Телескоп «Джеймс Уэбб» проверили сверхнизкими температурами и вакуумом



    Последние три месяца телескоп «Джеймс Уэбб» провел в экстремальных условиях. Его поместили в камеру, температура в которой достигала всего 20 градусов Цельсия выше абсолютного нуля. Кроме того, в этой камере не было воздуха — ученые создали вакуум для того, чтобы поместить телескоп в условия открытого космоса.

    «Теперь мы убедились в том, что НАСА и партнеры агентства создали отличный телескоп и набор научных инструментов», — заявил Билл Очс, руководитель проекта «Джеймс Уэбб» в Центре космических полетов имени Годдарда.

    Стоимость телескопа составляет $10 млрд. Сама система очень сложная, ее собирают поэтапно, проверяя работоспособность многих элементов и уже собранной конструкции в ходе каждого этапа. Начиная с середины июля телескоп стали проверять на работоспособность при сверхнизких температурах — от 20 до 40 градусов Кельвина. В течение нескольких недель тестировалась работа 18 главных зеркальных секций телескопа для того, чтобы убедиться в возможности их работы в качестве единого целого. Диаметр составного зеркала телескопа равен 6,5 метров.

    Позже, после того, как оказалось, что все хорошо, ученые проверили систему ориентирования, эмулируя свет далекой звезды. Телескоп смог обнаружить этот свет, все оптические системы работали в штатном режиме. Затем телескоп смог определить местоположение «звезды», отследив ее характеристики и динамику. Ученые убедились, что в космосе телескоп будет работать вполне корректно.

    Но и это еще не все, телескопу предстоит пройти еще много проверок, прежде, чем его признают полностью готовым к отправке. Недавние тесты показали, что устройство может работать в вакууме при сверхнизких температурах. Именно такие условия царят в точке L2 Лагранжа в системе Земля-Солнце.

    В начале Февраля «Джеймс Уэбб» перевезут в Хьюстон, где он будет помещен в самолет Локхид C-5 «Гэлэкси». На борту этого гиганта телескоп полетит в Лос-Анжелес, где его соберут окончательно, смонтировав солнцезащитный экран. Ученые после этого проверят, работает ли вся система с таким экраном, и нормально ли выдерживает устройство вибрации и нагрузки в ходе полета. Финальный этап — отправка телескопа в космос с Французской Гвианы на борту ракеты Ariane 5. Это должно случиться не ранее весны 2019 года.



    НАСА старается проверить все, тщательно выверив системы телескопа, поскольку после отправки системы в космос такой возможности больше не будет. Если что-то пойдет не так, в космосе будет находиться бесполезная груда железа и стекла стоимостью в $10 млрд. Сервисное обслуживание системы вряд ли возможно. С «Хабблом» ситуация была несколько иной, проблему с линзами удалось исправить в ходе одной из экспедиций астронавтов.

    «Джеймс Уэбб» очень сложная система, которая состоит из тысяч отдельных элементов. Они формируют зеркало телескопа и его научные инструменты. Что касается последних, то это такие устройства:

    • Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
    • Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
    • Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
    • Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).

    Очень важно защитить телескоп экраном, который закроет его от Солнца. Дело в том, что именно благодаря этому экрану «Джеймс Уэбб» сможет обнаружить даже очень слабый свет самых удаленных звезд. Для развертывания экрана создана сложная система из 180 разных устройств и других элементов. Размеры его составляют 14*21 метр. «Это заставляет нас нервничать», — признал глава проекта разработки телескопа.

    Основными задачами телескопа, который сменит в строю «Хаббл» являются: обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также «Уэбб» сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что её вызвало.
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 48
    • +11
      всего 20 градусов Цельсия выше абсолютного нуля

      фраза дня
      • +4
        Температура в камере без воздуха, ага
        • +1
          А что, без воздуха нет температуры?
          • +1

            Температуру может иметь вещество, поскольку активностью атомов в нем она и определяется. Нет атомов — нет температуры.

            • +2
              Скорее всего, речь идет об излучении. Вероятно, стенки испытательной камеры излучали со спектром черного тела при 20K.
              • +3
                В камере были атомы телескопа, имеющие температуру.

