价值约百亿美元、史上最强望远镜升空,一文读懂詹姆斯·韦伯( 三 )



价值约百亿美元、史上最强望远镜升空,一文读懂詹姆斯·韦伯
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展开后的五层菱形隔热罩为实现更长的使用寿命 , “韦伯”并未使用液氦作为制冷的主要手段 , 而是携带了五张网球场大小的菱形聚酰亚胺隔热罩 。每张隔热罩厚度与人类的头发直径相近 , 离太阳最近的层厚0.050毫米 , 其他层厚0.025毫米 。
为提高薄膜的反射率 , 以将更多热量反射出去 , 隔热罩正反面均附有一层100纳米厚的铝 , 离太阳最近的两层还掺杂了硅 , 这是这两层材料显现出淡紫色的原因 。每层隔热罩均可以阻挡约90%的热量 , 五层协同工作可以使两侧的温度差达到约300摄氏度 , 为望远镜主要结构提供-223摄氏度以下的工作温度 。

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“韦伯”的隔热罩原理示意图与望远镜相同 , 巨大的隔热罩是不能以展开状态放入火箭整流罩的 。完全展开的隔热罩长约21米 , 宽约14米 , 在发射前它将像折纸一样小心地折叠12次 , 在发射后通过复杂的机械设备按部就班地展开到位 。

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正在手工折叠的隔热罩

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折叠完毕的“韦伯” , 左右淡紫色的是隔热罩遮阳板可以将望远镜的镜片等结构温度降至-223摄氏度以下 , 但该温度对于科研探测设备来说还是偏高 。三部近红外成像仪将通过被动冷却系统在大约-234摄氏度下工作 。中红外成像仪的要求更加苛刻 , 它的工作温度低至-266摄氏度 , 在它身上只能通过液氦进行冷却 。不过 , 它对于液氦的需求量远低于斯皮策空间红外望远镜 , 液氦资源不会过于捉襟见肘 。
发射流程:只影向谁去
“韦伯”使用欧空局研制的阿里安5大型运载火箭 , 在法属圭亚那库鲁航天发射中心发射升空 。前面已述 , “韦伯”的光学结构与隔热结构均是折叠的 , 发射后需要展开 。
此外 , “韦伯”还有太阳能电池板、通信天线等至关重要的仪器设备需要展开后才能正常工作 。因此 , 发射后的“韦伯”不能立即工作 , 还有6个月的在轨部署与测试工作等着它 。

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“韦伯”的太阳能电池板下图显示了“韦伯”发射后在轨部署的全流程工作 。起飞26分钟后 , 火箭完成任务 , “韦伯”独自踏上去往日地拉格朗日L2点的路(A) 。紧接着 , 它的太阳能电池板将会首先展开(B) , 毕竟充足的电源是日后所有工作的基础 。两小时后它会转动通信天线 , 对准地球(C) 。
下一步是隔热罩展开 。发射3天后 , 主镜前后的隔热罩托盘先后打开(D/E) , 光学望远镜模块整体抬升 , 以与隔热罩拉开距离 (F) 。下一步将会展开一面不太起眼的襟翼(G) , 它的作用是平衡巨大隔热罩承受太阳风的压力 , 可以最大限度地降低任务期间的燃料用量 。最关键的步骤便是将五层隔热罩展开到位并张紧(H/I) , 这个过程耗时两天 。最后 , 每层隔热罩之间还需要分开一定的距离 , 起到更好的隔热效果(J) 。

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