二十余年的血泪史

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二十余年的血泪史

2024-06-04 03:13| 来源: 网络整理| 查看: 265

先看看鸽王的真容即将变成现实的影像一、研制背景

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(NASA)、欧洲航天局(ESA)和加拿大航空航天局(CSA)联合研发的红外线观测用太空望远镜,以作为哈勃望远镜(HST)的继任者。美国宇航局戈达德太空飞行中心正在管理开发工作。主要的工业合作伙伴是诺斯罗普格鲁曼公司,该太空望远镜科学研究所将在发射后运行韦伯望远镜。(从1996年开始,美国宇航局向全国招标,寻找这个极端精密的新式空间望远镜计划。竞标的四个机构分别是:美国宇航局/戈达德宇航中心、美国TRW公司、著名的洛克西德-马丁公司和美国鲍尔航空宇宙公司。最后,TRW公司经过严格筛选终于夺帅。)事实证明,这一决策很有必要,尤其是哈勃前一阵子的陀螺仪又报废一个,逐梦者那个不争气的还不能去修。

詹姆斯·韦伯望远镜取名自NASA第二任局长——詹姆斯·韦伯,以纪念在他在任期内所领导的诸多历史性的航天任务。

按原计划,韦伯望远镜本应在2014年升空,但后因预算等问题推迟。经历陆续推迟后,韦伯望远镜的发射日期定于2021年12月18日(据ESA),经费也由预算的4亿美元飙升到100亿美元。

二、基本参数

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

轨道:距离地球 150 万公里,绕拉格朗日二点(L2)运行

波段: 红外线

波长覆盖:0.6 - 28.5 微米

轨道周期:约一年

任务持续时间5 - 10 年

总有效载荷质量:约 6200 kg,包括天文台、在轨消耗和运载火箭适配器。

光学系统形式: 屈光式、牛顿式

主镜直径:约 6.5 m (21.3 ft)

主镜通光孔径(聚光面积):25 m²

主镜质量:705kg

单个主镜段的质量:单个铍镜为 20.1 kg,一个完整的主镜段组件 (PMSA) 为 39.48 kg。

焦距:131.4米

主镜段数(=主镜片数):18

光学分辨率:~0.1 弧秒

遮阳板尺寸:21.197 米 x 14.162 米(69.5 英尺 x 46.5 英尺)

遮阳层温度:第 1 层: 最高温度 383K = 约 231F                      第 5 层: 最高温度 221K = 约 -80F   最低温度 36K = 约 -394F

工作温度:低于 50 K (-370 °F)

镀金:镀金厚度 = 100 x 10 -9米(1000 埃)。表面积= 25 m ²。室温下的金密度 (19.3                        g/cm 3 )。计算得,涂层使用了 48.25g 的金,大约等于一个高尔夫球的质量。

观测装置      NIRCam 近红外照相机

                    NIRSpec 近红外摄谱仪,具有可编程微快门,可同时观察多达 100 个物体

                    MIR 中红外装置,冷却装置会将它冷却到7K。

                    FGS 精细导星传感器

                    NIRISS 近红外成像仪和无缝隙光谱仪

三、发射

韦伯将从位于法属圭亚那库鲁附近的欧洲航天港的阿丽亚娜航天公司的 ELA-3 发射场发射。

目前,用于发射的Ariane V 火箭和韦伯望远镜都已经准备就绪。

法属圭亚那库鲁航天发射场位置法属圭亚那库鲁航天发射场俯瞰图器箭组合体

Launch Segment 有 3 个主要组成部分:

1. 运载火箭:带有低温上级的阿丽亚娜 V型 ECA 火箭(Ariane V Evolved Cryogenic, model A)。它将以单次发射配置提供较长的有效载荷整流罩,最大静态直径 4.57 米,可用长度 16.19 米。

2. 有效载荷适配器,包括 Cone 3936 和 ACU 2624 下圆柱体和夹箍,提供韦伯望远镜的天文台和运载火箭之间的分离机械和电气接口。

为了将直径6.5m的韦伯望远镜装入火箭,需要把它折叠起来,如下图方式装入整流罩。

直到器箭分离后韦伯再展开拆开!

