哈勃望远镜“继任者”发射在即

毋问我从哪里来

毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:01
　　据美国航天局介绍，韦布空间望远镜将观测135亿多年前宇宙中第一批恒星是如何诞生的，以及第一批星系 ...

　　相关报道：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（中国航天报微信公众号）

　　北京时间12月25日20时20分，在世人的瞩目下，数千名科学家与工程师花费20余年精心设计与建造的詹姆斯·韦伯太空望远镜，终于在库鲁航天发射中心使用阿里安-5大型运载火箭发射升空。

                               
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阿里安-5火箭携带“韦伯”升空

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:01
　　据美国航天局介绍，韦布空间望远镜将观测135亿多年前宇宙中第一批恒星是如何诞生的，以及第一批星系 ...

　　相关报道：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（中国航天报微信公众号）

　　北京时间12月25日20时20分，在世人的瞩目下，数千名科学家与工程师花费20余年精心设计与建造的詹姆斯·韦伯太空望远镜，终于在库鲁航天发射中心使用阿里安-5大型运载火箭发射升空。

                               
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阿里安-5火箭携带“韦伯”升空

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:01
　　据美国航天局介绍，韦布空间望远镜将观测135亿多年前宇宙中第一批恒星是如何诞生的，以及第一批星系 ...

　　相关报道：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（中国航天报微信公众号）

　　北京时间12月25日20时20分，在世人的瞩目下，数千名科学家与工程师花费20余年精心设计与建造的詹姆斯·韦伯太空望远镜，终于在库鲁航天发射中心使用阿里安-5大型运载火箭发射升空。

                               
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阿里安-5火箭携带“韦伯”升空

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:01
　　据美国航天局介绍，韦布空间望远镜将观测135亿多年前宇宙中第一批恒星是如何诞生的，以及第一批星系 ...

　　相关报道：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（中国航天报微信公众号）

　　北京时间12月25日20时20分，在世人的瞩目下，数千名科学家与工程师花费20余年精心设计与建造的詹姆斯·韦伯太空望远镜，终于在库鲁航天发射中心使用阿里安-5大型运载火箭发射升空。

                               
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阿里安-5火箭携带“韦伯”升空

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:01
　　据美国航天局介绍，韦布空间望远镜将观测135亿多年前宇宙中第一批恒星是如何诞生的，以及第一批星系 ...

　　相关报道：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（中国航天报微信公众号）

　　北京时间12月25日20时20分，在世人的瞩目下，数千名科学家与工程师花费20余年精心设计与建造的詹姆斯·韦伯太空望远镜，终于在库鲁航天发射中心使用阿里安-5大型运载火箭发射升空。

                               
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阿里安-5火箭携带“韦伯”升空

毋问我从哪里来

毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:02
　　相关报道：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（中国航天报微信公众号）　　 ...

　　如果你站在直径6.5米的韦伯太空望远镜前，一定不敢大声喘息。这部望远镜拥有18片一尘不染的镀金主镜片、5张薄如蝉翼的聚酰亚胺隔热罩、低至-223摄氏度的工作温度和97亿美元的制造成本。它是人类迄今为止制造的最大、最复杂、最强劲、最具有想象力的太空望远镜，简称JWST。

                               
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阿里安-5火箭携带“韦伯”进入太空想象图

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:02
　　如果你站在直径6.5米的韦伯太空望远镜前，一定不敢大声喘息。这部望远镜拥有18片一尘不染的镀金主镜 ...

                               
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“韦伯”标志性外观——18片六边形镀金铍镜组成的主镜

　　“韦伯”部署后可以替代年事已高的哈勃太空望远镜。与专注于可见光波段的“哈勃”不同，“韦伯”可以看到波长更长的中红外波段，同时具有更高的灵敏度与分辨率。它可以看到宇宙中最久远的事件和最遥远的物体，并在天文学和宇宙学研究前沿大放异彩，对推动整个人类社会的进步有着重大意义。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:02
“韦伯”标志性外观——18片六边形镀金铍镜组成的主镜
　　“韦伯”部署后可以替代年事已高的哈勃太空望 ...

　　光学设计：尽带黄金甲

　　光学望远镜模块（OTE）是“韦伯”的主要结构之一，由望远镜的主镜、次镜、三级反射镜、精细转向镜、望远镜框架及其控制装置等结构组成。OTE好比整个“韦伯”的眼睛，其原理是三镜消像散望远镜：光线首先由主镜汇聚并反射给次镜，次镜进一步将光线传递给处于望远镜中心的三级反射镜，而后经过精细转向镜传递给综合科学仪器模块进行光线的接收与处理。  

                               
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“韦伯”光路示意图

毋问我从哪里来

毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:03
　　光学设计：尽带黄金甲　　光学望远镜模块（OTE）是“韦伯”的主要结构之一，由望远镜的主镜、次镜、 ...

                               
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“哈勃”与“韦伯”主镜对比示意图

　　“韦伯”最吸人眼球的是那18面金光闪闪的六边形主镜。这是一面直径6.5米的镀金铍质反射镜，总面积达到25.4平方米，是“哈勃”的6倍以上。对望远镜来说，口径即真理，“韦伯”的观测能力与“哈勃”相比有巨大提升。“哈勃”拍摄著名的“超深场”图像时，一动不动地指向太空中同一个地方，连续拍摄了16天才捕捉到那令人难以置信的微弱、遥远星系的图像。与之相比，“韦伯”将在短短7小时内完成类似的观测任务。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:03
“哈勃”与“韦伯”主镜对比示意图
　　“韦伯”最吸人眼球的是那18面金光闪闪的六边形主镜。这是一面直 ...

