Телескоп Уэбба НАСА включает в себя главное, вторичное и третичное зеркало. Хотя относительно небольшие вторичные и третичные зеркала уникальны, именно расширяющееся главное зеркало имеет наиболее сложную анатомию с рядом компонентов, работающих вместе, чтобы заставить телескоп работать.Зеркала были изготовлены Ball Aerospace.
Technologies Corp., Боулдер, Колорадо. Болл является основным субподрядчиком Northrop Grumman в области оптических технологий и системы легких зеркал.
Ball Aerospace также разработала вторичное зеркало, третичное зеркало и зеркало точного управления.Чистая мощность любого телескопа определяется размером его основной оптики — чем больше первая или «первичная» оптика, тем лучше — а в случае больших телескопов оптика является зеркалом. Главное зеркало Уэбба имеет размер 6,5 метра (21 фут 4 дюйма) в поперечнике, и хотя это респектабельно по стандартам наземных телескопов, для космического телескопа оно абсолютно огромно. Такое большое зеркало в космосе необходимо, чтобы улавливать свет от самых далеких галактик и звезд во Вселенной, но оно было бы слишком большим, чтобы запускать в космос, если бы оно было единым целым, поэтому зеркало Уэбба состоит из 18 легких меньших размеров. «сегменты», которые можно сложить, чтобы они поместились в носовой части ракеты.
Каждый из 18 сегментов главного зеркала шестиугольной формы Уэбба имеет размер чуть более 1,3 метра (4,2 фута) в поперечнике и весит примерно 40 кг (88 фунтов). Все 18 узлов сегментов главного зеркала, которые будут летать на борту космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, уже прибыли в Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.Каждый из 18 сегментов зеркала — это не «просто зеркало», а сложная совокупность технологий, позволяющая всем им работать вместе как одно целое. Каждое зеркало имеет «анатомическое строение» многих частей, от отражающей бериллиевой подложки или слоя с золотым покрытием до бериллиевой структуры «завитков» и «дельта-рамы», а также прецизионных приводов для позиционирования и формы зеркала, установленных на Гибкость интерфейса объединительной платы.
«Сложность зеркал в сборе проистекает из того факта, что они спроектированы так, чтобы быть очень легкими, работать при криогенных температурах ниже -400F, выдерживать вибрацию и силы при запуске, иметь возможность выравнивания на орбите с помощью исполнительных механизмов, а затем оставаться выровненными наверх до двух недель, как если бы они были одним большим зеркалом », — сказал Ли Файнберг, менеджер по элементам оптического телескопа НАСА для космического телескопа Джеймса Уэбба в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд.Бериллиевая зеркальная подложка (гладкая зеркальная поверхность)
Бериллиевая зеркальная подложка — это часть каждого сегмента зеркала, которая действует как зеркало в классическом смысле этого слова. Каждый субстрат имеет толщину почти 2 дюйма с хорошо отполированной и изысканно гладкой «передней» отражающей стороной и «задней» стороной, которая прецизионно обработана в виде структуры, напоминающей ящик для яиц, что делает ее легче, чем если бы она была твердой. . Отражающая поверхность отполирована до «средней» шероховатости всего 20 нанометров (то есть 20 миллиардных долей метра) и покрыта микроскопически тонким слоем чистого золота, чтобы максимально увеличить его способность отражать инфракрасный свет. Бериллий является предпочтительным материалом, поскольку он чрезвычайно жесткий и легкий, а также ведет себя очень стабильно и предсказуемо при чрезвычайно низких рабочих температурах Уэбба.Бериллий Whiffles
Противоположная сторона гладкой поверхности Beryllium Substrate установлена на трех треугольных Beryllium Whiffles, которые выглядят как отверстия в ящике для яиц. Каждый дуновение имеет ширину около 1 фута и длину 2 фута. Свист распределяет нагрузку или массу (поскольку масса не имеет веса в пространстве) от нижележащих структур и механизмов, чтобы минимизировать искажения в зеркале. Бериллий был выбран потому, что он прочный и легкий, и он будет сохранять форму при очень низких температурах.
Дельта-рамка из бериллияБериллиевая дельта-рамка, или BDF, является основной промежуточной структурой для каждого из 18 сегментов главного зеркала, имеет ширину около 2,5 футов и имеет форму правильного треугольника или «дельты». BDF соединяет отражающее зеркало или подложку и свистит с исполнительными механизмами.
ПриводыПриводы — это крошечные механизмы, состоящие из прецизионных двигателей и шестерен, используемых для перемещения и формирования отражающей зеркальной поверхности подложки. Приводы выравнивают 18 сегментов главного зеркала в положениях для фокусировки на объекте в космосе.
Каждый из сегментов главного зеркала имеет шесть приводов, которые позволяют ему перемещаться и вращаться, так что все 18 могут быть выровнены друг относительно друга, чтобы действовать как одно гигантское зеркало. Кроме того, каждый сегмент главного зеркала имеет один специальный силовой привод, прикрепленный непосредственно к середине задней стороны блестящего зеркала и через длинные тонкие бериллиевые распорки к краям сегментов зеркала. Каждый силовой привод позволяет всем 18 сегментам иметь один и тот же «центр кривизны», так что все они будут фокусироваться в одной и той же точке.Эти приводы зеркал — одно из многих новых изобретений Уэбба.
Они позволяют совершать крошечные движения в масштабе нанометров, необходимые для достижения оптического совершенства. Нанометр — это одна миллиардная метра или одна миллионная миллиметра. Чтобы представить это в перспективе, примите во внимание, что типичный лист бумаги имеет толщину около 100 000 нанометров.
Более того, эти исполнительные механизмы должны надежно и многократно работать при экстремальных «криогенных» температурах, составляющих всего несколько десятков градусов выше абсолютного нуля.После того, как Уэбб развернется в космосе и остынет до рабочей температуры, инженеры на земле пошлют команды на перемещение всех приводов и согласование всех зеркал в процессе, который займет около двух месяцев. Затем, когда Webb будет полностью готов к работе и будет использоваться для научных наблюдений, настройка зеркал будет производиться примерно раз в 10–14 дней.
Благодаря этой новой технологии Уэбб станет первой космической обсерваторией, использующей активно управляемое сегментированное главное зеркало.Гибкость интерфейса объединительной платыГибкие элементы интерфейса объединительной платы соединяют сегмент главного зеркала со структурой телескопа, называемой объединительной платой. На объединительной плате находятся все 18 сегментов главного зеркала.
Изгибы допускают расширение и сжатие, которое происходит при изменении температуры — особенно большие остывания, которые происходят при предполетных испытаниях на земле, и одно большое охлаждение, которое произойдет в космосе, когда обсерватория выходит из комнатной температуры после того, как покинет свою ракета-носитель до 50 Кельвинов (минус 390 градусов по Фаренгейту) и ниже для работы. Сами изгибы представляют собой лезвия с прецизионной обработкой, которые действуют как точно настроенные пружины.Однако изгибы есть повсюду в каждом сегменте главного зеркала, а не только там, где они подключаются к объединительной плате.
Все работает вместеЦель всей этой новой специализированной технологии — работать согласованно, чтобы обеспечить большой научный прогресс. Уэбб станет главной астрономической обсерваторией следующего десятилетия.
Он будет изучать каждую фазу истории нашей Вселенной, начиная от первых световых свечений после Большого взрыва и заканчивая формированием звездных систем, способных поддерживать жизнь на планетах, таких как Земля, и эволюцией нашей собственной Солнечной системы.Телескоп Уэбба — совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Канадского космического агентства.
Полный рассказ и видео об актуаторах можно найти на сайте: http://www.nasa.gov/topics/technology/features/webb-actuator.html.Чтобы узнать о прибытии зеркал в НАСА Годдард, посетите: http://www.nasa.gov/content/goddard/final-james-webb-space-telescope-mirrors-arrive-at-nasaДля получения дополнительной информации о космическом телескопе Джеймса Уэбба НАСА посетите: http://www.jwst.nasa.gov