阿丽亚娜 V一级采用 Vulcain-2 氢氧发动机,推力1360KN。

助推器采用MPS-SRM(Solid Rocket Motor)固推,平均推力5060KN,最大推力7080KN。

起飞级将在T+7.3s 提供约13400KN的起飞推力。

二级采用HM-7B液体发动机,推力67KN。

(以上数据均来源于ESA官网网页及宣传图片,可能与其他信息有一定偏差)

飞行动画:https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/09/Webb_flies_Ariane_animation#.YVp2h2Mf8Oo.link

站内转载:BV1WW411y7vJ

助推器分离后将会落在大西洋预定区域。随后,整流罩分离。一级分离后,上面级组合体将会滑翔一段时间,随后执行上面级点火操作。发动机工作过程中,组合体会进行滚转,以避免望远镜受到太阳光过多的炙烤,直到器箭分离后才会修正滚转。分离后太阳能板展开,推进和姿控系统工作。(为了保证镜片清洁,推进器仅安装在了望远镜入轨后面向太阳的一侧)

望远镜会在飞越月球前进行一次中段轨道修正,并打开地球指向天线,和地球建立联系通道。

首个部署的是遮光托盘,随后利用塔体分离望远镜镜体、有效载荷和遮光系统。为了平衡光压,韦伯望远镜在一端安装了一个尾部的平板,让光压力穿过质心,以减小对姿态的影响。

随后遮光薄膜进行一次释放,卷起保护膜,方便于后续的部署。核心部分的保护罩打开后,延展部分伸出,完全伸展并拉紧遮光罩。(这一步可谓关键,在无人监控的条件下自主拉紧厚度不足头发丝直径的薄膜,而薄膜是接下来任务的保障。在地面测试时,就曾经出现过薄膜撕裂的情况)。随后,副镜(次镜)和辐射散热器部署到位,辐射散热器将仪器产生的废热辐射进入太空,以避免对仪器工作产生干扰。

终于,主镜展开,部署。发射后29天执行一次轨道修正,使望远镜进入Halo轨道。部署完毕后,镜片进行方向校准和仪器检测,发射后160天左右开始正常运行。

四、天基部分(天文台)

光学望远镜元件(OTE)、综合科学仪器模块(ISIM)、遮阳板和航天器支持系统组成了韦伯望远镜的天基部分,即韦伯望远镜的天文台。(spacecraft bus那个暂且翻译成航天器支持系统吧....大概相当于一个航天器的运行消耗储备器)

上面的那坨

OTE (Optical Telescope Element )

光学望远镜元件 (OTE) 是詹姆斯韦伯太空望远镜天文台的“眼睛”。OTE 由反射镜以及支持光学器件的结构和子系统组成。

OTIS (OTE+ISIM) 从 NASA Johnson 的低温真空室出来

由 18 个六边形镜体部分组成

次镜,圆形,直径0.74 米

三级反射镜和精细转向镜,两者都包含在尾部光学子系统中。

望远镜结构(包括主镜背板组件、主背板支撑装置 (BSF)、次镜支撑结构和可展开的塔阵) BSF 将容纳仪器模块。

热管理子系统

后部可展开式 ISIM 散热器 (ADIR)

波前传感和控制

ISIM (Integrated Science Instrument Module)ISIM仪器安装过程

韦伯的仪器包含在综合科学仪器模块 (ISIM) 中,这部分就是“主要有效载荷”。其组成包括:

Near-Infrared Camera , 或 NIRCam - 由亚利桑那大学提供

近红外光谱仪,或 NIRSpec - 由 ESA 提供,组件由 NASA/GSFC 提供。

中红外仪器,或 MIRI - 由欧洲联盟与欧洲航天局 (ESA) 和 NASA 喷气推进实验室 (JPL) 提供

精细制导传感器/近红外成像仪和无缝隙光谱仪,或 FGS/NIRISS - 由加拿大航天局提供。

ISIM在主镜后面背板下面就是有效载荷ISIM的集成区域

上图注:“区域 1”组件是低温仪器模块。它将探测器冷却至 39 K,这是必要的第一阶段冷却工作,以便航天器自身的热量不会干扰从遥远的宇宙源探测到的红外线。ISIM/ OTE热管理子系统提供被动冷却,其他设备会使探测器冷却更深一层。

