Tilpasning af de primære spejlsegmenter i NASAs James Webb -rumteleskop med lys

Ingeniører ved NASAs Johnson Space Center i Houston brugte lysbølger til at justere James Webb -rumteleskopets spejlsegmenter til hinanden, så de opfører sig som en single, monolitisk spejl i den kryogene kulde i centerets ikoniske afdeling A.

En del af Webb -teleskopets igangværende kryogene test i kammer A hos Johnson omfatter justering, eller "indfasning, "teleskopets 18 sekskantede primære spejlsegmenter, så de fungerer som et enkelt 6,5 meter spejl. Alle disse segmenter skal have den korrekte position og korrekte krumning; ellers, teleskopet vil ikke være i stand til nøjagtigt at fokusere på sine himmelske mål.

Justering af spejle

For at måle formen på Webb -teleskopets primære spejl, ingeniører bruger en testenhed kaldet et interferometer, som skinner en laser ned på spejlet. Fordi spejlet er segmenteret, det kræver et specielt designet interferometer, kendt som et interferometer med flere bølgelængder, som tillader ingeniører at bruge to lysbølger på én gang, forklarede Lee Feinberg, optisk teleskopelementchef for Webb -teleskopet på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Interferometeret opdeler laserlyset i to separate bølger. En af disse bølger går gennem en linse og reflekterer fra det primære spejl; den anden bølge fungerer som reference. Den reflekterede bølge forstyrrer (opfylder) referencebølgen, og ingeniører analyserer den kombinerede bølge, der skyldes denne interferens. "Ved at analysere interferenssignalet, ingeniører bestemmer spejlformen og spejlets justering, "forklarede Feinberg.

Når ingeniørerne skal justere spejlsegmenternes positioner og former for at opnå præcis justering, de bruger de syv aktuatorer (bittesmå mekaniske motorer), der er fastgjort på bagsiden af ​​hvert af spejlesegmenterne. For hvert segment, seks af disse aktuatorer er placeret i grupper på to, på tre lige store punkter langs ydersiden af ​​spejlet (for at justere segmentets position), og en er fastgjort til seks stivere, der er forbundet til hvert af det sekskantede spejlesegments hjørner (for at justere segmentets form).

Aktuatorerne på hvert spejlsegment er i stand til ekstremt små bevægelser, som tillader ingeniører at justere hele det primære spejl ved at finjustere hvert spejlsegment. "De kan bevæge sig i trin, der er en brøkdel af en bølgelængde af lys, eller omkring 1/10, 000th af et menneskehårs diameter "forklarede Feinberg.

Disse aktuatorer kan også bruges til præcist at omforme hvert spejlsegment for at sikre, at de alle matcher, når de er justeret. Evnen til at ændre spejlets tilpasning og form er kritisk, fordi spejlet skal foldes ud fra sin ujusterede stuvede position, når teleskopet kører. Denne test verificerer, at aktuatorerne har nok bevægelsesområde, når de er i rummet, ved deres driftstemperatur på ca. 40 K (eller ca. minus 388 grader Fahrenheit / minus 233 grader Celsius), at sætte teleskopets primære spejl i sin korrekte form, så det nøjagtigt kan undersøge universet.

Test af de justerede spejle

Med spejlene justeret, ingeniører tester Webbs optik ved hjælp af et stykke supportudstyr kaldet ASPA, et indlejret akronym, der betyder "AOS Source Plate Assembly". ASPA er et stykke testhardware, der sidder oven på Webbs Aft Optics Subsystem (AOS) og sender testlaserlys ind og ud af teleskopet, fungerer således som en kilde til kunstigt stjernelys. AOS indeholder teleskopets tertiære og finstyrede spejle.

Under en del af den optiske test, kaldet "halvpas" -testen, ASPA fodrer laserlys direkte ind i AOS, hvor det er styret af de tertiære og finstyrede spejle til Webbs fire videnskabelige instrumenter, som sidder i et rum lige bag det primære spejl. Denne test lader ingeniører foretage målinger af optikken inde i AOS for at kontrollere, at Webbs tertiære spejl, som er urørlig, er korrekt justeret til instrumenterne.

I en anden del af testen, kaldet "pass-and-a-half" -testen, lys bevæger sig i en omvendt vej gennem teleskopets optik. Lyset føres igen ind i systemet fra ASPA, men opad denne gang, til det sekundære spejl. Det sekundære spejl reflekterer lyset ned til det primære spejl, som sender det tilbage til toppen af ​​kammer A. Spejle øverst i kammeret sender lyset tilbage til teleskopet igen, hvor den følger sin normale kurs gennem teleskopet til instrumenterne, men denne gang omgå ASPA -testudstyret.

"Dette verificerer ikke kun justeringen af ​​selve det primære spejl, men også justeringen af ​​hele teleskopet - det primære spejl, sekundært spejl, og de tertiære og finstyrede spejle inde i AOS, "sagde Paul Geithner, stedfortrædende projektleder - teknisk for Webb -teleskop på Goddard. "Taget sammen, halvpass og halvanden test viser, at alt er tilpasset alt andet. "

Fordi ASPA er jordtesthardware, det vil blive fjernet fra teleskopet, når den kryogene test hos Johnson er fuldført.

Det kryogene vakuummiljø i kammer A simulerer det frigide rummiljø, hvor Webb vil fungere, og hvor det vil indsamle data om aldrig før observerede dele af universet. Verificering af hele teleskopet, herunder dets optik og instrumenter, fungerer korrekt i dette kolde miljø sikrer, at teleskopet fungerer korrekt i rummet. Teleskopet og dets instrumenter er designet til at fungere koldt, så de skal være kolde for at blive justeret og for at fungere korrekt.

James Webb -rumteleskopet er det videnskabelige supplement til NASAs Hubble -rumteleskop. Det vil være det mest kraftfulde rumteleskop, der nogensinde er bygget. Webb er et internationalt projekt ledet af NASA med sine partnere, ESA (European Space Agency) og CSA (Canadian Space Agency).