Išvykę iš JK inžinieriai atlieka Jameso Webbo kosminio teleskopo vidutinio infraraudonųjų spindulių instrumento „priėmimą“ NASA Goddardo kosminių skrydžių centre.
JPL skrydžių technikai Johnny Melendezas (dešinėje) ir Joe Mora apžiūri MIRI kriokaušintuvą prieš išsiunčiant jį į Northrop Grumman Redondo paplūdimyje, Kalifornijoje. Ten aušintuvas pritvirtintas prie Webb teleskopo korpuso.
Šioje MIRI prietaiso dalyje, matytoje Appletono laboratorijoje Rutherforde, JK, yra infraraudonųjų spindulių detektoriai. Krio aušintuvas yra atokiau nuo detektoriaus, nes jis veikia aukštesnėje temperatūroje. Vamzdis, kuriame yra šaltas helis, jungia dvi dalis.
MIRI (kairėje) sėdi ant balanso spindulio Northrop Grumman mieste, Redondo paplūdimyje, kol inžinieriai ruošiasi naudoti viršutinį kraną, kad jį pritvirtintų prie integruoto mokslinio instrumento modulio (ISIM). ISIM yra Webb branduolys, keturi moksliniai instrumentai, kuriuose yra teleskopas.
Kad MIRI instrumentas – vienas iš keturių observatorijos mokslinių instrumentų – galėtų veikti, jis turi būti atvėsintas iki beveik žemiausios temperatūros, kurią gali pasiekti medžiaga.
NASA Jameso Webb kosminis teleskopas, kurį planuojama paleisti gruodžio 24 d., yra didžiausia kosmoso observatorija istorijoje. Jai tenka tokia pat bauginanti užduotis: rinkti infraraudonąją šviesą iš tolimų visatos kampelių, kad mokslininkai galėtų ištirti Visatos struktūrą ir kilmę. Mūsų visata ir mūsų vieta joje.
Daugelis kosminių objektų, įskaitant žvaigždes ir planetas, dujas ir dulkes, iš kurių jos susidaro, skleidžia infraraudonąją šviesą, kartais vadinamą šilumine spinduliuote. Tačiau taip pat ir dauguma kitų šiltų objektų, pvz., skrudintuvai, žmonės ir elektronika. Tai reiškia, kad keturi Webb infraraudonųjų spindulių prietaisai gali aptikti savo infraraudonąją šviesą. Kad būtų sumažinta ši emisija, prietaisas turi būti labai šaltas – apie 8 laipsnį Celvino laipsnio 3 min 3 min. Tačiau, kad tinkamai veiktų, detektoriai, esantys vidutinio infraraudonųjų spindulių prietaiso arba MIRI, turi atšalti: žemiau 7 Kelvino (minus 448 laipsniai pagal Farenheitą arba minus 266 laipsniai Celsijaus).
Tai tik keli laipsniai virš absoliutaus nulio (0 kelvinų) – teoriškai galima teoriškai šalčiausia temperatūra, nors ji niekada nepasiekiama fiziškai, nes tai reiškia visišką šilumos nebuvimą. (Tačiau MIRI nėra šalčiausias kosmose veikiantis vaizdo gavimo instrumentas.)
Temperatūra iš esmės yra atomų judėjimo greičio matas, o Webb detektorius gali ne tik aptikti savo infraraudonąją šviesą, bet ir juos suaktyvinti jų pačių šiluminiai virpesiai. MIRI aptinka šviesą mažesniame energijos diapazone nei kiti trys prietaisai. Todėl jos detektoriai yra jautresni šiluminiams virpesiams. Šiuos nepageidaujamus signalus astronomai gali vadinti „triukšmo signalu“.
Po paleidimo Webb įdiegs teniso aikštelės dydžio skydelį, kuris apsaugo MIRI ir kitus instrumentus nuo saulės kaitros, leisdamas jiems pasyviai atvėsti. Praėjus maždaug 77 dienoms po paleidimo, MIRI kriokaušintui prireiks 19 dienų, kol instrumento detektorių temperatūra sumažins iki žemiau 7 kelvinų.
„Palyginti lengva atšaldyti daiktus iki tokios temperatūros Žemėje, dažnai moksliniams ar pramoniniams tikslams“, – sakė NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos Pietų Kalifornijoje krio šaldymo aušintuvo ekspertas Konstantinas Penanenas., kuri valdo NASA MIRI instrumentą. Tačiau šios Žemėje esančios sistemos yra labai didelės ir neefektyvios energijos.Kosmoso observatorijai mums reikia fiziškai kompaktiško, energiją taupančio aušintuvo, kuris turi būti labai patikimas, nes negalime išeiti ir jo sutaisyti.Taigi tai yra iššūkiai, su kuriais susiduriame., šiuo atžvilgiu sakyčiau, kad MIRI krio aušintuvai tikrai yra priešakyje.
Vienas iš Webbo mokslinių tikslų yra ištirti pirmųjų visatoje susiformavusių žvaigždžių savybes. Webbo artimojo infraraudonųjų spindulių kamera arba NIRCam prietaisas galės aptikti šiuos itin tolimus objektus, o MIRI padės mokslininkams patvirtinti, kad šie silpni šviesos šaltiniai yra pirmosios kartos žvaigždžių spiečiai, o ne antrosios kartos žvaigždės, kurios susiformavo vėliau evoliucijai.
Žvelgiant į dulkių debesis, storesnius už artimųjų infraraudonųjų spindulių prietaisus, MIRI atskleis žvaigždžių gimimo vietas. Jis taip pat aptiks Žemėje dažniausiai randamas molekules, tokias kaip vanduo, anglies dioksidas ir metanas, taip pat uolinių mineralų, tokių kaip silikatai, molekules vėsioje aplinkoje aplink šalia esančias žvaigždes, kur gali formuotis karšta aplinka, o planetos geriau aptinka infraraudonuosius prietaisus. MIRI gali juos matyti kaip ledą.
„Sujungę JAV ir Europos žinias, sukūrėme MIRI kaip Webb galią, kuri leis astronomams iš viso pasaulio atsakyti į didelius klausimus apie tai, kaip formuojasi ir vystosi žvaigždės, planetos ir galaktikos“, – sakė Gillian Wright, MIRI mokslo komandos vadovas ir Europos vyriausiasis instrumento tyrėjas JK astronomijos technologijų centre (UK ATC Technology Center).
MIRI kriokaušintuve naudojamos helio dujos, kurių užtenka užpildyti maždaug devyniems vakarėlių balionams, kad pašalintų šilumą nuo instrumento detektorių.Du elektriniai kompresoriai pumpuoja helią per vamzdelį, kuris tęsiasi iki pat detektoriaus vietos. Vamzdis eina per metalinį bloką, kuris taip pat pritvirtintas prie detektoriaus;atvėsęs helis sugeria perteklinę šilumą iš bloko, palaikydamas detektoriaus darbinę temperatūrą žemesnę nei 7 kelvinų. Tada įkaitusios (bet vis tiek šaltos) dujos grįžta į kompresorių, kur išstumia šilumos perteklių, ir ciklas prasideda iš naujo.Iš esmės sistema panaši į naudojamą buitiniuose šaldytuvuose ir oro kondicionieriuose.
Vamzdžiai, kuriais teka helis, yra pagaminti iš paauksuoto nerūdijančio plieno ir yra mažesnio nei 2,5 mm skersmens. Jis tęsiasi maždaug 30 pėdų (10 metrų) nuo kompresoriaus, esančio erdvėlaivio magistralės zonoje, iki MIRI detektoriaus, esančio optinio teleskopo elemente, esančiame už observatorijos korio paketo, vadinamo pirminiu veidrodžiu, jungiamuoju įrenginiu. Paleidus, DTA yra suspausta, šiek tiek kaip stūmoklis, kad būtų lengviau sumontuoti saugomą observatoriją į apsaugą, esančią raketos viršuje.Patekęs į kosmosą, bokštas išsities, kad atskirtų kambario temperatūros erdvėlaivio magistralę nuo aušintuvo optinio teleskopo prietaisų ir leistų visiškai išsiskleisti skėčiui nuo saulės ir teleskopui.
Šioje animacijoje parodytas idealus Jameso Webb kosminio teleskopo dislokavimo atlikimas valandas ir dienas po paleidimo. Išplėtus centrinį dislokuojamą bokšto mazgą padidės atstumas tarp dviejų MIRI dalių.Jos yra sujungtos sraigtiniais vamzdžiais su aušinamu heliu.
Tačiau pailgėjimo procesas reikalauja, kad helio vamzdis būtų pratęstas naudojant išplečiamą bokšto mazgą. Taigi vamzdis susisuka kaip spyruoklė, todėl MIRI inžinieriai šią vamzdžio dalį pavadino „Slinky“.
„Yra tam tikrų iššūkių dirbant su sistema, kuri apima kelis observatorijos regionus“, – sakė Analyn Schneider, JPL MIRI programos vadovė.„Šiems skirtingiems regionams vadovauja skirtingos organizacijos ar centrai, įskaitant Northrop Grumman ir JAV NASA Goddardo kosminių skrydžių centrą, todėl turime kalbėtis su visais.Teleskope nėra jokios kitos aparatinės įrangos, kuriai tai reikia, todėl tai yra unikalus MIRI iššūkis.Tai tikrai buvo ilga eilė MIRI krioko aušintuvų keliui, ir mes esame pasirengę tai pamatyti kosmose.
Jameso Webbo kosminis teleskopas bus paleistas 2021 m. kaip geriausia pasaulyje kosmoso mokslo observatorija. Webbas atskleis mūsų saulės sistemos paslaptis, žvelgs į tolimus pasaulius aplink kitas žvaigždes ir tyrinės paslaptingas mūsų visatos struktūras ir kilmę bei mūsų vietą. Webb yra tarptautinė iniciatyva, kuriai vadovauja NASA ir jos partneriai ESA (Europos kosmoso agentūra) Canadian Space Agency.
MIRI buvo sukurta NASA ir ESA (Europos kosmoso agentūra) bendradarbiaujant 50–50. JPL vadovauja JAV pastangoms MIRI srityje, o tarptautinis Europos astronomijos institutų konsorciumas prisideda prie ESA. George'as Rieke'as iš Arizonos universiteto yra MIRI JAV mokslo komandos vadovas. Gillian Wright yra Europos mokslinės grupės vadovas.
Alistairas Glasse'as iš ATC, JK yra MIRI instrumentų mokslininkas, o Michaelas Ressleris yra JAV projektų mokslininkas JPL.Laszlo Tamas iš JK ATC vadovauja Europos Sąjungai. MIRI kriokaušintuvo kūrimui vadovavo ir jam vadovavo JPL, bendradarbiaudama su NASA Goddardo kosminių skrydžių centru Greenbelt, Kalifornijos valstijoje, ir Northondo Grumman.