“区域 2”组件是 ISIM 电子隔间,它为仪器控制电子设备提供安装面和周围的热控制环境。

位于航天器支持系统内的“区域 3”组件是 ISIM 命令和数据处理子系统,带有集成的 ISIM 飞行软件,以及 MIRI 低温冷却器压缩机和控制电子设备。

Sunshield 

韦伯望远镜的隔热薄膜

遮阳罩将天文台分隔成温度较高的朝阳侧(航天器)(热力模型显示最外层的最高温度为 383K, 或大约 230 华氏度)和低温的防日晒侧(OTE和ISIM)(最冷层的建模最低温度为 36K 或大约 -394 华氏度)。遮阳板使太阳、地球和航天器总线电子设备的热量远离 OTE 和 ISIM,因此天文台的这些部件可以保持极度低温。(因为它们的工作温度必须保持在 50 K 或 -370 华氏度以下)

遮阳罩共有5层,每层有一个网球场那么大(尺寸21.197 mx 14.162 m (69.5 ft x 46.5 ft))

除此之外,冷却系统还包括氦制冷机和低温冷却器系统。

遮阳板由具有特殊热性能的称为Kapton的轻质材料(一种涂有反射金属的坚韧高性能塑料)制成,表面有特殊涂层。

五层遮阳罩的每一层都由独特的复合材料制成,每一层都有特定的厚度和尺寸,它们必须在空间上精确地分开,甚至还有特殊的接缝和加固物来限制陨石的伤害。五层的隔热罩将天文台冷热侧之间的温度降低了大约 570 华氏度。

诺斯罗普格鲁曼公司的隔热罩

材料

Kapton 是一种聚酰亚胺薄膜,由杜邦公司于 1960 年代后期开发。它具有高耐热性,并在从负 269 到正 400 摄氏度(负 452 到正 752 华氏度)的广泛温度范围内保持稳定。在这些温度中的最高温度下,它不会熔化或燃烧。在地球上,Kapton 聚酰亚胺薄膜可用于各种电气和电子绝缘应用。

每层遮光罩都涂有铝,两个最热的层(第 1 层和第 2 层)的面向太阳的一侧也有“掺杂硅”(处理过的硅)涂层,以将太阳的热量反射回太空。涂有铝和掺杂硅的目的是提高其在太空环境中的光学性能和使用寿命。掺杂是在硅涂层过程中混入少量另一种材料以使涂层具有导电性的过程。涂层需要导电,以便膜可以与 JWST 的其余部分电气接地,并且不会在其表面积聚静电荷。硅具有高反射率,这意味着它会发出最多的热量和光,并起到阻止太阳热量到达位于其下方的红外仪器的作用。高反射铝表面还可以将剩余的能量从遮阳层边缘的缝隙中反射出来。遮阳板下侧的粉红色实际上是由于涂层造成的。

筝形结构能将热量直接从侧面、周边、层之间辐射出来,有利于航天器支持系统产生的热量的排出和隔离。第五层主要用于防止缺陷、微流星体孔等,层间的间隙提供了额外的绝缘效果。

第 1 层将面向太阳,厚度仅为 0.05 毫米(0.002 英寸),而其他四层则为 0.025 毫米(0.001 英寸)。铝和硅涂层的厚度甚至更小。硅涂层约 50 纳米 (nm)(1.9 微英寸)厚,而铝涂层约 100 纳米(3.93 微英寸)厚。

第 5 层(主镜下方)最小,第 1 层最大。第 1 层相对平坦,第 5 层更弯曲。这些层在中心靠得更近,在边缘离得更远,以将热量从中心引导到层的外部。

其他

The momentum flap平衡了遮阳太阳光压,像帆船修剪瓣。它在轨道上不可调节,但在地面上时可调节。

地球指向天线将科学数据传回地球,并从美国宇航局的深空网络接收命令。

太阳能电池阵列始终面向太阳,以将太阳光转换为电能来驱动天文台。

星跟踪器是使用星星图案为目标的天文台小型望远镜。

韦伯望远镜的主要结构

航天器支持系统(spacecraft bus)总装中的spacecraft bus

Spacecraft bus 为韦伯天文台的运行提供了必要的支持功能。

支持系统包括六个主要子系统:

电力子系统

姿态控制子系统

通讯子系统

命令和数据处理子系统

推进子系统

热控制子系统

电力子系统

电力子系统将照射在太阳能电池板上的阳光转换为运行spacecraft bus中其他子系统以及科学仪器有效载荷所需的电力。

姿态控制子系统

姿态控制子系统感知天文台的方向,将天文台保持在稳定的轨道上,并提供天文台对科学仪器想要观察的天空区域的粗略指向。

通讯子系统

通讯子系统从操作控制中心接收指令(命令)并将科学和状态数据发送(传输)到 OCC。

命令和数据处理 (C&DH) 系统

命令和数据处理 (C&DH) 系统是spacecraft bus的大脑。该系统有一台计算机,即命令遥测处理器 (CTP),它接收来自通信系统的命令并将它们定向到适当的接收者。C&DH 还拥有用于天文台的内存/数据存储设备,即固态记录器 (SSR)。CTP 将控制科学仪器、SSR 和通信系统之间的交互。

推进系统

推进系统包含燃料箱和火箭,在姿态控制系统的引导下,它们会被发射以保持轨道。

火箭推进器和推进剂

韦伯有两种类型的火箭推进器。一种称为“二次燃烧增强推进器”(SCAT),它们用于轨道校正(例如航天器每次机动时应用的速度变化以及轨道站保持)。韦伯有两对(配对冗余)。他们分别使用肼和四氧化二氮作为燃料和氧化剂,这使得 SCAT 被工程师称为“双组元”推进器。Webb 上的另一种推进器称为 MRE-1,或单组元火箭发动机,因为它只使用肼。韦伯上有8个MRE-1,用于反作用轮的姿态控制和动量控制。

相关文章:https://jwst-docs.stsci.edu/jwst-observatory-hardware/jwst-spacecraft-bus/jwst-propulsion

https://jwst-docs.stsci.edu/jwst-observatory-hardware/jwst-momentum-management

在科学观测期间,天文台将指向一个目标,在该方向上,遮阳罩的压力中心与天文台的质心不对齐。当太阳光子撞击大型遮阳罩时,它们会在整个天文台上施加扭矩。姿态控制子系统 (ACS) 通过适当改变反作用轮上的旋转速率来抵消该扭矩,结果角动量在反作用轮中积累。动量积累取决于太阳俯仰角、望远镜的滚动方向以及特定指向位置的访问持续时间。必须管理反作用轮的角动量(旋转速度)以保持在操作限制内。

热控制子系统

热控制子系统维持航天器总线的工作温度。

五、韦伯望远镜的主镜

建造一个6.5米直径的巨大望远镜,才能满足对深空的观测要求。然而,如此巨大的望远镜如果按照哈勃望远镜的材料制作,它的重量将大到让阿丽亚娜自闭。韦伯望远镜团队决定用既坚固又轻便的铍制成镜段。每个部分重约 20 公斤(46 磅),单位面积质量仅为哈勃的十分之一。又由于纯铍的反射率不够理想,团队在镜面上镀了一层金。没错,纯金。

前面曾介绍过,为了能装入火箭,哈勃采用了折叠结构。18 个六边形镜段中的每一个直径为 1.32 米(4.3 英尺),副镜直径0.74米。

Why Hexagonal?(为什么是六边形?)

六边形具有高填充系数和六重对称性。高填充系数意味着它容易无缝隙地拼接在一起,而六重对称性使18个镜片只需要存在3种不同的光学处理配置(每种各6个镜片)。整个主镜呈现大致的圆形,使光线能聚集在一点,而不是椭圆形的拉长或是正方形的中心光片。

A B C 分别代表不同的光学处理方式每个主镜片都有独特的编号,搭配实物图

驱动器或微型机械马达保障了单一完美的对焦。主镜段和副镜由六个安装在每个镜片背面的驱动器移动。主镜段在其中心还有一个额外的驱动器,用于调整其曲率。望远镜的三级镜保持静止。为了将主镜段对齐,形成一个单一的大镜子,每个镜子都对齐到人类头发厚度的 1/10,000。更令人惊奇的是研究韦伯望远镜的工程师和科学家不得不发明如何做到这一点。

主镜镜片背面的结构和装置主镜镜片背面结构和部件工程挑战:让韦伯的镜面保持低温

另一个挑战是让韦伯的镜面保持低温。为了看到早期宇宙中的第一批恒星和星系,天文学家必须观察它们发出的红外线,并使用针对这种光优化的望远镜和仪器。因为温度较高物体会发出红外线或热量,如果韦伯的主镜与哈勃太空望远镜的温度相同,那么来自遥远星系的微弱红外光就会湮没在镜子的红外光中。因此,韦伯需要保持低温,它的主镜在 -220 摄氏度(-364 华氏度)左右。作为一个整体必须能够承受极冷的温度并保持其形状。

韦伯属于“三反消像散望远镜”。在这种配置中,主镜是凹面的,次镜是凸面的,并且稍微离轴工作,三次消除产生的散光并使焦平面变平,允许了更大的视野。

在AMSD(The Advanced Mirror System Demonstrator)计划中,曾经尝试建造过两个轻型反射镜。一种是由 Ball Aerospace 用铍制成的,另一个由柯达(原 ITT,现为哈里斯公司)制造,由一种特殊类型的玻璃制成。综合考虑它们的工作效果、成本以及建造 6.5 米的全尺寸镜子的难易程度后,专家建议为詹姆斯韦伯太空望远镜选择铍镜,诺斯罗普格鲁曼公司同样选择了铍,美国宇航局戈达德的项目管理层批准了这一决定。

镜面制造

詹姆斯韦伯太空望远镜的 18 个特殊轻型铍反射镜必须在美国各地的 11 个不同地方停靠 14 站才能完成制造。它们出现在犹他州的铍矿,然后搬到全国各地进行加工和抛光。这些镜子沿途停靠了八个州,有的州还停了不止一次。最后,它们将前往南美洲发射并开始最后的太空之旅。

镜片们的旅程

制作韦伯镜片的铍原料在犹他州开采,并在俄亥俄州的 Brush Wellman 提纯。韦伯反射镜中使用的特殊类型的铍称为 O-30,是一种细粉。将粉末放入不锈钢罐中并压成扁平形状。钢罐被移除后,由此产生的铍块就会被切成两半,制成两个约 1.3 米(4 英尺)宽的镜子坯料。每个镜坯用于制作一个镜段;全镜由 18 个六边形部分组成。

镜坯通过检查后,它们就会被送到阿拉巴马州卡尔曼的 Axsys Technologies。前两个镜坯于 2004 年 3 月完成。(没错,2004年。)

Axsys Technologies 将镜坯成型为最终形状。塑造镜子的过程首先切掉铍镜坯的背面的大部分,只留下一个薄的“肋”结构。“肋”结构仅约 1 毫米(约 1/25 英寸)厚。尽管大部分金属都被切割了,但肋骨足以保持节段的形状稳定,结构的优化也让每个部分都非常轻。一个铍镜段的质量为 20 kg。(一个完整的主镜段组件包括其驱动器约 40 kg)

镜坯的背面结构镜面抛光

Axsys 将镜面部分成型后,将它们发送到加利福尼亚州里士满,在那里 SSG/Tinsley 对其进行抛光。

SSG/Tinsley 首先研磨每个镜子的表面,使其接近其最终形状。完成后,镜子被小心地平整和抛光。平整和抛光的过程不断重复,直到每个镜段都近乎完美。那时,这些片段被送往位于阿拉巴马州亨茨维尔 (MSFC) 的 NASA 马歇尔太空飞行中心进行低温测试。

由于许多材料在温度变化时会改变形状,因此 Ball Aerospace 的一个测试团队与马歇尔 X 射线和低温设施 (XRCF) 的 NASA 工程师合作,将镜面部分冷却到韦伯将在深空体验的温度,-400华氏度(-240 摄氏度)。

(Ball Aerospace 于 2009 年在 Marshall 的 XRCF 开始对主镜段进行低温测试。)

单位镜片抛光设计

Ball Aerospace Engineers 使用激光干涉仪记录了由于暴露在这些低温下而导致的反射镜段形状的变化。这些信息与镜子一起返回加利福尼亚,在廷斯利进行最后的表面抛光。镜子的最终抛光于2011 年 6 月完成。

