Inginerii efectuează o „acceptare” a instrumentului în infraroșu mediu al telescopului spațial James Webb la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA, după ce au plecat din Marea Britanie.
Tehnicienii de zbor JPL Johnny Melendez (dreapta) și Joe Mora inspectează criocooler-ul MIRI înainte de a-l expedia către Northrop Grumman din Redondo Beach, California. Acolo, răcitorul este atașat la corpul telescopului Webb.
Această parte a instrumentului MIRI, văzută la laboratorul Appleton din Rutherford, Marea Britanie, conține detectoare cu infraroșu. Criorăcitorul este situat departe de detector, deoarece funcționează la o temperatură mai ridicată. Un tub care transportă heliu rece conectează cele două secțiuni.
MIRI (stânga) stă pe o grindă de echilibru la Northrop Grumman din Redondo Beach, în timp ce inginerii se pregătesc să folosească o macara rulantă pentru a o atașa la Modulul de instrumente științifice integrate (ISIM). ISIM este nucleul lui Webb, cele patru instrumente științifice care adăpostesc telescopul.
Înainte ca instrumentul MIRI - unul dintre cele patru instrumente științifice de pe observator - să poată funcționa, trebuie să fie răcit la aproape cea mai rece temperatură pe care o poate atinge materia.
Telescopul spațial James Webb al NASA, programat să fie lansat pe 24 decembrie, este cel mai mare observator spațial din istorie și are o sarcină la fel de descurajantă: colectarea luminii infraroșii din colțuri îndepărtate ale universului, permițând oamenilor de știință să cerceteze structura și originile universului. Universul nostru și locul nostru în el.
Multe obiecte cosmice, inclusiv stele și planete, precum și gazul și praful din care se formează, emit lumină infraroșie, uneori numită radiație termică. Dar la fel sunt și majoritatea obiectelor calde, cum ar fi prăjitoarele de pâine, oamenii și electronicele. Asta înseamnă că cele patru instrumente cu infraroșu ale lui Webb își pot detecta propria lumină infraroșie. 33 grade Celsius). Dar pentru a funcționa corect, detectoarele din interiorul instrumentului cu infraroșu mediu sau MIRI trebuie să se răcească: sub 7 Kelvin (minus 448 grade Fahrenheit sau minus 266 grade Celsius).
Este la doar câteva grade peste zero absolut (0 Kelvin) – cea mai rece temperatură posibilă teoretic, deși nu este niciodată accesibilă fizic, deoarece reprezintă absența completă a căldurii. (Cu toate acestea, MIRI nu este cel mai rece instrument de imagistică care operează în spațiu.)
Temperatura este în esență o măsură a cât de repede se mișcă atomii și, pe lângă detectarea propriei lumini infraroșii, detectoarele Webb pot fi declanșate de propriile vibrații termice. MIRI detectează lumina într-un interval de energie mai mic decât celelalte trei instrumente. Ca urmare, detectorii săi sunt mai sensibili la vibrațiile termice.
După lansare, Webb va instala o vizor de dimensiunea unui teren de tenis care protejează MIRI și alte instrumente de căldura soarelui, permițându-le să se răcească pasiv. Începând cu aproximativ 77 de zile după lansare, criocooler-ul MIRI va dura 19 zile pentru a reduce temperatura detectorilor instrumentului la sub 7 Kelvin.
„Este relativ ușor să răcești lucrurile la această temperatură pe Pământ, adesea pentru aplicații științifice sau industriale”, a spus Konstantin Penanen, expert în criocooler la Laboratorul de propulsie cu reacție al NASA din California de Sud., care gestionează instrumentul MIRI pentru NASA.” Dar acele sisteme bazate pe Pământ sunt foarte voluminoase și ineficiente energetic.Pentru un observator spațial, avem nevoie de o răcitoare care este compactă din punct de vedere fizic, eficient din punct de vedere energetic și trebuie să fie foarte fiabilă, deoarece nu putem ieși să-l reparăm.Deci acestea sunt provocările cu care ne confruntăm., în acest sens, aș spune că cryocoolerele MIRI sunt cu siguranță în frunte.”
Unul dintre obiectivele științifice ale lui Webb este de a studia proprietățile primelor stele care s-au format în univers. Camera în infraroșu apropiat sau instrumentul NIRCam a lui Webb va putea detecta aceste obiecte extrem de îndepărtate, iar MIRI îi va ajuta pe oamenii de știință să confirme că aceste surse slabe de lumină sunt grupuri de stele de prima generație, mai degrabă decât stele de a doua generație care s-au format mai târziu într-o evoluție galaxie.
Privind norii de praf care sunt mai groși decât instrumentele cu infraroșu apropiat, MIRI va dezvălui locurile de naștere ale stelelor. De asemenea, va detecta moleculele întâlnite în mod obișnuit pe Pământ - cum ar fi apa, dioxidul de carbon și metanul, precum și moleculele de minerale stâncoase, cum ar fi silicații - în mediile reci din jurul stelelor din apropiere, unde se pot forma planete. ele ca gheata.
„Combinând expertiza SUA și cea europeană, am dezvoltat MIRI ca puterea Webb, ceea ce le va permite astronomilor din întreaga lume să răspundă la întrebări mari despre modul în care se formează și evoluează stelele, planetele și galaxiile”, a declarat Gillian Wright, co-leader al echipei de știință MIRI și cercetător principal european pentru instrument la Centrul de Tehnologie Astronomică din Regatul Unit (UK ATC).
Criocooler-ul MIRI folosește heliu gaz - suficient pentru a umple aproximativ nouă baloane de petrecere - pentru a transporta căldura departe de detectoarele instrumentului. Două compresoare electrice pompează heliu printr-un tub care se extinde până la locul în care se află detectorul. Tubul trece printr-un bloc de metal care este, de asemenea, atașat de detector;heliul răcit absoarbe excesul de căldură din bloc, menținând temperatura de funcționare a detectorului sub 7 Kelvin.Gazul încălzit (dar încă rece) revine apoi la compresor, unde elimină căldura în exces, iar ciclul începe din nou. În principiu, sistemul este similar cu cel folosit la frigiderele și aparatele de aer condiționat de uz casnic.
Țevile care transportă heliu sunt fabricate din oțel inoxidabil placat cu aur și au mai puțin de o zecime de inch (2,5 mm) în diametru. Se extinde la aproximativ 30 de picioare (10 metri) de la compresorul situat în zona autobuzului navei spațiale până la detectorul MIRI din elementul telescopului optic situat în spatele observatorului fagure de miere numit oglindă primară, oglindă sau zone conectabile. Pornit pentru lansare, DTA este comprimat, un pic ca un piston, pentru a ajuta la instalarea observatorului depozitat în protecția de deasupra rachetei. Odată ajuns în spațiu, turnul se va extinde pentru a separa autobuzul navei spațiale la temperatura camerei de instrumentele telescopului optic mai rece și pentru a permite parasolarului și telescopului să se desfășoare complet.
Această animație arată execuția ideală a desfășurării telescopului spațial James Webb la ore și zile după lansare. Extinderea ansamblului turnului central dislocabil va crește distanța dintre cele două părți ale MIRI. Acestea sunt conectate prin tuburi elicoidale cu heliu răcit.
Dar procesul de alungire necesită ca tubul de heliu să fie extins cu ansamblul turn expandabil. Deci, tubul se înfășoară ca un arc, motiv pentru care inginerii MIRI au poreclit această parte a tubului „Slinky”.
„Există unele provocări în lucrul la un sistem care se întinde pe mai multe regiuni ale observatorului”, a spus Analyn Schneider, manager de program JPL MIRI.„Aceste diferite regiuni sunt conduse de diferite organizații sau centre, inclusiv Northrop Grumman și Goddard Space Flight Center din SUA, trebuie să vorbim cu toată lumea.Nu există alt hardware pe telescop care să aibă nevoie să facă asta, așa că este o provocare unică pentru MIRI.Cu siguranță a fost o coadă lungă pentru drumul Cryocoolers MIRI și suntem gata să-l vedem în spațiu.”
Telescopul spațial James Webb se va lansa în 2021 ca cel mai important observator al științelor spațiale din lume. Webb va dezvălui misterele sistemului nostru solar, va privi în lumi îndepărtate din jurul altor stele și va explora structurile și originile misterioase ale universului nostru și ale locului nostru. Webb este o inițiativă internațională condusă de NASA și partenerii săi ESA (Agenția Spațială Europeană) și Canadian Space Telescope.
MIRI a fost dezvoltat printr-un parteneriat 50-50 dintre NASA și ESA (Agenția Spațială Europeană). JPL conduce efortul SUA pentru MIRI, iar un consorțiu multinațional de institute astronomice europene contribuie la ESA. George Rieke de la Universitatea din Arizona este liderul echipei de știință a MIRI din SUA. Gillian Wright este șeful echipei științifice europene a MIRI.
Alistair Glasse de la ATC, Marea Britanie este cercetător instrument MIRI și Michael Ressler este cercetător de proiect în SUA la JPL. Laszlo Tamas din Marea Britanie ATC este responsabil de Uniunea Europeană. Dezvoltarea criocooler-ului MIRI a fost condusă și gestionată de JPL în colaborare cu Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland și Northrop Grum, California, în Redondondo Beach, California.