Ingenieurs doen 'n "aanvaarding" van die James Webb-ruimteteleskoop se middel-infrarooi instrument by NASA se Goddard-ruimtevlugsentrum nadat hulle uit die Verenigde Koninkryk vertrek het.
JPL-vlugtegnici Johnny Melendez (regs) en Joe Mora inspekteer die MIRI-kryokoeler voordat dit na Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornië, gestuur word. Daar is die koeler aan die liggaam van die Webb-teleskoop vasgemaak.
Hierdie deel van die MIRI-instrument, gesien by Appleton Laboratory in Rutherford, VK, bevat infrarooi detektors. Die kriokoeler is weg van die detektor geleë omdat dit teen 'n hoër temperatuur werk. 'n Buis wat koue helium dra verbind die twee afdelings.
MIRI (links) sit op 'n balansbalk by Northrop Grumman in Redondo Beach terwyl ingenieurs voorberei om 'n oorhoofse hyskraan te gebruik om dit aan die Integrated Scientific Instrument Module (ISIM) vas te maak. Die ISIM is Webb se kern, die vier wetenskapinstrumente wat die teleskoop huisves.
Voordat die MIRI-instrument - een van die vier wetenskaplike instrumente op die sterrewag - kan werk, moet dit afgekoel word tot byna die koudste temperatuur wat materie kan bereik.
NASA se James Webb-ruimteteleskoop, wat geskeduleer is om op 24 Desember gelanseer te word, is die grootste ruimtesterrewag in die geskiedenis, en dit het 'n ewe uitdagende taak: om infrarooi lig van verafgeleë uithoeke van die heelal te versamel, sodat wetenskaplikes die struktuur en oorsprong van die heelal kan ondersoek. Ons heelal en ons plek daarin.
Baie kosmiese voorwerpe - insluitend sterre en planete, en die gas en stof waaruit hulle vorm - straal infrarooi lig uit, wat soms termiese straling genoem word. Maar so is die meeste ander warm voorwerpe, soos broodroosters, mense en elektronika. Dit beteken Webb se vier infrarooi instrumente kan hul eie infrarooi lig opspoor. Om hierdie emissies te verminder, moet die instrument min. 80 grade koud wees. (minus 233 grade Celsius). Maar om behoorlik te funksioneer, moet die detektors binne die middel-infrarooi instrument, of MIRI, kouer word: onder 7 Kelvin (minus 448 grade Fahrenheit, of minus 266 grade Celsius).
Dit is net 'n paar grade bo absolute nul (0 Kelvin) – die koudste temperatuur teoreties moontlik, hoewel dit nooit fisies bereikbaar is nie, want dit verteenwoordig die algehele afwesigheid van enige hitte. (MIRI is egter nie die koudste beeldinstrument wat in die ruimte werk nie.)
Temperatuur is in wese 'n maatstaf van hoe vinnig atome beweeg, en benewens die opsporing van hul eie infrarooi lig, kan Webb-verklikkers deur hul eie termiese vibrasies geaktiveer word. MIRI bespeur lig in 'n laer energiereeks as die ander drie instrumente. As gevolg hiervan is sy detektors meer sensitief vir termiese vibrasies. bespeur.
Na bekendstelling sal Webb 'n tennisbaan-grootte visier ontplooi wat MIRI en ander instrumente van die son se hitte afskerm, sodat hulle passief kan afkoel. Vanaf ongeveer 77 dae na lansering sal MIRI se kriokoeler 19 dae neem om die temperatuur van die instrument se detektors tot onder 7 Kelvin te verminder.
"Dit is relatief maklik om dinge af te koel tot daardie temperatuur op Aarde, dikwels vir wetenskaplike of industriële toepassings," sê Konstantin Penanen, 'n kriokoeler-kenner by NASA se Jet Propulsion Laboratory in Suid-Kalifornië., wat die MIRI-instrument vir NASA bestuur.” Maar daardie aarde-gebaseerde stelsels is baie lywig en energie-ondoeltreffend.Vir 'n ruimtesterrewag het ons 'n koeler nodig wat fisies kompak, energiedoeltreffend is, en dit moet hoogs betroubaar wees, want ons kan nie uitgaan en dit regmaak nie.Dit is dus die uitdagings wat ons in die gesig staar., in daardie opsig sou ek sê MIRI-kryokoelers is beslis op die voorpunt.”
Een van Webb se wetenskaplike doelwitte is om die eienskappe van die eerste sterre wat in die heelal gevorm het, te bestudeer. Webb se naby-infrarooi kamera of NIRCam-instrument sal hierdie uiters verafgeleë voorwerpe kan opspoor, en MIRI sal wetenskaplikes help om te bevestig dat hierdie dowwe ligbronne trosse van eerstegenerasie-sterre is, eerder as tweedegenerasie-sterre in die latere generasie involusie.
Deur na stofwolke te kyk wat dikker is as naby-infrarooi instrumente, sal MIRI die geboorteplekke van sterre openbaar. Dit sal ook molekules wat algemeen op Aarde voorkom – soos water, koolstofdioksied en metaan, sowel as molekules van rotsagtige minerale soos silikate – opspoor in die koel omgewings rondom nabygeleë sterre, waar planete beter kan vorm by hierdie instrumente-infrapore-omgewings. , terwyl MIRI hulle as ys kan sien.
"Deur Amerikaanse en Europese kundigheid te kombineer, het ons MIRI ontwikkel as die krag van Webb, wat sterrekundiges van regoor die wêreld in staat sal stel om groot vrae te beantwoord oor hoe sterre, planete en sterrestelsels vorm en ontwikkel," sê Gillian Wright, medeleier van die MIRI-wetenskapspan en Europese hoofondersoeker vir die instrument by die UK Astronomical Technology Centre (UK ATC).
Die MIRI-kryokoeler gebruik heliumgas—genoeg om sowat nege partytjieballonne te vul—om hitte van die instrument se detektors af weg te dra.Twee elektriese kompressors pomp helium deur 'n buis wat strek tot waar die detektor geleë is. Die buis loop deur 'n blok metaal wat ook aan die detektor vas is;die afgekoelde helium absorbeer oortollige hitte van die blok, en hou die detektor se bedryfstemperatuur onder 7 Kelvin. Die verhitte (maar steeds koue) gas keer dan terug na die kompressor, waar dit die oortollige hitte uitstoot, en die siklus begin weer. Fundamenteel is die stelsel soortgelyk aan dié wat in huishoudelike yskaste en lugversorgers gebruik word.
Die pype wat helium dra, is gemaak van vergulde vlekvrye staal en is minder as 'n tiende van 'n duim (2,5 mm) in deursnee. Dit strek ongeveer 30 voet (10 meter) van die kompressor wat in die ruimtetuigbus-area geleë is tot by die MIRI-detektor in die optiese teleskoopelement wat agter die sterrewag se heuningkoek-primêre spieël geleë is. lanseer, word die DTA saamgepers, 'n bietjie soos 'n suier, om te help om die opgebergde sterrewag in die beskerming bo-op die vuurpyl te installeer. Sodra dit in die ruimte is, sal die toring verleng om die kamertemperatuur-ruimtetuigbus van die koeler optiese teleskoop-instrumente te skei en die sonskerm en teleskoop toe te laat om ten volle te ontplooi.
Hierdie animasie wys die ideale uitvoering van die James Webb-ruimteteleskoop-ontplooiing ure en dae na lansering.Die uitbreiding van die sentrale ontplooibare toringsamestelling sal die afstand tussen die twee dele van die MIRI vergroot. Hulle word deur heliese buise met afgekoelde helium verbind.
Maar die verlengingsproses vereis dat die heliumbuis verleng word met die uitbreidbare toringsamestelling. Die buis spoel dus soos 'n veer, en daarom het MIRI-ingenieurs hierdie deel van die buis "Slinky" genoem.
"Daar is 'n paar uitdagings om aan 'n stelsel te werk wat oor verskeie streke van die sterrewag strek," het Analyn Schneider, JPL MIRI-programbestuurder, gesê.“Hierdie verskillende streke word gelei deur verskillende organisasies of sentrums, insluitend Northrop Grumman en die Amerikaanse NASA se Goddard-ruimtevlugsentrum, ons moet met almal praat.Daar is geen ander hardeware op die teleskoop wat dit moet doen nie, so dit is 'n uitdaging uniek aan MIRI.Dit was beslis 'n lang ry vir MIRI-cryocoolers-pad, en ons is gereed om dit in die ruimte te sien."
Die James Webb-ruimteteleskoop sal in 2021 as die wêreld se voorste ruimtewetenskap-sterrewag gelanseer word. Webb sal die geheimenisse van ons sonnestelsel ontrafel, na verre wêrelde rondom ander sterre kyk, en die geheimsinnige strukture en oorsprong van ons heelal en ons plek verken. Webb is 'n internasionale inisiatief gelei deur NASA en sy vennote ESA (European Space Agency) en die Canadian Space Agency.
MIRI is ontwikkel deur 'n 50-50 vennootskap tussen NASA en ESA (European Space Agency).JPL lei die Amerikaanse poging vir MIRI, en 'n multinasionale konsortium van Europese astronomiese institute dra by tot ESA.George Rieke van die Universiteit van Arizona is MIRI se Amerikaanse wetenskapspanleier.Gillian Wright is die hoof van MIcientific se Europese span.
Alistair Glasse van ATC, UK is MIRI Instrument Scientist en Michael Ressler is US Project Scientist by JPL.Laszlo Tamas van die UK ATC bestuur die Europese Unie.Die ontwikkeling van die MIRI kryokoeler is gelei en bestuur deur JPL in samewerking met NASA se Goddard Space Flight Centre in Greenbelt, Maryland, en Northrop Grumman Beach, Kalifornië in Redondo Beach, Kalifornië.