормовой конструкции)
- Кормовые распорки (разбрасывает слои сзади)
- Сборка передней конструкции
- Передние распорки
- Средние штанги (по одной с каждой стороны)
- Средние распорки (раздвигает 5 слоев)
- Два передних и два задних узла замка запуска сошек
Узлы замка запуска сошки - это место, где сегмент Sunshield соединяется с OTE, когда он складывается во время запуска. [17]
Есть шесть распорок, которые расширяются для разделения слоев солнцезащитного козырька, у которого примерно шесть сторон. [17]
Когда солнцезащитный козырёк полностью раскрыт, его ширина составляет 14,6 метра, а длина - 21,1 метра. [17] Когда слои полностью открыты, они открываются шире по краям, что помогает отражать тепло наружу. [17]
Триммерная заслонка / триммер импульса
Сегмент солнцезащитного козырька также включает в себя обшивку на конце стрелы для развертывания солнцезащитного козырька. [1] Это также называется триммером импульса. [17] Триммер помогает сбалансировать давление солнца . [1] Триммер также управляет действием реактивных колес . [1] Реактивные колеса расположены в автобусе космического корабля .
Триммер уменьшает количество необходимого топлива, потому что космическому кораблю не нужно уравновешивать силу, создаваемую солнечным давлением. [17]
Слои
Слой, ближайший к главному зеркалу, L5, является единственным, имеющим прямую видимость, в то время как слой L5, ближайший к Солнцу, является единственным, который получает прямой солнечный свет. [2] Разделение между слоями в космическом вакууме предотвращает теплопередачу за счет теплопроводности и помогает отводить тепло. [16]
Легирование кремнием - это то, что вызывает фиолетовый оттенок областей, покрытых этим материалом. [16]
Слои спроектированы таким образом, что Солнце, Земля и Луна светят почти исключительно на слой 1, иногда на крошечную часть слоя 2, а с другой стороны, на которой элементы телескопа видят только слой 5, а иногда и небольшую часть слоя 4. [ 17]
Слои: [2]
- Самая большая площадь [2]
- 0,05 миллиметра (0,002 дюйма)
- Алюминиевое покрытие 100 нм (3,93 микродюйма) (с обеих сторон)
- 50 нм (1,9 микродюйма), легированный кремнием алюминий
- 0,025 мм (0,001 дюйма)
- Алюминиевое покрытие 100 нм (3,93 микродюйма) (с обеих сторон)
- 50 нм (1,9 микродюйма), легированный кремнием алюминий
- 0,025 мм (0,001 дюйма)
- Алюминиевое покрытие 100 нм (3,93 микродюйма) (с обеих сторон)
- 0,025 мм (0,001 дюйма)
- Алюминиевое покрытие 100 нм (3,93 микродюйма) (с обеих сторон)
- Наименьшая площадь [2]
- 0,025 мм (0,001 дюйма)
- Алюминиевое покрытие 100 нм (3,93 микродюйма) (с обеих сторон)
Во время разработки материал слоя Sunshield был испытан на тепловые, холодные, радиационные и высокоскоростные микровоздействия. [14]
События
- 2007 г. или ранее достигнуто значение TRL6 для мембраны Sunshield [8]
- 11 сентября 2016 года завершен первый слой Sunshield. [6]
- 2 ноября 2016 года завершен последний слой. [18]
- 27 марта 2018 года НАСА сообщило о наличии слез на солнцезащитном экране, что привело к задержкам запуска. [19]
Смотрите также
- Хронология космического телескопа Джеймса Уэбба
- Skylab (также использовался развернутый солнцезащитный экран из расширяющейся ткани / слоя в 1970-х годах)
- Тепловой контроль космических аппаратов
- Миссия New Worlds (также блокирует солнечный свет, но для наблюдения за экзопланетами, скрытыми их яркой родительской звездой)
- Изоляция
- Тепловой экран
Рекомендации
- ^ Б с d Вебб Update # 5 - сентябрь 2008 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р «Джеймса Вебба космического телескопа» .
- ^ а б «Солнцезащитные покрытия Уэбб / НАСА» . jwst.nasa.gov . Проверено 16 сентября 2019 .
- ^ а б в г "Космический телескоп Джеймса Уэбба" .
- ^ а б в г «Солнечный щит» .
- ^ а б "Солнцезащитный козырек JWST" .
- ^ а б в Феррейра, Бекки (20 октября 2014 г.). «Этот солнцезащитный экран защитит самый мощный космический телескоп в мире от жарки» . Vice .
- ^ а б в «2015 ГОДЫ ИНЖЕНЕРИИ США: Космический телескоп Джеймса Уэбба - Сессия: РАЗРАБОТКА ПОИСКА ЗЕМЛЕПОДОБНЫХ ЭКЗОПЛАНЕТ Автор: Эми Ло, Northrop Grumman Aerospace Systems» .
- ^ "Космический телескоп Джеймса Уэбба" . nasa.gov . Проверено 28 августа 2016 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «L2 Орбита» . Научный институт космического телескопа . Проверено 28 августа 2016 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Уилли, Скотт (10 декабря 2015 г.). «Восстановление опоры телескопа Аполлона» . Национальный музей авиации и космонавтики . Проверено 12 июля 2018 .
Распаковывая лонжерон в сентябре 2014 года, мы обнаружили, что по прошествии 40 лет Kapton® - блестящий, морщинистый материал, который вы часто видите на спутниках, и в данном случае черный материал, который вы видите на наших фотографиях, - был в очень плохом состоянии.
- ^ Morring, младший, Фрэнк, солнцезащитный, Aviation Week и космическая технология , 16 декабря 2013, стр. 48-49.
- ^ «Развертывание» .
- ^ а б Гутро, Роб (12 ноября 2008 г.). «Сверхпрочный солнцезащитный экран для полета на космическом телескопе Джеймса Уэбба» . НАСА.
- ^ а б «Сверхпрочный солнцезащитный экран для полета на космическом телескопе Джеймса Уэбба» . НАСА . Проверено 20 января 2017 .
- ^ а б в г д "Проверка складки: солнечный щит космического телескопа Джеймса Уэбба" . НАСА. 3 декабря 2012 . Проверено 20 января 2017 .
- ^ Б с д е е г ч I Arenberg, J .; Flynn, J .; Cohen, A .; Lynch, R .; Купер, Дж. (9 августа 2016 г.). MacEwen, Howard A; Фацио, Джованни Дж. Lystrup, Makenzie; Баталья, Натали; Зиглер, Николас; Тонг, Эдвард С (ред.). «Статус солнцезащитного козырька и космического корабля JWST» (PDF) . Общество инженеров фотооптического приборостроения (SPIE) . Космические телескопы и приборы 2016: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны. 9904 : 990405. Bibcode : 2016SPIE.9904E..05A . DOI : 10.1117 / 12.2234481 . S2CID 126299529 . Проверено 28 марта 2018 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Шарки, Джим (2016-11-02). «Завершен последний слой солнцезащитного козырька для космического телескопа НАСА Джеймса Уэбба» . SpaceFlight Insider.
- ^ Левин, Сара (27 марта 2018 г.). «НАСА откладывает запуск космического телескопа Джеймса Уэбба до 2020 года» . Space.com . Проверено 28 марта 2018 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
Внешние ссылки
- Проектирование секции космического телескопа Джеймса Уэбба The JWST Sunshield