Pärast Ühendkuningriigist lahkumist võtavad insenerid NASA Goddardi kosmoselennukeskuses vastu James Webbi kosmoseteleskoobi keskmise infrapuna-instrumendi.
JPL-i lennutehnikud Johnny Melendez (paremal) ja Joe Mora kontrollivad MIRI krüojahutit enne selle saatmist Northrop Grummani Redondo Beachil Californias. Seal on jahuti kinnitatud Webbi teleskoobi korpuse külge.
See MIRI instrumendi osa, mida on nähtud Appletoni laboris Rutherfordis, Ühendkuningriigis, sisaldab infrapunadetektoreid. Krüojahuti asub detektorist eemal, kuna see töötab kõrgemal temperatuuril. Külma heeliumi kandev toru ühendab kahte sektsiooni.
MIRI (vasakul) istub Redondo Beachis Northrop Grummanis tasakaalupulgal, kui insenerid valmistuvad kasutama sildkraanat, et kinnitada see integreeritud teadusinstrumentide mooduli (ISIM) külge. ISIM on Webbi tuum, neli teaduslikku instrumenti, milles teleskoop asub.
Enne kui MIRI instrument – ​​üks neljast observatooriumi teadusinstrumendist – saab töötada, tuleb see jahutada peaaegu kõige külmema temperatuurini, milleni aine võib jõuda.
NASA James Webbi kosmoseteleskoop, mis peaks startima 24. detsembril, on ajaloo suurim kosmoseobservatoorium ja sellel on sama heidutav ülesanne: koguda infrapunavalgust universumi kaugetest nurkadest, võimaldades teadlastel uurida universumi struktuuri ja päritolu. Meie universum ja meie koht selles.
Paljud kosmilised objektid – sealhulgas tähed ja planeedid ning gaas ja tolm, millest need moodustuvad – kiirgavad infrapunavalgust, mida mõnikord nimetatakse ka soojuskiirguseks.Kuid nii on ka enamik teisi soojasid objekte, nagu rösterid, inimesed ja elektroonika. See tähendab, et Webbi neli infrapunainstrumenti suudavad tuvastada oma infrapunavalgust. Nende emissioonide vähendamiseks peab seade olema väga külm – umbes 8 kraadi Celvin 8 või 3minus3minus. sius).Kuid korralikuks toimimiseks peavad keskmise infrapuna-instrumendi ehk MIRI sees olevad detektorid külmema: alla 7 Kelvini (miinus 448 kraadi Fahrenheiti või miinus 266 kraadi Celsiuse järgi).
See on vaid paar kraadi üle absoluutse nulli (0 kelvinit) – teoreetiliselt kõige külmem temperatuur, kuigi see pole kunagi füüsiliselt saavutatav, kuna see kujutab endast kuumuse täielikku puudumist. (Kuid MIRI ei ole kõige külmem kosmoses töötav pildistamisseade.)
Temperatuur mõõdab põhiliselt aatomite liikumiskiirust ja lisaks oma infrapunavalguse tuvastamisele võivad Webb-detektorid käivitada ka nende endi termilised vibratsioonid. MIRI tuvastab valgust madalamas energiavahemikus kui ülejäänud kolm instrumenti. Selle tulemusena on selle detektorid termilise vibratsiooni suhtes tundlikumad. Neid soovimatuid signaale kutsuvad astronoomid ka ülemüraks ja nad üritavad tuvastada ülemüra.
Pärast käivitamist võtab Webb kasutusele tenniseväljaku suuruse visiiri, mis kaitseb MIRI-d ja muid instrumente päikese kuumuse eest, võimaldades neil passiivselt jahtuda. Umbes 77 päeva pärast käivitamist kulub MIRI krüojahutil 19 päeva, et instrumendi detektorite temperatuur langeks alla 7 Kelvini.
"Maal on suhteliselt lihtne jahutada asju selle temperatuurini, sageli teaduslike või tööstuslike rakenduste jaoks," ütles NASA Lõuna-Californias asuva reaktiivmootori labori krüojahuti ekspert Konstantin Penanen., mis haldab NASA MIRI instrumenti.” Kuid need Maal asuvad süsteemid on väga mahukad ja energiatõhusad.Kosmoseobservatooriumi jaoks vajame jahutit, mis on füüsiliselt kompaktne, energiasäästlik ja peab olema väga töökindel, sest me ei saa seda parandada.Nii et need on väljakutsed, millega me silmitsi seisame., selles osas ma ütleksin, et MIRI krüojahutid on kindlasti esirinnas.
Üks Webbi teaduslikest eesmärkidest on uurida universumis tekkinud esimeste tähtede omadusi. Webbi lähi-infrapunakaamera või NIRCami instrument suudab tuvastada neid ülikaugeid objekte ning MIRI aitab teadlastel kinnitada, et need nõrgad valgusallikad on pigem esimese põlvkonna tähtede parved, mitte teise põlvkonna tähed, mis tekkisid hiljem evolutsiooni käigus.
Vaadates tolmupilvi, mis on paksemad kui lähiinfrapuna-instrumendid, paljastab MIRI tähtede sünnikohad. Samuti tuvastab see Maal levinud molekulid, nagu vesi, süsinikdioksiid ja metaan, aga ka kivimineraalide, näiteks silikaatide molekulid jahedas keskkonnas lähedalasuvate tähtede ümber, kus planeedid võivad aga paremini tuvastada infrapunakiirgust. MIRI näeb neid jääna.
"Ühendades USA ja Euroopa teadmised, oleme välja töötanud MIRI kui Webbi jõu, mis võimaldab astronoomidel üle maailma vastata suurtele küsimustele selle kohta, kuidas tähed, planeedid ja galaktikad tekivad ja arenevad," ütles Gillian Wright, MIRI teadusmeeskonna kaasjuht ja Ühendkuningriigi astronoomiatehnoloogia keskuse (ATC) instrumendi Euroopa juhtivteadur Gillian Wright.
MIRI krüojahuti kasutab heeliumi, millest piisab umbes üheksa peoõhupalli täitmiseks, et viia soojus instrumendi detektoritelt eemale.Kaks elektrikompressorit pumpavad heeliumi läbi toru, mis ulatub detektori asukohani. Toru läbib metalliploki, mis on samuti detektori külge kinnitatud;jahutatud heelium neelab plokist liigse soojuse, hoides detektori töötemperatuuri alla 7 kelvini.Soojendatud (kuid siiski külm) gaas naaseb seejärel kompressorisse, kus see väljutab liigse soojuse ja tsükkel algab uuesti.Põhimõtteliselt on süsteem sarnane kodumajapidamises kasutatavate külmikute ja kliimaseadmetega.
Heeliumi kandvad torud on valmistatud kullatud roostevabast terasest ja nende läbimõõt on alla kümnendiku tolli (2,5 mm). See ulatub umbes 30 jala (10 meetri) kaugusele kosmoseaparaadi siini piirkonnas asuvast kompressorist kuni MIRI detektorini optilise teleskoobi elemendis, mis asub observatooriumi kärgstruktuuriga kokkupandud elemendis, mida nimetatakse primaarseks peegliks, ühenduskohaks või kaheks seadmeks kasutatavaks seadmeks. Käivitamisel surutakse DTA kokku nagu kolb, et aidata paigutatud observatooriumi paigaldada raketi ülaosas asuvasse kaitsesse. Kosmosesse jõudes ulatub torn välja, et eraldada toatemperatuuril kosmoseaparaadi buss jahedamatest optilistest teleskoobiinstrumentidest ning võimaldada päikesevarjul ja teleskoobil täielikult rakenduda.
See animatsioon näitab James Webbi kosmoseteleskoobi ideaalset kasutuselevõttu tundide ja päevade jooksul pärast starti. Keskse paigaldatava torni laiendamine suurendab MIRI kahe osa vahelist kaugust.Need on ühendatud jahutatud heeliumiga spiraalsete torudega.
Kuid pikenemise protsess nõuab heeliumitoru pikendamist laiendatava tornisõlmega. Seega keerduvad torud nagu vedru, mistõttu MIRI insenerid andsid sellele toru osale hüüdnime "Slinky".
"Observatooriumi mitut piirkonda hõlmava süsteemi kallal töötamisel on mõningaid väljakutseid," ütles JPL MIRI programmijuht Analyn Schneider."Neid erinevaid piirkondi juhivad erinevad organisatsioonid või keskused, sealhulgas Northrop Grumman ja USA NASA Goddardi kosmoselennukeskus, me peame kõigiga rääkima.Teleskoobis pole muud riistvara, mis seda tegema peaks, seega on see MIRI-le ainulaadne väljakutse.See on kindlasti olnud pikk rida MIRI krüojahutite teele ja oleme valmis seda kosmoses nägema.
James Webbi kosmoseteleskoop stardib 2021. aastal maailma juhtiva kosmoseteaduse vaatluskeskusena. Webb avab meie päikesesüsteemi saladused, vaatab kaugeid maailmu teiste tähtede ümber ning uurib meie universumi ja meie koha salapäraseid struktuure ja päritolu. Webb on rahvusvaheline algatus, mida juhivad NASA ja tema partnerid Euroopa Kosmoseagentuur ESA.
MIRI töötati välja NASA ja ESA (Euroopa Kosmoseagentuur) 50–50 partnerluse kaudu. JPL juhib USA jõupingutusi MIRI nimel ja rahvusvaheline Euroopa astronoomiliste instituutide konsortsium aitab ESA-le kaasa. George Rieke Arizona ülikoolist on MIRI USA teadusrühma juht. Gillian Wrighti teadusmeeskonna juht on Euroopa teadusmeeskond.
Alistair Glasse Ühendkuningriigi ATC-st on MIRI instrumenditeadlane ja Michael Ressler on USA projektiteadlane JPL-is.Laszlo Tamas Ühendkuningriigi ATC-st vastutab Euroopa Liidu eest. MIRI krüojahuti väljatöötamist juhtis ja haldas JPL koostöös NASA Goddard Beachi kosmoselennukeskusega Greenbeltis, Marylandis, ja Redondoropi kosmoselennukeskusega Greenbeltis, Marylandis.