NASA工程师已成功折叠、打包好詹姆斯·韦伯空间望远镜遮光罩,百万英里(约150万公里)之旅在今年晚些时候启程。

遮光罩为网球场小五层菱形结构,经过专门设计后可在望远镜两侧折叠,满足运载工具——阿丽亚娜(Ariane)5号火箭的要求。加利福尼亚雷东多海滩诺斯罗普·格鲁曼公司已完成折叠工作,遮光罩将一直保持这种紧凑结构直至发射完成,韦伯空间望远镜将在太空中度过数日。

遮光罩旨在保护望远镜光学元件视野不受任何干扰热源影响,它是韦伯最关键、最复杂组件之一。由于韦伯是红外望远镜,因此其镜面和传感器需要保持极低温度以检测来自宇宙中遥远物体的微弱热信号。

NASA韦伯望远镜遮光罩打包完毕,将在年底开始百万英里的旅程

詹姆斯·韦伯空间望远镜遮光罩两侧被垂直提起以准备折叠防晒层。
来源:NASA/ Chris Gunn

在太空中,遮光罩一侧将始终反射来自太阳地球月球光及背景热源。热模型表明,最外层的最高温度为383开氏度(华氏约230度)。遮光罩另一侧始终面向深空,最冷表层模拟最低温为36开氏度(华氏约394度)。

望远镜遮阳板完全展开后几乎达70英尺乘47英尺(21米乘14米)。当装载火箭前,遮光罩需折叠后与望远镜其他设备整合进非常狭窄的区域,以适合火箭整流罩内部直径18英尺(5.4米)的有限空间。

“折叠网球场尺寸的遮光罩无例可循,但与打包降落伞相类似,” 诺斯罗普·格鲁曼公司首席遮光设计工程师Jeff Cheezum。“就像跳伞运动员需要正确包装降落伞,保证其能完美打开并成功返回地面一样,为了将望远镜成功保持在所需工作温度,韦伯需将遮光罩完美折叠,确保能完美打开不变形。”

NASA韦伯望远镜遮光罩打包完毕,将在年底开始百万英里的旅程

詹姆斯·韦伯空间望远镜遮光罩正在折叠中,整组技术人员仔细将每一层折成锯齿状,以在望远镜两侧形成类似手风琴状的薄膜叠层。
来源:NASA/Chris Gunn

从尽量平整放置五层面料开始,遮光罩折叠过程长达一个月。在展开状态下,遮光罩类似于多层银色船舶,因此在原本弯曲的表面进行上述步骤是一项较为复杂的工作。之后将这些材料层垂直提起保持在特殊支撑设备上,这样可以固定它们以便折叠。然后一组技术人员仔细将每一层折成锯齿状,在望远镜两侧形成类似手风琴状薄膜叠层。

遮光罩首层厚千分之二英寸(0.005厘米),其余四层仅为千分之一。于团队而言,灵巧地折叠到如此纤薄是一种自我挑战。遮光罩折叠过程需要用特定方法储存90种不同的张紧缆绳,诸如此类组件都要考虑周全以确保部署过程顺利。

随着遮光罩折叠顺利完成,工程团队已为遮光罩在太空中的复杂部署做好准备。发射后首周末,遮光罩在太空中逐渐展开至最大尺寸,然后将五层分开并张紧。展开和张紧程序流程已于2020年12月在地球上完成最后一次测试。

NASA韦伯望远镜遮光罩打包完毕,将在年底开始百万英里的旅程

詹姆斯·韦伯空间望远镜遮光罩最终部署和拉伸实验已于2020年12月完成。
来源:NASA/Chris Gunn

“回想一下;我们希望部署的遮光罩能够达到特定形状从而获得所需性能。设计整个折叠过程时都考虑到了这点。我们每次须以相同的方式干净且仔细地折叠以确保完全按照我们想要的方式进行展开。”位于马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心首席遮光工程师James Cooper说。

例如,折叠过程中最复杂的操作之一——薄膜堆放对齐。遮光罩每一层有意布置数百个孔,可以在遮光罩完全展开时避免光和热传递到望远镜光学元件上。折叠过程中必须将这些孔排成一列,以便韦伯技术人员可以将“销钉”插入每个薄膜堆的孔中。发射时,107个“销钉”或薄膜释放装置会紧固遮光罩层,但一旦望远镜进入太空则解开以伸展遮光罩。

“整个过程必须有条不紊,我们习惯确保所有装置正确对齐。” 诺斯罗普·格鲁曼公司机械工程负责人Marc Roth说:“我们团队已历经多个培训周期,在此过程中不断学习以往经验,并最终完成遮光罩折叠。”

未来三个月工程师和技术人员将完成整理和固定打包遮光罩。该过程包括安装薄膜释放装置、索具,固定所有遮光罩线缆和堆放薄膜盖。同时也包括存放遮光罩两条“手臂”——中臂(mid-boom)组件——部署过程中它将使遮光罩平向外延展,同时安放了使遮光罩保持在某个位置的托盘结构。

NASA韦伯望远镜遮光罩打包完毕,将在年底开始百万英里的旅程

詹姆斯·韦伯空间望远镜此前曾在2020年3月部署了主镜。在这张照片中还可以看到其折叠的遮光罩。
来源:诺斯罗普·格鲁曼公司

韦伯运送到南美洲法属圭亚那发射场之前,还将对其进行最后的镜面部署。

韦伯工程团队继续遵照目前疾病控制预防中心、职业安全健康管理局的新冠疫情防护指南开展个人安全防护,包括佩戴口罩和社交疏导。

来源:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-s-webb-telescope-packs-its-sunshield-for-a-million-mile-trip

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