Інжынеры праводзяць «прыёмку» прыбора сярэдняга інфрачырвонага дыяпазону касмічнага тэлескопа Джэймса Уэба ў Цэнтры касмічных палётаў імя Годарда NASA пасля вылету з Вялікабрытаніі.
Борттэхнікі JPL Джоні Мелендэс (справа) і Джо Мора правяраюць крыяахаладжальнік MIRI перад адпраўкай у Northrop Grumman у Рэдонда-Біч, Каліфорнія. Там ахаладжальнік прымацаваны да корпуса тэлескопа Webb.
Гэтая частка прыбора MIRI, якую бачылі ў лабараторыі Эплтана ў Рэзерфардзе, Вялікабрытанія, змяшчае інфрачырвоныя дэтэктары. Крыяахаладжальнік размешчаны далей ад дэтэктара, таму што ён працуе пры больш высокай тэмпературы. Дзве секцыі злучае трубка з халодным геліем.
MIRI (злева) сядзіць на балансіры ў Northrop Grumman у Рэдонда-Біч, пакуль інжынеры рыхтуюцца выкарыстоўваць падвесны кран, каб прымацаваць яго да інтэграванага модуля навуковых прыбораў (ISIM). ISIM з'яўляецца ядром Webb, чатырох навуковых прыбораў, у якіх размешчаны тэлескоп.
Перш чым прыбор MIRI - адзін з чатырох навуковых прыбораў абсерваторыі - можа працаваць, яго трэба астудзіць амаль да самай нізкай тэмпературы, якой можа дасягнуць рэчыва.
Касмічны тэлескоп НАСА імя Джэймса Уэба, запуск якога запланаваны на 24 снежня, з'яўляецца найбуйнейшай касмічнай абсерваторыяй у гісторыі, і перад ім стаіць не менш складаная задача: збіраць інфрачырвонае святло з далёкіх куткоў Сусвету, што дазваляе навукоўцам даследаваць структуру і паходжанне Сусвету. Наш Сусвет і наша месца ў ім.
Многія касмічныя аб'екты - у тым ліку зоркі і планеты, а таксама газ і пыл, з якіх яны ўтвараюцца - выпраменьваюць інфрачырвонае святло, якое часам называюць цеплавым выпраменьваннем. Але таксама і большасць іншых цёплых аб'ектаў, такіх як тостары, людзі і электроніка. Гэта азначае, што чатыры інфрачырвоныя прыборы Уэба могуць выяўляць сваё ўласнае інфрачырвонае святло. Каб паменшыць гэтыя выпраменьванні, прыбор павінен быць вельмі халодным - каля 40 Кельвінаў, або мінус 388 градусаў па Фарэнгейце (мінімум ЗША 233 градусы па Цэльсіі).Але каб нармальна функцыянаваць, дэтэктары ўнутры інфрачырвонага прыбора, або MIRI, павінны астудзіцца: ніжэй за 7 Кельвінаў (мінус 448 градусаў па Фарэнгейту або мінус 266 градусаў па Цэльсію).
Гэта ўсяго толькі некалькі градусаў вышэй за абсалютны нуль (0 Кельвінаў) – самая нізкая тэмпература, тэарэтычна магчымая, хаця яна ніколі недасяжная фізічна, таму што яна ўяўляе сабой поўную адсутнасць цяпла. (Аднак MIRI не з'яўляецца самым халодным прыборам для візуалізацыі, які працуе ў космасе.)
Тэмпература, па сутнасці, з'яўляецца мерай таго, наколькі хутка рухаюцца атамы, і ў дадатак да выяўлення іх уласнага інфрачырвонага святла, дэтэктары Уэба могуць запускацца ўласнымі цеплавымі ваганнямі. MIRI выяўляе святло ў больш нізкім дыяпазоне энергіі, чым тры іншыя прыборы. У выніку яго дэтэктары больш адчувальныя да цеплавых вібрацый. Гэтыя непажаданыя сігналы астраномы называюць "шумам", і яны могуць перакрываць слабыя сігналы, якія Уэб спрабуе выявіць.
Пасля запуску Webb разгорне казырок памерам з тэнісны корт, які абараняе MIRI і іншыя прыборы ад сонечнага цяпла, дазваляючы ім пасіўна астуджацца. Пачынаючы прыкладна праз 77 дзён пасля запуску, крыяахаладжальніку MIRI спатрэбіцца 19 дзён, каб знізіць тэмпературу дэтэктараў прыбора ніжэй за 7 Кельвінаў.
«На Зямлі адносна лёгка астудзіць рэчы да такой тэмпературы, часта для навуковых або прамысловых мэтаў», — сказаў Канстанцін Пенанэн, эксперт па крыяахаладжальнікам з Лабараторыі рэактыўнага руху НАСА ў Паўднёвай Каліфорніі., які кіруе прыборам MIRI для НАСА. «Але гэтыя зямныя сістэмы вельмі грувасткія і энерганеэфектыўныя.Для касмічнай абсерваторыі нам патрэбны фізічна кампактны, энергаэфектыўны ахаладжальнік, які павінен быць вельмі надзейным, таму што мы не можам выйсці і паправіць яго.Такім чынам, гэта праблемы, з якімі мы сутыкаемся., у гэтым плане я б сказаў, што крыяахаладжальнікі MIRI, безумоўна, у авангардзе».
Адной з навуковых мэтаў Уэба з'яўляецца вывучэнне ўласцівасцей першых зорак, якія ўтварыліся ў Сусвеце. Камера блізкага інфрачырвонага дыяпазону Уэба або прыбор NIRCam змогуць выяўляць гэтыя надзвычай далёкія аб'екты, а MIRI дапаможа навукоўцам пацвердзіць, што гэтыя слабыя крыніцы святла з'яўляюцца наваламі зорак першага пакалення, а не зорак другога пакалення, якія ўтварыліся пазней у працэсе эвалюцыі галактыкі.
Гледзячы на ​​воблакі пылу, якія больш тоўстыя, чым прыборы блізкага інфрачырвонага дыяпазону, MIRI выявіць месца нараджэння зорак. Ён таксама выявіць малекулы, якія звычайна сустракаюцца на Зямлі, такія як вада, вуглякіслы газ і метан, а таксама малекулы скалістых мінералаў, такіх як сілікаты, у прахалодным асяроддзі вакол бліжэйшых зорак, дзе могуць утварацца планеты. Прыборы блізкага інфрачырвонага дыяпазону лепш выяўляюць гэтыя малекулы ў выглядзе пары ў больш гарачым асяроддзі. , у той час як MIRI бачыць іх як лёд.
«Аб'яднаўшы амерыканскі і еўрапейскі вопыт, мы распрацавалі MIRI як магутнасць Webb, якая дазволіць астраномам з усяго свету адказаць на важныя пытанні аб тым, як утвараюцца і развіваюцца зоркі, планеты і галактыкі», - сказала Джыліян Райт, адзін з кіраўнікоў навуковай групы MIRI і еўрапейскі галоўны даследчык прыбора Цэнтра астранамічных тэхналогій Вялікабрытаніі (UK ATC).
Крыяахаладжальнік MIRI выкарыстоўвае газападобны гелій — дастаткова, каб напоўніць прыкладна дзевяць паветраных шароў — каб адводзіць цяпло ад дэтэктараў прыбора. Два электрычныя кампрэсары перапампоўваюць гелій праз трубку, якая цягнецца да месца, дзе знаходзіцца дэтэктар. Трубка праходзіць праз металічны блок, які таксама прымацаваны да дэтэктара;астуджаны гелій паглынае лішняе цяпло з блока, падтрымліваючы рабочую тэмпературу дэтэктара ніжэй за 7 Кельвінаў. Затым нагрэты (але ўсё яшчэ халодны) газ вяртаецца ў кампрэсар, адкуль адводзіць лішняе цяпло, і цыкл пачынаецца зноў. Па сутнасці, сістэма падобная да той, што выкарыстоўваецца ў бытавых халадзільніках і кандыцыянерах.