镀金

镜面部分的最终形状因低温导致的任何成像效果偏差得到校正,并且抛光完成后,就会涂上一层薄薄的金涂层。金改善了镜子对红外线的反射。

镀金的方法用到了真空气相沉积。Quantum Coating Incorporated 为韦伯望远镜反射镜提供了涂层:镜子被放置在真空室中,少量的金被蒸发并沉积在镜子上。金的典型厚度为 1000 埃(100 纳米)。一层薄薄的无定形 SiO2(玻璃的主要材质)沉积在金的顶部,以防止在处理时对金产生损伤或微小颗粒接触到表面并移动产生划痕。(因为纯金非常柔软)。

可以看到,四种镜片上面都镀了一层金镀金的部分主镜镜片

镀金后的副镜

抵达戈达德航天中心后,所有镜片都将保存在洁净室的特殊保护罐中。

戈达德航天中心的镜罐

随后,这些镜片将被安装在flight telescope structure上(用于安装镜片的望远镜的骨架),该结构如下图。首枚镜片安装于2015年11月22日。

flight telescope structure

为了在组装过程中保护镜片,每枚镜片上盖有轻便的黑色镜盖,一旦镜子完全组装好就将其取下。

黑色的就是镜盖

随后全镜面露出:

在镜面建造完毕后,科学仪器ISIM集成、安装到望远镜系统中。随后,望远镜接受了一系列包括声学、震动、低温光学、热真空、仪器的测试。其中,热真空测试在约翰逊航天中心的 A室进行——约翰逊航天中心的A室是美国宇航局唯一一个足够容纳韦伯的热真空室。

对齐太空中的镜片

望远镜进入轨道后,地球上的工程师将需要对韦伯望远镜主镜段的定位进行修正,使它们对齐——确保它们能产生清晰、聚焦的图像。

这些校正的过程称为波前传感和控制。该过程将镜子对准在几十纳米以内。在此过程中,波前传感器(在本例中为NIRCam)会测量反射镜段对齐中的所有缺陷,(这些缺陷会阻止它们像一个6.5 米的整体一样工作)工程师将使用 NIRCam 拍摄 18 张散焦的恒星图像,每个镜面各一张。然后工程师使用计算机算法从这些单独的图像中确定主镜的整体形状,并确定他们必须如何移动镜子以对齐它们。

六、站在先驱的肩膀上——韦伯望远镜(JWST)与哈勃望远镜(HST)的对比

首先纠正一个错误认知:韦伯望远镜不是哈勃的代替者,而是继任者。它们共同承载了人类对星辰的探索的愿望,代表着人类最远的好奇心。

韦伯是哈勃的科学继承者,它的科学目标是由哈勃望远镜的结果驱动的。哈勃的科学促使我们着眼于更长的波长,以“超越”哈勃已经完成的工作。特别是,更远的物体红移程度更高,它们的光从紫外线和光学进入近红外波段。因此,我们需要韦伯望远镜来观测这些更深邃的远空。而哈勃望远镜主要在光学和紫外线波长下研究宇宙(尽管它具备一些红外线能力)。

两任辛勤的探索者(左边的加个“即将”)

韦伯望远镜镜面直径6.5米,而哈勃望远镜的主镜直径为2.4米。因此,哈勃望远镜的收集面积为4m²,韦伯望远镜的收集面积为25m²,为哈勃望远镜的6.25倍。(注意:哈勃望远镜内部的WFPC2有较大的遮光面积,遮光半径为0.39m到0.43m之间。)Webb 有比哈勃上的 NICMOS 相机大得多的视野(覆盖面积超过约 15 倍),并且空间分辨率也比红外斯皮策太空望远镜好得多。

主镜的直径对比Webb 的遮阳板大约 22 米 x 12 米(69.5 英尺 x 46.5 英尺)。它大约是 737 飞机的一半大。遮阳板大约有一个网球场那么大。

HST运行在570km的LEO上,而JWST围绕着距离地球150万km的L2点运行。

轨道高度的差别(非真实比例)

韦伯望远镜能看到宇宙在大爆炸后大约 15 亿年(可能回到 1 亿年)之后的样子,那时第一批恒星和星系开始形成,相当于宇宙的“婴儿期”,而哈勃望远镜观测对象是宇宙的“幼儿期”。

哈勃和韦伯望远镜观测的时间跨度七、其他问题

①经费问题

The NASA cost to build, launch and commission the observatory is $7.998B. Five years of operations and 2 additional years of data analysis are an additional $837M, for a total lifecycle cost of $8.835B. 

