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打造詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)

 西花社 2018-03-23

2017年12月1日,工程师在美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜(Webb)从美国太空总署位于德克萨斯州休斯顿的约翰逊太空中心的A会议厅出现后,与之搭建姿势。望远镜的科学仪器和光学元件组合后退出了大规模热真空测试室在里面进行大约100天的低温测试。约翰逊的科学家和工程师让韦伯进行了一系列测试,旨在确保望远镜在极其寒冷,无空气的环境下正常工作。摄影师克里斯冈恩:“美国宇航局的所有努力都是集体努力,集体照是美国宇航局文化的一部分,这个镜头可能是我制作的包括望远镜在内的最佳团体镜头之一。” 

 

光学望远镜单元(OTE)模拟器包裹在一个平台上的银毯,被降低到真空室通过一个起重机称为空间环境模拟器,进行测试,以承受3月30日,2012。耿氏空间的冷温度: “这是一张测试设备的照片,这张镜头里没有任何东西是飞行的,Webb望远镜观察者们对这个项目的任何事情都非常渴望,所以这个镜头非常受欢迎。” 

 

将在詹姆斯韦伯太空望远镜上飞行的令人惊叹的镜子将允许它看到更远的距离,并进一步回溯到最早和最遥远的恒星和星系的光线。在2012年11月6日的照片中,工程师在其中一个主镜面的表面上看到了一个工程师清澈的反射。图像非常清晰,你可以在工程师的脸上看到浓浓的表情。在镜子的表面看到工程师的身后,镜子出货的罐的顶部悬挂着四根吊带。其他工程师使用手电筒检查反光镜部分。 Gunn:“整个团队都被迷住了,关于这幅图像最有趣的事情之一就是ISIM(集成科学仪器模块,将容纳Webb四种主要仪器的单元)结构位于后台。”

对在SXSW在德克萨斯州奥斯汀,显示满量程的詹姆斯·韦伯太空望远镜模型3月8日,2013年耿氏:“这是我第一次意识到望远镜是如何大规模的将是,无论是在大小和影响这个模型让那年的SXSW每个人都着迷。“ 

 

2013年8月29日,美国国家航空和航天局摄影师德西里斯托弗穿着洁净室外套装,照亮了位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的热力真空室内的太空环境模拟器集成框架。不久之后,封闭起来,工程师们使用这个框架封装并帮助集成科学仪器模块进行低温测试。 

 

为了防止污染,光学技术人员Jeff Gum在2013年9月12日在马里兰州Greenbelt的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心与一台功能强大的三维显微镜对准了一个替代的焦平面组件。该FPA将安装在近红外摄像机(NIRCam)仪器具有独特的组件,可根据特定的红外波长范围进行个性化定制。 

 

 

机器人手臂在2013年11月7日在美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心将一枚金色詹姆斯韦伯太空望远镜飞行备用主镜片放置在背板的测试片上。当该团队实践将在洁净室内的实际望远镜上进行定位时,装配组组长Dave Sime检查背板底部的反射镜位置。 

JWST项目成员与完整的综合科学仪器模块合照。刚添加红外光谱仪附近,在完成四种仪器,包括近红外照相机的包,中红外仪器,一个精细导向传感器,和两个不同的近红外光谱仪,拍下3月25日,2014

进入一个干净的房间以获得一个复杂的,高价值的科学仪器的近距离视图被仔细控制,但美国航天局的摄影师总是得到这样的独家入场。摄影师Chris Gunn在2014年3月25日美国宇航局戈达德太空飞行中心的巨型无尘室内拍摄了NIRSpec仪器的图像。近红外光谱仪或近红外光谱仪是一种多物体光谱仪,它是一种用于观察许多物体的工具宇宙同时。 NIRSpec从大约100个远处的物体中接收光线并记录它们的光谱(太阳光通过棱镜时产生的颜色带),使用棱镜和其他光学设备将光线分离成其组件。在照片中,NIRSpec是右侧的大银质量。左侧的银色框状物体是ISIM结构的一部分。 NIRSpec的重量约为430磅(195公斤),大约相当于一架立式钢琴。它是搭载韦伯望远镜的四种仪器之一。 

 

2014年7月10日,全面部署和拉伸Webb的五层遮阳系统并检查诺斯罗普·格鲁曼公司部署的硬件。

 

“这就是空间科学的全部内容,”摄影师克里斯冈恩在2014年9月9日在休斯顿约翰逊航天中心拍摄了一张名为A室的NASA巨大热真空室的巨大口外照片。对于载人航天飞行任务,这个历史悠久的室内现在充满了为詹姆斯韦伯太空望远镜任务做好准备的工程师和技术人员。在内部,工程师和技术人员准备一个电梯系统,用于在测试过程中保持JWST。 “没有别的事情会有人在日常生活中看到,”冈恩说。 “这是我第一次拍摄了历史悠久的A厅的内部照片。将这个房间看作是一个单一的主题,这可能是我为该项目拍摄的最大的东西。照亮房间是一个挑战,我解决了直接在工作台上放置一个遥控触发灯,对我来说令人惊奇的是每个人都在运动。“ 

在戈达德太空飞行中心的巨大无尘室内,JWST光学工程师拉金凯里在2014年9月29日检查了最近放置在黑色复合结构上的两个测试镜段。这种黑色复合结构被称为詹姆斯韦伯太空望远镜的“探路者”作为支撑望远镜主镜面的脊柱。探路者是一个非飞行原型。 NASA Goddard的NASA光学望远镜元件经理Lee Feinberg说:“做好这一点对于证明我们准备在明年夏天开始将飞行镜组装到飞行结构上至关重要。 “这是第一台使用轻型分段主镜制造的太空望远镜,因此学习如何做到这一点,不仅是韦伯望远镜的开创性能力,而且也是潜在的未来太空望远镜的突破性能力。” 

 

就像驾驶员有时在冬天使用雪来清洁车镜一样,2015年1月22日,两名Exelis,Inc.工程师在美国宇航局戈达德太空飞行中心的詹姆斯韦伯太空望远镜的测试望远镜上练习“除雪”。在地面上拍摄二氧化碳雪,工程师们能够清洁大型望远镜后视镜而不会刮伤它们。 NASA光学望远镜元件经理Lee Feinberg说:“像雪一样的结晶(二氧化碳雪)会甩掉镜子上的微粒和分子。 Gunn:“观看和捕捉这个过程非常有趣,这显然是航空领域的一个常见过程,测试很成功,但可能永远不会用在全望远镜上。” 

 

约翰逊航天中心的A厅五层于2015年5月20日拍摄。Chamber A是巨型热真空室,将用于2017年James Webb太空望远镜的端到端测试。此照片在韦伯望远镜探路者测试开始之前被采取了。左边的污染控制工程师正在进行最后的FOD(异物残体)检查。在CoCoa(曲率中心光学组件)中,包裹在银色保温层中的图像中央。 CoCoa在韦伯望远镜的凹面反射镜片段上的测试非常关键,因为它们会告诉工程师是否所有的反射镜一起工作,以制造具有正确形状的望远镜。 Gunn:“这个观点是意想不到的,而且非常酷,它看起来像是一部科幻电影的集合,在框架的中心,覆盖层后面,是望远镜低温光学测试的中心。” 

2015年12月31日,望远镜结构上安装了第11枚Webb镜子。

 

2016年3月2日,美国宇航局戈达德太空飞行中心的Webb 18个镜子被完全安装在其结构上。

 

在2016年4月25日上午的无尘室内,为准备仪器安装而揭开主镜。盖子只是轻轻固定,并保护镜子,当他们面朝上。技术人员正准备旋转JWST,使镜子面朝下,以便在主镜后面安装仪器。 Gunn:“这张照片是在第一面镜子安装到背板上大约三个月后制成的,这是该项目最值得期待的时刻之一,很确定我整个时间都屏住了呼吸。在今天之前移动了几个星期。“

 

2016年4月25日,悬挂在JWST上方的技术人员在旋转以允许仪器安装之前小心地揭开镜子。

工程师Matt Macias和Eve Woolridge在2016年5月2日对NASA Goddard的JWST主镜进行了仔细观察。次镜是位于长臂顶端的圆镜,它们被折叠成发射配置。 Gunn:“这张照片仍然是我最喜欢的照片之一,在镜子被揭开后的几天里,这张照片就是我最喜欢的照片之一。这个时间表要求在一个晚上进行熄灯检查,我抓住机会让这张戏剧照片显示工程师的手电筒光束扫描望远镜的表面“。 

 

2016年5月4日,无尘室工作人员准备与JWST镜子快速合影。望远镜结构和镜子正在朝下旋转,这是将科学仪器安装在巨大的金色主镜后面所需的配置。实际上由铍制成的反射镜上覆盖着一层显微薄的金层,可以优化反射红外光。这张照片还有助于给JWST一个比例 - 主镜直径约6.5米。望远镜最终将配合与网球场大小相当的遮阳板。

 

在Webb工作的工程师和技术人员在2016年10月14日成功完成了完全组装的主镜的第一个重要光学测量,称为曲率中心测试中心。在望远镜开始前,对望远镜配置的镜子进行“之前”光学测量至关重要进入严格机械测试的几个阶段。这些测试将模拟望远镜在其进入太空的火箭内将遇到的剧烈震动和震动环境。这个环境是结构上最紧张的环境之一,可能会改变Webb主镜的形状和对齐,这可能会降级,或者在最糟糕的情况下会破坏其性能。 Gunn:“戈达德的拍摄团队和我有一个难得的机会,用望远镜拍摄图像,这张照片对我来说很特别,原因很多,但其中一个主要原因是技术人员拍摄了照片,自从集成开始以来,George Mooney一直是该项目的一员。“ 

 

2016年11月16日,洁净帐篷落在JWST上方。当美国宇航局戈达德太空飞行中心的工程师将新一代空间望远镜从相对无尘的洁净室中运出时,干净的帐篷可以保护望远镜免受灰尘和污垢侵入,振动和声学测试区域的衬套环境。 Gunn:“我最喜欢的一个,因为它真正捕捉到了大时刻的感觉,房间里的每个人都有一个角色,并且是这个过程中的一个利益相关者,你不能在这里告诉,但是有多个团队聚在一起来移动望远镜进入测试阶段,这将发生在洁净室之外。“ 

2017年3月5日,在戈达德太空飞行中心的航天器系统开发和集成设施进行熄灯检查时,检查JWST的技术人员看起来像这个图像中的幽灵般的幽灵。洁净室灯已关闭,以检查望远镜经历了振动和声学测试之后。污染控制工程师使用明亮的手电筒和特殊的紫外线手电筒检查污染情况,因为它在黑暗中更容易找到。 Gunn说:“当污染控制工程师进行熄灯检查时,我可以根据需要进行拍摄,而我只是决定享受一点乐趣,让快门打开一段时间,并在闪光灯和得到了这个非常酷的结果。“ 

 

2017年5月7日,JWST从德克萨斯州休斯顿的联合基地安德鲁斯号到达Ellington Field,望远镜安全地放置在一个特殊的转运箱中(称为空间,道路和海洋的空间望远镜转运车,或STTARS)附在一辆卡车上。韦伯首先被从美国宇航局戈达德驱赶到安德鲁斯,然后放入一架C-5货机。飞机飞往Ellington,然后用卡车将望远镜运送到美国宇航局约翰逊航天中心进行端到端的低温测试。 

 

2017年5月20日,Webb被抬到位于美国宇航局约翰逊航天中心的A室内的试验台上。最终,它将滑入室内进行低温测试。甘恩:“室外很棒,但内部令人叹为观止......只是想表达一点感觉。” 

 

美国国家航空航天局位于休斯顿的约翰逊航天中心的工程师在A室的巨大拱顶式门上耸立着。冈恩:“我努力让自己站在门的中间,把一个24英尺长的梯子移到地板上,正好赶上了这三个人在地板上晃动。” 

 

 

2017年11月19日,工程师在位于美国国家航空航天局约翰逊航天中心的A室内检查詹姆斯韦伯太空望远镜。韦伯在2017年11月18日完成了其在该室内的最终低温测试。Gunn:“在室内测试100天后,就像看到一位老朋友......整个项目和公众一样,为了实现对主镜的照明,我必须点亮房间的后墙。“ 

 

2018年3月8日,美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的组合光学元件和科学仪器从位于加利福尼亚州雷东多海滩的诺斯罗普格鲁曼公司的高海湾的专门设计的STTARS集装箱中取出。诺斯罗普是韦伯之前的最后一站之旅它将前往位于法属圭亚那库鲁的发射场,计划于2019年春发射。工程师将在该设施进行最后测试,以确保天文台已准备就绪。这些在诺斯罗普的最终测试对于确保完全组装的天文台在空间中的部署和运行至关重要。为了到达太空,望远镜必须在其Ariane 5火箭内折叠折叠式发射。一旦进入太空并与火箭的有效载荷适配器分开,Webb必须成功展开其遮阳罩,并将其镜像(包括其高度复杂的主镜)部署到活动状态。

詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope,缩写JWST),是美国航空航天局、欧洲航天局和加拿大航空航天局联合研发的红外线观测用太空望远镜。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的质量为6.2吨,约为哈勃空间望远镜(11吨)的一半。主反射镜由铍制成,口径达到6.5米,面积为哈勃太空望远镜的5倍以上。它还能在近红外波段工作、能在接近绝对零度(相当于零下273.15摄氏度)的环境中运行。

2017年9月,美国航天局表示,詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射窗口将从2018年的10月推迟至2019年的3月至6月之间。


韦伯望远镜作为美国宇航局史上最复杂的项目之一,其风险是巨大的,和“哈勃太空望远镜”不一样的是,“詹姆斯-韦伯”因为距离地球太遥远无法派宇航员进行维修保养,所以它的设计制造必须完美无缺,否则将功亏一篑!未来的系统集成测试中还可能发现未知问题,一旦测试遇到困难,就会导致发射被推迟。如果韦伯望远镜能够顺利进入轨道服役,可展示其强大的观测能力。

所属机构 :NASA、ESA、CSA

波段: 红外线

轨道高度: 150万千米(第二拉格朗日点)

轨道周期: 1年

预定发射时间: 2018年

落下时期: 2016年 - 2021年

质量: 6,200千克

别名: 新一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST)

光学系统

形式: 屈光式、牛顿式

口径: 6.5米

聚光面积: 约25米

观测装置

NIRCam 近红外照相机

NIRSpec 近红外摄谱仪

MIR 中红外装置

FGS 精细导星传感器

詹姆斯韦伯太空望远镜的主要的任务是调查作为大爆炸理论的残余红外线证据(宇宙微波背景辐射),即观测今天可见宇宙的初期状态。为达成此目的,它配备了高敏度红外线传感器、光谱器等。 为便于观测,机体要能承受极限低温,也要避开太阳和地球的光等等。

为此,詹姆斯韦伯太空望远镜附带了可折叠的遮光板,以屏蔽会成为干扰的光源。因其处于拉格朗日点,地球和太阳在望远镜的视界总处于一样的相对位置,不用频繁的修正位置也能让遮光板确实的发挥功效。



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