                P.S.: Довольно забавно что вы предположили что это я не знаю что такое температура, при этом мой пост заминусован, а shadowpanther наоборот — заплюсован. Показательно.
                • +1
                  Когда я прочитал ваш комментарий, я и предположил, что вы не знаете, что в вакууме температуру измерять нечему (каждый чето-то да не знает). Но не учел, как вы правильно заметили, что в камере есть телескоп, который обладает этим свойством.
                  • –1
                    Ещё в камере мог оказаться термометр, который имеет определенную температуру и измеряет её.
            • +1

              Это нормально, аппарат стоит на плите которая может охлаждаться или наоборот греться, так устроены все термовакуумные камеры. Сам так трое суток испытывал прибор при вакууме 10^-6 и перепадах температуры от -40 до +50. Отсюда и такое большое время, изменение температуры аппарата идет довольно медленно, малая площадь контакта.

              • +2

                Охлаждаться аппарат в таком случае может только изучением. Интересно сколько времени на это требуется. При низких температурах это крайне не эффективно. Может охлаждают при нормальном давлении, а потом уже вакуумируют.

              • 0

                Температура в камере без воздуха — это норм. Температура излучением тоже передаётся.
                Там фича в Цельсиях от абсолютного ноля — когда от абсолютного ноля меряют в Кельвинах.

                • +1

                  Привычно называют в Кельвинах. Хотя при измерении разности разницы никакой — оба градуса одинаковые. Различается только точка отсчета. Так что нормальная фраза.

              • +7
                Ну почему же. Абсолютный ноль это -273,15 градусов Цельсия, то есть получается -253,15… то есть на 20 градусов Цельсия выше Абсолютного нуля.
                • +3
                  Нормальная фраза. 20 Кельвинов можно назвать 20 градусами Цельсия выше 0.
              • –1
                Может 20 Кельвинов? Редакторы такие редакторы.
                • +9
                  20 градусов цельсия выше абсолютного нуля и 20 градусов кельвина выше абсолютного нуля это одно и тоже.
                  • +1
                    Я к тому, что при написании «Кельвины», не нужно писать про абсолютный 0.
                    • +2
                      Да. Но всё равно то, как написано в статье, корректно.
                    • +1
                      Единица измерения Кельвин не подразумевает наличие слова градус. 20 Кельвин(ов?) без слова «градус».
                      • +3
                        Там «градусов Цельсия».
                  • +1
                    Сервисное обслуживание системы вряд ли возможно. С «Хабблом» ситуация была несколько иной, проблему с линзами удалось исправить в ходе одной из экспедиций астронавтов.


                    Интересно, а вариант «Вывести на НОО, протестровать всё что можно, при необходимости отправить людей на ремонт, при исправности всех систем отправить в L2» рассматривался? Если да, то чем он плох?
                    • +3
                      Скорее всего после раскрытия зеркала девайс перестает быть транспортабельным.
                      • 0

                        Почему?

                        • 0
                          Отломаются при ускорении во время вывода на более высокую орбиту?
                          • 0
                            Если выводить ионными двигателями, то если у него что-то из-за этого отломается, то держаться в точке Лагранжа он тоже будет не способен.
                            • 0

                              Запасы хим.топлива на 10.5 лет коррекций (каждые 3 недели) на 6-месячной гало-орбите SE L2 (250-832 тыс.км от L2). Типичные затраты порядка 1 м/с в год; для JWST — около 2.5 м/с в год (25.5 м/с на 10.5 лет) — таких запасов не хватит для полетов с НОО до SEL2 (7 км/с)


                              https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope "JWST needs to use propellant to maintain its halo orbit around L2, which provides an upper limit to its designed lifetime, and it is being designed to carry enough for ten years. 40… An L2 orbit is meta-stable so it requires orbital station-keeping or an object will drift away from this orbital configuration 41".