                               
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　　“哈勃”超深场图像是人类拍摄过迄今为止最久远宇宙的照片，其中有132亿年前的古老星系。“韦伯”将会拍出更加震撼的图像。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:03
　　“哈勃”超深场图像是人类拍摄过迄今为止最久远宇宙的照片，其中有132亿年前的古老星系。“韦伯” ...

　　质量方面，“韦伯”的总重约6.5吨，只有“哈勃”的一半，但体积却比“哈勃”有明显提升。其中，“哈勃”主镜为玻璃材质，总重828公斤，而“韦伯”则选用了元素周期表里第四个元素——金属铍，它具有极低的密度，使巨大的主镜重量只有705公斤。

　　此外，铍还有硬度较高、热膨胀系数较低等优点，使“韦伯”能够胜任工作条件下巨大的温差，而不会产生过多的热胀冷缩。“韦伯”的铍镜表面利用气相沉积技术喷涂了100纳米厚的金层，尽显奢华，因为金可以很好地提高红外光反射率，起到更好的成像效果。最后，工程师在金层外面又喷涂了一层极薄的二氧化硅，以防止柔软的金层被划伤。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:03
　　质量方面，“韦伯”的总重约6.5吨，只有“哈勃”的一半，但体积却比“哈勃”有明显提升。其中，“哈 ...

                               
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　2012年，技术人员正在检查其中一片主镜

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:03
　2012年，技术人员正在检查其中一片主镜

                               
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　左：2011年，准备进行低温测试的前六片主镜 右：2017年，准备进行低温测试的OTE模块

　　对主镜的设计与建造是整个“韦伯”工程中最具挑战性的。主镜展开后宽达6.5 米，如果把它做成一面单独的大镜子，对现有的运载火箭来说均太大了。因此，工程师将主镜分割成18块正六边形，在发射前折叠放入火箭整流罩，发射后再展开，异常精巧，是合理利用火箭整流罩空间的设计典范。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:04
　左：2011年，准备进行低温测试的前六片主镜 右：2017年，准备进行低温测试的OTE模块
　　对主镜的设计 ...

　　因为主镜展开后的精度对望远镜的观测能力有巨大影响，如何保证展开后的精度是主镜设计的难点之一。换句话说，18片独立的镜片在展开后要浑然一体。对此，工程师为每一块镜片设计了6个电动伺服机构（致动器），使每块镜片均能单独调整角度，最高调整精度甚至达到了10纳米，这一尺寸大约相当于人类头发丝的一万分之一。“韦伯”发射后，近红外相机 （NIRCam） 的波前传感器会测量每一片主镜的误差，进而利用计算机算法实现每一块镜片的自动调整。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:04
　　因为主镜展开后的精度对望远镜的观测能力有巨大影响，如何保证展开后的精度是主镜设计的难点之一。换 ...

　　“韦伯”的次镜、三级反射镜的材质与主镜相同，均为镀金铍镜。其中次镜是一个直径74厘米的圆形曲面，三级反射镜则是一个更小的不对称六边形镜片。光线经过主镜、次镜、三级镜的反射后，由精细转向镜进一步稳定图像，传递给综合科学仪器模块中的四个主要科学载荷，对光线进行分析与处理。

                               
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工程师使用干冰清洁次镜

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:04
　　“韦伯”的次镜、三级反射镜的材质与主镜相同，均为镀金铍镜。其中次镜是一个直径74厘米的圆形曲面， ...

                               
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三级反射镜和精细转向镜

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:04
三级反射镜和精细转向镜

　　轨道及热控设计：寒光照铁衣

　　体温枪的原理是测量人体发射出红外线的强度，因为物体的温度越高，向四周辐射出的能量就越强，辐射出来的红外线就越多。如果“韦伯”的工作温度过高，它的镜片等结构自身也会发射出红外线，遮盖住来自遥远星系的微弱红外光。因此，“韦伯”的光学望远镜模块需要在-223摄氏度以下的极端低温中工作。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:05
　　轨道及热控设计：寒光照铁衣
　　体温枪的原理是测量人体发射出红外线的强度，因为物体的温度越高， ...

　　在太空中对探测器影响最大的热源是太阳，远离太阳便可以降低太阳的辐射量，但过远则会影响太阳能电池板的正常电力供应，并且降低对地通信速率。科学家与工程师找到了一个热量与电源的绝佳平衡点——拉格朗日L2点。

　　地球与太阳形成的稳定体系中存在5处引力平衡点，“韦伯”便选择了日地拉格朗日L2点作为大本营。只需要微量的扰动，该望远镜就可以长期稳定在L2点附近。在此处，“韦伯”可以将阳光全部“抛于脑后”，将镜面对向没有太阳的天空。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:05
　　在太空中对探测器影响最大的热源是太阳，远离太阳便可以降低太阳的辐射量，但过远则会影响太阳能电池 ...

                               
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“韦伯”轨道示意图，天体大小未按照真实比例  

　　日地拉格朗日L2点距地球约150万公里，在此处来自太阳、地球与月球的红外线依旧会对红外观测产生影响。为使望远镜温度进一步降低，科学家使出了浑身解数——2003年发射的斯皮策空间红外望远镜也运行在L2点，同时使用昂贵的液氦作为制冷剂，其温度低至-267.7摄氏度。但是，有限的液氦在2009年5月就用完了，导致其工作温度不断上升，此后的观测性能大打折扣。

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毋问我从哪里来 发表于 2021-12-27 00:05
“韦伯”轨道示意图，天体大小未按照真实比例  
　　日地拉格朗日L2点距地球约150万公里，在此处来自太 ...

                               
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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。