在太空更要「冷静」,NASA 为韦伯望远镜布置「遮阳」装备

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01-05 14:27

1 月 4 日,哈勃望远镜继任者詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST),在太空中完成了非常重要且复杂的一步——展开巨大的遮阳板。对于 NASA 来说,这是「令人难以置信的里程碑」。

为什么遮阳板这么重要?要先从 JWST 的使命说起。

JWST 经过大约 25 年的发展,于 2021 年 12 月 25 日发射升空。天文学家希望使用 JWST 探索宇宙历史的每一个阶段——从我们的太阳系内部到早期宇宙中最遥远的可观测星系,再到介于两者之间的一切,帮助人类了解宇宙起源、星系演化和我们在其中的位置。

▲ 完全展开的 JWST(艺术渲染图). 图片来自:NASA

也就是说,我们有望观测今天可见宇宙的初期状态,看到在大爆炸后仅几亿年形成的首批星系。

在红外光谱中进行观测是实现这一目标的关键技术,因此 JWST 配备有高灵敏度红外电传感器、光谱器等等。观测组件的温度必须保持在 40K(-233.15℃)以下,才能看到微弱红外光。

遮阳板起到的就是控温作用。

否则,观测目标的信号会淹没在来自望远镜本身、太阳、地球与月球的红外辐射中。

但望远镜太过庞大,不能直接以完整形态发射到太空,只能在发射后展开,遮阳板也就成为了展开任务的一部分。

▲ 遮阳板在发射前接受地面测试. 图片来自:NASA

在发射三天后的 12 月 28 日,JWST 团队开始远程部署遮阳板,美国东部标准时间 1 月 4 日上午 11:59 左右大功告成。

遮阳板由五层涂有硅和铝的聚酰亚胺薄膜组成,每层像头发一样薄,保护望远镜免受太阳、地球和月球的光和热,使其冷却到所需的极低温度。

NASA 指出,在五层材料的共同作用下,超过 200 千瓦的太阳能可以被减少到零点几瓦。

展开遮阳板的复杂体现在,每个关节必须完美执行,遮阳板才能被打开。整个 JWST 有多达 344 个单点故障,遮阳板包含其中的很大一部分。

单点故障是指系统中一旦失效,就会让整个系统无法运作的部件。换言之,单点故障即会整体故障,可见遮阳板的展开有多么紧张。2018 年测试期间薄膜的意外撕裂也是项目推迟的因素之一。

▲ 遮阳板在发射前接受地面测试. 图片来自:NASA

整个过程涉及 139 个释放机构、70 个铰链组件、8 个展开马达、大约 400 个滑轮和 90 根总长大约四分之一英里的单独电缆。

展开之后,每层遮阳板有 70 英尺(约 21.34 米)长、47 英尺(约 14.33 米)宽,相当于网球场大小,它们最终被完全张紧并固定到位,类似调整船帆。

遮阳板的部署花了一周多的时间才完成,比原计划略长,期间太阳能电池阵列、遮阳板电机等设备出现了小问题,但最终成功了。NASA 表示,「一些最扣人心弦的时刻已经过去,70% 到 75% 的单点故障正式完成」。

在完成遮阳板后,JWST 还有很多工作要做,包括次镜和主镜翼的部署、望远镜光学系统的对准以及科学仪器的校准。当一切准备完毕,总耗费接近百亿美元的 JWST 将提供它的第一张图片,开始为人类收集来自遥远星系的光。

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