Трубы, па якіх пераносіцца гелій, зроблены з пазалочанай нержавеючай сталі і маюць дыяметр менш за адну дзесятую цалі (2,5 мм). Ён цягнецца прыкладна на 30 футаў (10 метраў) ад кампрэсара, размешчанага ў зоне шыны касмічнага карабля, да дэтэктара MIRI ў элеменце аптычнага тэлескопа, размешчанага за сотавым асноўным люстэркам абсерваторыі. Апаратнае забеспячэнне, званае разгортваемай вежай, або DTA, злучае дзве вобласці. для запуску DTA сціскаецца, крыху падобна на поршань, каб дапамагчы ўсталяваць прыбраную абсерваторыю ў абарону на верхняй частцы ракеты. Апынуўшыся ў космасе, вежа будзе пашырацца, каб аддзяліць аўтобус касмічнага карабля з пакаёвай тэмпературай ад больш халодных прыбораў аптычнага тэлескопа і дазволіць поўнасцю разгарнуць сонцаахоўны навес і тэлескоп.
Гэтая анімацыя паказвае ідэальнае выкананне разгортвання касмічнага тэлескопа Джэймса Уэба праз некалькі гадзін і дзён пасля запуску. Пашырэнне вузла цэнтральнай разгортваемай вежы павялічыць адлегласць паміж дзвюма часткамі MIRI. Яны злучаны спіральнымі трубкамі з астуджаным геліем.
Але працэс падаўжэння патрабуе, каб геліевая трубка была пашырана разам з вузлом вежы, які пашыраецца. Такім чынам, трубка згортваецца як спружына, таму інжынеры MIRI празвалі гэтую частку трубкі «абцяжкай».
"Ёсць некаторыя праблемы ў працы над сістэмай, якая ахоплівае некалькі рэгіёнаў абсерваторыі", - сказала Аналін Шнайдэр, кіраўнік праграмы JPL MIRI.«Гэтыя розныя рэгіёны кіруюцца рознымі арганізацыямі або цэнтрамі, у тым ліку Northrop Grumman і Цэнтрам касмічных палётаў Годарда NASA ЗША, мы павінны размаўляць з усімі.На тэлескопе няма іншага апаратнага забеспячэння, якое павінна рабіць гэта, таму гэта унікальная задача для MIRI.Безумоўна, гэта была доўгая чарга па дарозе крыяахаладжальнікаў MIRI, і мы гатовы ўбачыць гэта ў космасе».
Касмічны тэлескоп Джэймса Уэба будзе запушчаны ў 2021 годзе як галоўная ў свеце абсерваторыя касмічнай навукі. Webb раскрые таямніцы нашай Сонечнай сістэмы, зазірне ў далёкія светы вакол іншых зорак і даследуе таямнічыя структуры і паходжанне нашага Сусвету і нашага месца. Webb - гэта міжнародная ініцыятыва пад кіраўніцтвам NASA і яго партнёраў ESA (Еўрапейскага касмічнага агенцтва) і Канадскага касмічнага агенцтва.
MIRI быў распрацаваны ў рамках партнёрства 50-50 паміж NASA і ESA (Еўрапейскім касмічным агенцтвам). JPL кіруе намаганнямі ЗША для MIRI, а шматнацыянальны кансорцыум еўрапейскіх астранамічных інстытутаў уносіць свой уклад у ESA. Джордж Рыке з Універсітэта Арызоны з'яўляецца кіраўніком навуковай групы MIRI у ЗША. Джыліян Райт з'яўляецца кіраўніком еўрапейскай навуковай групы MIRI.
Алістэр Глас з ATC, Вялікабрытанія, з'яўляецца навукоўцам па прыборах MIRI, а Майкл Рэслер - навуковым супрацоўнікам праекта ЗША ў JPL. Ласла Тамаш з ATC Вялікабрытаніі адказвае за Еўрапейскі саюз. Распрацоўка крыяахаладжальніка MIRI вялася і кіравалася JPL у супрацоўніцтве з Цэнтрам касмічных палётаў імя Годарда НАСА ў Грынбэлце, штат Мэрыленд, і Northrop Grumman у Рэдонда-Біч, Каліфорнія.