✖


Jump to content

Солнцезащитный козырек космического телескопа Джеймса Уэбба

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

Солнцезащитный космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) экран 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 поместить в обтекатель 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, делает экран более жестким 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 их раскрытия, в том числе и триммер. [5] [6]

Обзор

[ редактировать ]
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 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 Уэбба 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 работать. [10] Размер солнцезащитного козырька в форме воздушного змея составляет примерно 21 на 14 метров (69 на 46 футов). [11] достаточно большой, чтобы затенять главное зеркало и вторичное зеркало, оставляя только один инструмент, MIRI (средний инфракрасный прибор) , 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 работы щит получит около 200 киловатт солнечной радиации, но пропустит на другую сторону лишь 23 милливатт. [13] [11]

Солнцезащитный козырек имеет пять слоев для уменьшения теплопроводности. [6] Эти слои изготовлены из полиимидной пленки Kapton E , которая стабильна 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 статический заряд . на слоях не накапливается [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 созданы с использованием технологии Thermal Spot Bond (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

[ редактировать ]
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 испытаниям на жару, холод, радиацию и высокоскоростные микроудары. [9]

В состав солнцезащитного козырька входят: [20]

  • Основной
  • Передняя и задняя четырехзвенная навеска
  • Сборка кормовой конструкции
    • Триммер импульса (язычок прикреплен к узлу кормовой конструкции)
    • Задние распорки (распределяет слои сзади)
  • Сборка передней конструкции
    • Передние распорки
  • Средние стрелы (по одной с каждой стороны)
    • Средние распорки (раздвигают 5 слоев друг от друга)
  • Два передних и два задних узла блокировки запуска сошек.

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, имеющего примерно шесть сторон. [20]

Триммерный закрылок/триммер по импульсу

[ редактировать ]
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

[ редактировать ]
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 между слоями 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

[ редактировать ]
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] При запуске 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 Sunshield включают в себя: [23]

Внутри телескопических стрел имеются два устройства развертывания штока. [23] Это специальные электродвигатели, которые при работе выдвигали 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 солнечного 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, вытаскивая 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 изначально 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 за 3 часа 19 минут; правая сторона заняла 3 часа 42 минуты. [26] [25] После этого шага солнцезащитный козырек Уэбба приобрел полную форму воздушного змея и растянулся на полную ширину в 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 скорректировать 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   . 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]

Хронология

[ редактировать ]
  • 2007 г. или раньше, достигнут уровень технологической готовности (TRL) 6 для солнцезащитной мембраны. [10]
  • 11 сентября 2016 г. Завершен первый слой солнцезащитного козырька. [12]
  • 2016 2 ноября завершен последний пятый слой. [31]
  • 27 марта 2018 г. НАСА объявило о наличии разрывов на солнцезащитном козырьке, что способствовало задержке запуска. [32]
  • 2021 г., 25 декабря, успешный запуск космического телескопа Джеймса Уэбба из Гвианского космического центра . [33]
  • 2021 г., 31 декабря, первоначальное развертывание телескопических стрел для поддержки и развертывания солнцезащитного козырька. [34]
  • 2022 г., 3 января, первоначальное натяжение и отделение первых трех слоев солнцезащитного козырька. [35]
  • 2022 г., 4 января, завершение натяжения/разделения всех пяти слоев и успешное развертывание солнечного экрана JWST, через десять дней после запуска и на расстоянии более 0,8 миллиона километров (500 000 миль) от Земли. [1] [35] [34]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б «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. ^ Перейти обратно: а б с д «Солнцезащитные мембранные покрытия» . Космический телескоп Джеймса Уэбба . НАСА . Проверено 27 декабря 2021 г.
  4. ^ «Саншилд Уэбб/НАСА» . webb.nasa.gov . Проверено 30 декабря 2021 г.
  5. ^ Перейти обратно: а б с «Обновление Уэбба №5» . Космический телескоп Джеймса Уэбба . НАСА. Сентябрь 2008 г. Архивировано из оригинала 13 октября 2008 г.
  6. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л «О солнечном щите» . jwst.nasa.gov . Проверено 27 декабря 2021 г.
  7. ^ «Солнечная орбита» . jwst.nasa.gov . Проверено 28 августа 2016 г.
  8. ^ «Орбита Л2» . Научный институт космического телескопа. Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года . Проверено 28 августа 2016 г.
  9. ^ Перейти обратно: а б Гутро, Роб (12 ноября 2008 г.). «Сверхпрочный солнцезащитный козырек для полетов на космическом телескопе Джеймса Уэбба» . НАСА . Проверено 27 декабря 2021 г.
  10. ^ Перейти обратно: а б с Ло, Эми. Космический телескоп Джеймса Уэбба (PDF) (Отчет). 2015 «Границы инженерной мысли США: инженерные поиски экзопланет, подобных Земле» . Проверено 27 декабря 2021 г.
  11. ^ Перейти обратно: а б с д «Солнечный щит» . Научный институт космического телескопа . Проверено 11 ноября 2022 г.
  12. ^ Перейти обратно: а б «Солнечный 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 (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. ^ «Солнечный 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. ^ «Об орбите Уэбба» . НАСА . Проверено 2 января 2022 г.
  20. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я 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. ^ Перейти обратно: а б с д и «Проверка сгиба: солнечный козырек космического телескопа Джеймса Уэбба» . НАСА . 3 декабря 2012 года . Проверено 20 января 2017 г.
  24. ^ Перейти обратно: а б «Сверхпрочный солнцезащитный козырек для полетов на космическом телескопе Джеймса Уэбба» . НАСА . 12 ноября 2008 года . Проверено 20 января 2017 г.
  25. ^ Перейти обратно: а б с 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. ^ Перейти обратно: а б 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 установил 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.). «Завершен последний слой солнцезащитного экрана 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. ^ Перейти обратно: а б Дикинсон, Дэвид (4 января 2022 г.). «Критический шаг: космический телескоп Уэбб устанавливает солнцезащитный козырек» . skyandtelescope.org . Проверено 4 января 2022 г.
  35. ^ Перейти обратно: а б Кларк, Стивен (5 января 2022 г.). « Мы добились успеха!» Уэбб преодолевает главное препятствие, полностью развернув солнцезащитный козырек» . Астрономия сейчас . Проверено 5 января 2022 г.
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы по теме Sunshield (JWST) .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=James_Webb_Space_Telescope_sunshield&oldid=1224532005"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6e29d3c663895c6d97e376fc5da75477__1716063300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6e/77/6e29d3c663895c6d97e376fc5da75477.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
James Webb Space Telescope sunshield - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)