                              https://en.wikipedia.org/wiki/Spacecraft_Bus_%28JWST%29 "As of 2012 the propulsion system uses 16 MRE-1 thrusters which can provide one pound of thrust each.[5] They are mono-propellent thrusters designed survive the unique thermal conditions JWST including extended periods of direct sunlight and light reflected from the sunshield.[5] There is another set of thrusts called the Secondary Combustion Augmentation Thrusters; there are four of these thrusters and they have eight pounds of thrust each.[5] Whereas the smaller thrusters are intended for aiding in precision pointing, the bigger thrusters are planned to be used for station keeping to maintain the telescope's halo orbit.[5] The MRE-1 use hydrazine as a monoproellant and the larger SCAT thrusters are bi-propllant.[18] The SCAT also uses hydrazine (N2H4), but also uses dinitrogen tetroxide (N2O4) as an oxidizer as the two fuels for its two-propellant design.[11][18][19]"


                              https://jwst-docs.stsci.edu/display/JTI/JWST+Propulsion


                              https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20140007519.pdf STATIONKEEPING MONTE CARLO SIMULATION FOR THE JAMES WEBB SPACE TELESCOPE (2014) — "The SK cost around Sun-Earth/Moon L1 or L2 is about 1 m/s per
                              year… The heritage SK planning algorithm used an “End-of-Box” approach to produce a conservative but realistic budget of 25.5 m/sec for the 10.5 years of science observations"


                              Кончится топливо — завершатся наблюдения.

                              • +1
                                Ну так это если ионными. Я пока не вижу что-то серийного производства ионных двигателей для каждого спутника. Джеймс Уэбб сейчас можно только более менее мощными реактивными доставить с низкой орбиты в точку Лагранжа. Не уверен, рассчитана ли на такое его конструкция в разложенном состоянии.
                                • 0

                                  А если неионными — 4 км/с https://en.wikipedia.org/wiki/Delta-v_budget#Earth–Moon_space—high_thrust
                                  Его конструкция не рассчитана на столь мощные двигатели и на такие запасы топлива.


                                  https://space.stackexchange.com/questions/12353/why-wont-jwst-deploy-in-leo-where-it-is-potentially-serviceable — для 8- (или 20-) минутной работы двигателя верхней ступени для вывода на орбиту к L2 используется криогенное топливо (имеет обыкновение выкипать со временем). На низкой орбите несколько больше мусора (микромусора), чем на нестабильных в окрестностях L2. А еще на низкой орбите слишком сильные колебания температур (тепловое излучение от Земли 1 2) для развертывания и охлаждения основных элементов (тогда как вдали от планеты — через 6-7-8 дней к моменту разворачивания зеркал — "sunshield provides a thermally stable environment. This is essential to maintaining proper alignment of the primary mirror segments").


                                  Т.е. "протестировать все что можно" на НОО все равно не получится — основное зеркало выравнивают в охлажденном виде, процесс займет по плану от 15 до 45 дней — https://jwst.nasa.gov/orbit.html "At 44 days after launch we will begin the process of adjusting the primary mirror segments, first identifying each mirror segment with its image of a star in the camera. We will also focus the secondary mirror.… From 60 to 90 days after launch we will align the primary mirror segments so that they can work together as a single optical surface."

                        • +2
                          Для того что бы ремонтировать КА на орбите сам КА должен быть изначально разработан под ремонтопригодность — начиная с поручней и лючков открываемых специальным инструментом, и заканчивая модульностью и так далее.

                          Это не сделано.
                          Почему?

                          Возможно по причине с недоступностью подходящего пилотируемого корабля для миссии — Шаттлы — единственно подходящий для этого тип — с манипулятором и шлюзом — отправились в музей. НЯП Союзы современные выход в открытый космос не обеспечивают, и тем более манипулятора не имеют. Дракон и Ко — когда ещё будут — НАСА опять вертит носом по поводу приёмки Дракона.

                          Так же, после раскрытия зеркала возможно уезжает ЦМ и падает устойчивость к ускорениям.
                          • 0
                            del
                            • 0
                              Даже если бы Шаттлы до сих пор летали они при всём желании не способны долететь до точки L2. И даже если к ним прикрутить РДТТ-ускорители как в фильме «Армагеддон» чтобы до этой точки долететь это будет полёт в один конец так как для возвращения обратно со скоростями выше скоростей возвращения с луны они не рассчитаны.
                              • –1
                                Так речь про НОО. Запустили, проверили, внесли правки и в точку L2.

                                Хотя сдесь это не предусматривалось.
                            • 0
                              Тем, что на Земле огромная куча всевозможных испытательных стендов, не требующих запуска в космос ни людей, ни ремонтных роботов. К тому же телескоп запускается в сложенном состоянии, а раскрытие начнётся за орбитой Луны (не считая солнечных панелей и антенны). Соответственно, если всё было проверено на Земле, нет необходимости вносить в конструкцию небезмассовые добавки, призванные обеспечить возможность (полноценной?) работы на НОО (для проверки).