可见,韦鸽望远镜的(官方公布)目前耗费为88.35亿美元,也就是说,比运载它的Ariane V 型火箭还贵得多。

②运营问题

韦伯发射后的任务寿命不少于5-1/2年,目标寿命大于10年。寿命受到用于维持轨道的燃料量以及确保航天器上的一切正常工作的测试和冗余的限制。韦伯将携带10 年的燃料(有余量);该项目将进行任务保证测试,以保证发射后 6 个月的调试期结束后开始的为期 5 年科学运行。

③微陨石有危险吗?

Webb 的所有系统都设计可以防止微流星体撞击。 研究人员使用测试设施进行了了铍圆盘的微流星体测试,结果表明微流星体对铍的影响可以忽略不计。低温铍镜已经在暴露于微流星体的太空中飞行过并没有发生问题:2003 年发射的斯皮策太空望远镜上就有一个铍主镜。 

④韦伯望远镜会在太阳系内成像吗?

韦伯望远镜将能够观察火星、卫星、彗星、小行星和柯伊伯带天体轨道内外的行星,许多重要的分子、冰和矿物质在韦伯望远镜可以观察到的波长下具有很强的特征。韦伯还将监测行星及其卫星的天气。 由于望远镜和仪器必须保持低温,韦伯的防护遮阳板将挡住太阳系内部。这意味着它无法观测到太阳、地球、月球、水星和金星,还有掠日彗星和许多已知的近地天体。

⑤关于系外行星,Webb会告诉我们什么?它会拍摄系外行星的照片吗?

Webb能告诉我们系外行星大气的组成。它将通过凌日技术(当行星穿过母星的圆盘时对其进行观测)观察行星大气。Webb还将携带日冕仪来拍摄靠近明亮恒星的系外行星,而这些系外行星必须体积、亮度都很大并且远离恒星。

⑥Webb能像哈勃望远镜一样拍摄照片吗?

天文图像的美感和质量取决于两个因素:锐度和相机中的像素数。在这两个方面,韦伯与哈勃非常相似,而且在很多方面都优于哈勃。虽然Webb的图像是红外线照片,但这可以通过计算机转换成可见图像(如斯皮策太空望远镜)。此外,韦伯可以看到橙色和红色的可见光。

詹姆斯·韦伯望远镜运行构想图

 前段时间,NASA发布了James Webb Space Telescope的海报。

詹姆斯·韦伯太空望远镜NASA方面海报

海报可谓匠心独运,不同的艺术形状暗含了不同的含义。例如,六边形的宇宙背景代表了Webb主镜组成的六边形结构单元,图中金色线条表示的星体和运行轨道也展现了韦伯的位置——L2点,等等。

欧空局方面的JWST的logo相关链接地址:

(本文所有信息、图片等数据均来源于下列链接网站)

https://jwst.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html#1z

https://jwst.nasa.gov/content/about/index.html

https://jwst.nasa.gov/content/about/faqs/facts.html

https://jwst.nasa.gov/content/about/launch.html

https://jwst.nasa.gov/content/about/comparisonWebbVsHubble.html

https://jwst.nasa.gov/content/observatory/

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb

https://esamultimedia.esa.int/docs/science/Webb-LaunchKit_EN.pdf

https://jwst.nasa.gov/ote.html

https://jwst.nasa.gov/instruments.html

https://jwst.nasa.gov/miri.html

https://jwst.nasa.gov/nirspec.html

https://jwst.nasa.gov/nircam.html

https://jwst.nasa.gov/fgs.html

https://jwst.nasa.gov/sunshield.html

https://jwst.nasa.gov/bus.html

https://jwst.nasa.gov/content/features/mirrorMap.html

https://jwst.nasa.gov/content/forScientists/faqScientists.html#collectingarea

https://jwst.nasa.gov/content/status/index.html

https://jwst.nasa.gov/content/status/index.html#pageTop

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-completes-webb-telescope-review

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb_factsheet

https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Launch_vehicles/Ariane_5_ECA2

https://sci.esa.int/web/jwst

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/James_Webb_Space_Telescope_launch_kit

https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Ariane

https://www.stsci.edu/jwst/

https://jwst.nasa.gov/content/about/faqs/faq.html#pub

https://jwst.nasa.gov/content/forScientists/faqScientists.html

(全文完)



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