Jump to content

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] состоит из главного зеркала , вторичных зеркал , каркаса и элементов управления для поддержки зеркал, а также различных тепловых и других систем. [1]

OTE собирает свет и отправляет его на научные инструменты в интегрированном модуле научных инструментов Уэбба . [1] OTE сравнивают с « глазом » телескопа, а его объединительную плату 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 анастигматическую оптику визуализации с эффективной f / 20 Фокусное соотношение и фокусное расстояние 131,4 метра (431 фут). [4] Основной трехзеркальный телескоп представляет собой конструкцию типа Корша . [5] и он поступает в подсистему кормовой оптики (часть OTE), которая, в свою очередь, поступает в интегрированный модуль научных приборов, в котором находятся научные инструменты и датчик точного 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]

OTE сочетает в себе большое количество оптических и структурных компонентов космического телескопа Джеймса Уэбба, включая главное зеркало. [8] Он также оснащен точным рулевым зеркалом, 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 точной настройки 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 обширные испытания на Земле , чтобы убедиться, что все будет работать правильно. необходимы [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 для 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 регулировки 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] ADIR два, они изготовлены из алюминия высокой чистоты. [11] На радиаторах имеется специальное черное покрытие, которое помогает им отдавать 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]

  • Главное зеркало (18 сегментов)
  • Вторичное зеркало (диаметр 74 см (29 дюймов))
  • Третичное зеркало (3-е) (в подсистеме кормовой оптики )
  • Зеркало точного рулевого управления (в подсистеме задней оптики )
  • Конструкция телескопа
    • объединительная плата главного зеркала в сборе
    • основное крепление объединительной платы (BSF)
    • опорная конструкция вторичного зеркала
    • развертываемая башенная решетка
  • Подсистема терморегулирования
  • Кормовой раздвижной радиатор ISIM (ADIR)
  • Обнаружение и контроль волнового фронта

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 магнитен и является хорошим проводником электричества и тепла. [13] Другие инфракрасные телескопы, в которых использовались бериллиевые зеркала, включают IRAS , COBE и Spitzer . [12] Демонстратор субмасштабной модели бериллия (SBMD) был успешно испытан при криогенных температурах, и одной из проблем была шероховатость поверхности при низких числах Кельвина. [12] Бериллиевые зеркала покрыты очень тонким слоем золота, отражающим инфракрасный свет. [12] [14] Всего 18 шестиугольных сегментов сгруппированы вместе, образуя единое зеркало общим диаметром 6,5 метра (21 фут). [14]

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 излучения Солнца, DTA должен изолировать телескоп от тепла остальной конструкции, аналогично тому, как изолированная ручка кастрюли защищает от тепло печи.

DTA выдвигается с помощью двух телескопических трубок, которые могут скользить между собой на роликах. [15] Есть внутренняя трубка и внешняя трубка. [15] DTA выдвигается с помощью электродвигателя, который вращает гайку шарикового винта , 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]

Хронология

[ редактировать ]
  • Декабрь 2001 г.: опубликованы окончательные результаты теста SBMD. [18]
  • Апрель 2012 г.: завершено строительство опорной конструкции объединительной платы основного зеркала. [19]
  • Ноябрь 2015 г.: установлен первый сегмент главного зеркала. [20]
  • Декабрь 2015 г.: установлена ​​половина сегментов главного зеркала. [21]
  • 3 февраля 2016 г.: установлен последний из 18 сегментов главного зеркала. [22]
  • 3 марта 2016 г.: установлено дополнительное зеркало. [23]
  • Март 2016 г.: установлена ​​подсистема кормовой оптики. [24]
  • Май 2016 г.: OTE и ISIM объединяются в OTIS, которая представляет собой объединение этих двух регионов. [25]

Тестовые стенды для разработки

[ редактировать ]
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 разных функций и размеров. [26]

Некоторые типы объектов разработки включают в себя первопроходцы , испытательные стенды и блоки инженерных испытаний . [27] Иногда один и тот же элемент может использоваться для разных функций или это может быть вообще 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 сегмента зеркала, один из которых складывался 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 имел конструкцию длиной 8 метров (26 футов) и площадью 50 м. 2 (540 кв. футов), несколько лет спустя она была уменьшена до конструкции площадью 6,5 метра (21 фут) и площадью 25 м2. 2 (270 кв. футов). [30]

ОТЕ Следопыт

[ редактировать ]

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 позже и позволяет протестировать зеркальную интеграцию. [31] В OTE Pathfinder 12 ячеек, а не 18, по сравнению с полным телескопом, но он включает в себя проверку структуры объединительной платы. [32]

Дополнительные тесты/модели

[ редактировать ]
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 первыми 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 представлял 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 помощью Оптической испытательной системы (также известной как OTS), созданной специально для испытаний SBMD. [18] [33] SBMD должен был соответствовать требованиям к космическому зеркалу, и эти уроки были важны для разработки JWST. [34] Испытания проводились на установке рентгеновской калибровки (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:

  • ОТЕ Следопыт . [31]
  • ТБТ (испытательный стенд в масштабе 1/6) [26]
  • JOST ( J WST оптического для моделирования испытательный стенд ) [9] [26]
  • SBMD субмасштабной бериллиевой модели демонстратор ( ) [18]
  • ОТС (испытательная система для СБМД) [33]
  • ITM (это программная модель) [26]
  • КРОМЕ ( О TE Sim ulator) [35]
  • Анализатор изображения луча [35]

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

Диаграмма 1

[ редактировать ]
Маркированная схема компонентов элемента оптического телескопа

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с д и «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. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж 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. ^ Jump up to: а б с д «Инновации космического телескопа Джеймса Уэбба - обнаружение и контроль волнового фронта» . Проверено 3 ноября 2022 г.
  10. ^ Jump up to: а б «Инновации в космическом телескопе Джеймса Уэбба - объединительная плата» . Проверено 3 ноября 2022 г.
  11. ^ Jump up to: а б с «Высокоэффективные криогенные излучатели для космического телескопа Джеймса Уэбба» (PDF) . 46-я Международная конференция по экологическим системам . 10 июля 2016 г.
  12. ^ Jump up to: а б с д и «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. ^ Jump up to: а б «JWST: Гигантский Циклоп, открывающий глубины космоса» . 10 июня 2014 г. Архивировано из оригинала 01 июля 2017 г. Проверено 1 июля 2017 года .
  15. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я 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 «раздвижной сборки башни» телескопа Уэбб НАСА » . НАСА . Проверено 21 января 2017 г.
  17. ^ Дженнер, Линн (9 сентября 2015 г.). «Секреты «раздвижной сборки башни» телескопа Уэбб НАСА » .
  18. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я 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 демонстрации подмасштабного бериллиевого зеркала (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 (AOS) JWST, установленная на 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. ^ Jump up to: а б с д и Перрин, Маршалл Д.; и др. (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. ^ Jump up to: а б с д Фил Сабельхаус (20 мая 2006 г.). «Статус проекта JWST для CAA» (PDF) .
  28. ^ Jump up to: а б «Мультидисциплинарный анализ космического телескопа-предшественника NEXUS» (PDF) . 18 декабря 2002 г. Проверено 7 ноября 2021 г.
  29. ^ «Группа стратегических инженерных исследований MIT: Оливье Л. де Век» . стратегический.mit.edu . Проверено 3 февраля 2017 г.
  30. ^ Мэзер, Джон (март 2022 г.). «Научное резюме JWST для SSB» (PDF) . Проверено 3 ноября 2022 г.
  31. ^ Jump up to: а б с д Фейнберг, 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. ^ Jump up to: а б с д и Хадэуэй, 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. ^ «Резюме программы демонстрации подмасштабных бериллиевых зеркал (SBMD) и моделирование шаров» . Январь 2001 года.
  35. ^ Jump up to: а б с «НАСА – сканирование суррогатного глаза Уэбба» . www.nasa.gov . Проверено 21 января 2017 г.
  36. ^ Jump up to: а б Тронсон, Харли А.; Стиавелли, Массимо; Тиленс, Александр (2009). Астрофизика в следующем десятилетии: космический телескоп Джеймса Уэбба и параллельные установки . Springer Science & Business Media. п. 8. ISBN  978-1-4020-9457-6 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b0db552f7d4dc3f1f36019ad251c86d5__1695839220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b0/d5/b0db552f7d4dc3f1f36019ad251c86d5.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Optical Telescope Element - 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.)