                              Видео раскрытия.
                              • 0
                                Но ведь на Земле нет испытательного стенда, позволяющего проверить работу в невесомости.
                                И логично, конечно, делать орбитальные проверки в дополнение к земным, а не вместо.
                                • 0
                                  В продолжительной невесомости — нет.
                                  А для коротких промежутков времени есть самолёты с просторным грузовым отсеком, следующие по параболической траектории.

                                  Наконец, всегда есть моделирование условий на компьютерах.
                                • 0
                                  Такое чувство что «Хаблл» на земле не испытывали, а отправили в космос, думая у нас есть же «Шатлл» чуть что слетаем и отремонтируем.
                                • –1
                                  Кроме коммента выше есть еще некоторые аспекты, например парусность этого аппарата в развернутом состоянии будет достаточно высокой и потребуется больше dV для вывода его в точку L2 да и просто на удержание на НОО.
                                  Возможность «сворачиваться» тоже будет стоить дополнительного веса. Развернутый же телескоп скорее всего вообще передвигать невозможно (разве что небольшие коррекции орбиты)
                                • +1
                                  Если предположить что все пойдет по плану(невероятно, но все же) и весной 2019 его запустят, сколько еще времени он будет лететь к своему месту назначения и когда примерно можно ждать первые публикации о результатах работы телескопа?
                                  • +1
                                    Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» весной 2019 года. В этом случае первые научные исследования начнутся осенью 2019 года. Срок работы телескопа составит не менее пяти лет.

                                    ru.wikipedia.org/wiki/Джеймс_Уэбб_(телескоп)
                                    • 0

                                      Лететь месяц (1.5 млн км), настройка зеркала — к 85-90 дню после запуску, основная миссия начинается через 6 месяцев после запуска — https://jwst.nasa.gov/launch.html "After launch, the telescope will deploy on its 30-day, million-mile journey out to the second Lagrange point (L2). This video shows the deployment procedure, timeline, and location of the satellite during deployment."
                                      https://jwst.nasa.gov/orbit.html Timeline Of Events After Launch:


                                      In the first month: As the telescope cools down in the shade of the deployed sunshield, we will turn on the warm electronics and initialize the flight software. At the end of the first month, we will do the mid-course correction that ensures that Webb will achieve its final orbit around L2.
                                      In the second month: At 33 days after launch we will turn on and operate the Fine Guidance Sensor, then NIRCam and NIRSpec. The first NIRCam image will be of a crowded star field to make sure that light gets through the telescope into the instruments. Since the primary mirror segments will not yet be aligned, the picture will still be out of focus. At 44 days after launch we will begin the process of adjusting the primary mirror segments, first identifying each mirror segment with its image of a star in the camera. We will also focus the secondary mirror.
                                      In the third month: From 60 to 90 days after launch we will align the primary mirror segments so that they can work together as a single optical surface. We will also turn on and operate the MIRI. By the end of the third month we will be able to take the first science-quality images. Also by this time, Webb will complete its initial orbit around L2.
                                      In the fourth through the sixth month: At about 85 days after launch we will have completed the optimization of the telescope image in the NIRCam. Over the next month and a half we will optimize the image for the other instruments. We will test and calibrate all of the instrument capabilities by observing representative science targets.
                                      After six months: Webb will begin its science mission and start to conduct routine science operations.
                                  • 0
                                    Молодцы, что всё хорошо прошло. Начинаю запасать попкорн для просмотра новых дип изображений и новых открытий которые позволит сделать телескоп.
                                    • +2
                                      Разумнее затариться корвалолом, потому что ему ещё предстоят запуск, полёт к месту назначения, перевод в рабочее положение и настройка/оптимизация. Я бы вообще предпочёл не знать, что это происходит, но пропустить себе такое событие не позволю.
                                    • +1
                                      Как же должны нервничать разработчики, когда столько времени и денег подымется в ракете над стартовым столом и до момента, когда телескоп достигнет своей цели и все системы будут работать в норме…
                                      • 0
                                        что за полоски на панелях?

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое