James Webb Space Telescope, nesoucí jméno po řediteli NASA z let 1961-1968. Na rozdíl od Hubblea bude umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce, tedy asi 1,5 mil. km od Země ve směru od Slunce.
Dalekohled bude pracovat v infračerveném spektru (0,6 až 28 μm), což mu umožní proniknout vesmírným prachem a sledovat velmi vzdálené objekty s nízkou povrchovou teplotou.
JWST má tři zrcadla, primární, sekundární a terciální. Ačkoli i relativně malá sekundární a terciální zrcadla jsou jedinečná, je to rozsáhlé primární zrcadlo, které je přehlídkou komplikované konstrukce. Jeho celkový průměr je 6,5 m a ohnisková vzdálenost 131,4 m z něj dělá „slušný dalekohled“ v porovnání s jeho pozemskými kolegy.
Primární zrcadlo je příliš velké na to, aby bylo dopraveno do vesmíru ve finální podobě, proto je skládačkou z 18 šestiúhelníkových segmentů vyrobených z beryllia, tak konstruktéři dosáhli na výslednou plochu 25 m 2. Vše je vymyšleno tak, aby se vešlo do hlavice nosné rakety.
Každý z šestiúhelníkových dílů primárního zrcadla má v průměru jen něco málo přes 1,3 m, a váží pouhých 40 kg. Jsou již vyrobeny a byly dopraveny do NASA, resp. do Goddardova kosmického střediska , kde se podrobují testům a montují na nosnou konstrukci dalekohledu.
Sgmenty nejsou jen pouhými zrcadly, ale spíše komplexním souborem technologií, které jim umožňují pracovat jako jeden celek. Zrcadla tvoří reflexní zlatem potažený podklad z berylia ukotvený na delta rám dovolující servopohonům změnu pozice a zakřivení vlastního zrcadla. Materiál musel být volen tak, aby byl co nejlehčí a zároveň schopen pracovat při teplotách pod -240 °C. Zrcadla přitom musí ustát otřesy a přetížení při startu nosné rakety. Na oběžné dráze se od nich pro změnu požaduje, aby nastavené prvky v neměnné pozici setrvaly ve stabilní poloze až po dobu dvou týdnů.
Nyní se podívejme blíže na jednotlivé komponenty každého segmentu.
Beryliový podklad zrcadla
Berylium vědci vybrali proto, že je dostatečně tuhé a při tom lehké, ale hlavně, že při změnách teplot chová stabilně a předvídatelně. Konstrukce z tohoto kovu je 5 cm silná s dokonale vybroušenou reflexní plochou. „Zadní“ strana z důvodu odlehčení má podobu včelí plástve, jen s tím rozdílem, že je podstava je trojúhelníková a ne šestiúhelníková.
Reflexní povrch má přípustnou odchylkou pouhých 20 nanometrů (tj. 20 miliardtin metru). Na něj je nanesena tenká vrstvička zlata, které maximalizuje schopnost odrážet infračervené světlo.
Beryliové patice
Na opačné straně od leštěného povrchu jsou upevněny tři trojúhelníkové beryliové patice, pro ukotvení zrcadla k natáčecím servopohonům. Každá je asi 30 cm široká a 60 cm dlouhá a rozkládá síly působící v hmotě zrcadla na základní strukturu dbající na stabilitu systému.
Kotvící „delta“ rám
Beryliové patice jsou osazeny do rámu, který je rovněž z berylia (BDF). Je hlavní vymezovací strukturou pro každý z 18 primárních segmentů zrcadla. Jsou 75 cm široké a mají tvar písmene „delta“. BDF rám propojuje zrcadla s podkladem, paticemi a servopohony.
Natáčení a směrování
Tvarování povrchu a vyrovnávání povrchu zrcadla zajišťují servopohony. Starají se o všech 18 primárních segmentů, výsledkem je ostrý obraz i při dlouhé expozici a měnících se teplotních podmínkách.
Každý z hlavních segmentů zrcadla má šest pohonných jednotek, jen tak šlo docílit aby výsledné monolitické zrcadlo bylo co nejdokonalejší. Specialitou je pak servopohon připojený přímo do středu zadní části zrcadla prostřednictvím dlouhých, tenkých beryliových podpěr vedoucích až k okrajům zrcadla. Ty zajišťují, aby každé ze zrcadel mělo stejnou ohniskovou vzdálenost.
Servopohony jsou jednou z mnoha součástí vytvořených speciálně pro JWST. Jejich úkolem je provádět změny v rozměrech nanometrů. Právě tím bude teleskop dosahovat své optické dokonalosti. Pro lepší představu, jak je zařízení přesné, si můžeme vzít do ruky kancelářský papír. Ten má tloušťku okolo 100 000 nm. Změny odrazové plochy zrcadla se upravují v měřítku 1 / 100 000 tloušťky běžného papíru. A nejen to. Pohony musí pracovat spolehlivě i když teplota klesne na hodnotu několika desítek stupňů nad absolutní nulu.
Po vypuštění JWST budeme muset na první snímky nejakou dobu počkat. Nejprve se bude stabilizovat na provozní teplotu. Pak technici začnou pomocí příkazů ze Země testovat funkci servopohonů. Bude to trvat zhruba dva měsíce a teprve pak začne být JWST uváděn do provozu a začne s vědeckým pozorováním. Jemné dolaďování zrcadel mu budou ordinovat jednou za 10 až 14 dnů. JWST bude první vesmírnou observatoří používající aktivně řízené segmentové primární zrcadlo.
Kotvení zrcadla k hlavní konstrukci
Pro připojení jednotlivých zrcadel k hlavní nosné konstrukci teleskopu jsou použity pružné tvarovky – Flextures. Fungují jako pružiny. Flextures dovolují rozpínání a smršťování celé soustavy zrcadel, ke kterému dochází změnami teplot už v rámci předletových kontrol zde na Zemi. Cílem je otestovat tvarovou stabilitu JWST před jeho velkým ochlazením, ke kterému dojde ve vesmíru a kde provozní teplota bude okolo 50 K (-223 °C).
JWST je společným projektem NASA, Evropské kosmické agentury (European Space Agency, ESA) a Kanadské kosmické agentury (Canadian Space Agency, CSA) . Vynést ho má v roce 2018 raketa Ariane 5 od Evropské kosmické agentury. Sloužit má spolehlivě 5 let s pravděpodobným prodoužením na celkových 10 let provozu. Tato vesmírná astronomická observatoř má studovat všechny fáze historie našeho vesmíru, od prvního světla po velkém třesku, vznik hvězdných systémů vhodných pro podporu života na planetách jako je Země i vývoj naší Sluneční soustavy.
|
Pohled do „výrobny“ zrcadla. Kredit: NASA GSFC Quantum Coating |
Zdroje:
http://www.spacedaily.com/reports/The_Amazing_Anatomy_of_James_Webb_Space_Telescope_Mirrors_999.html
http://www.jwst.nasa.gov/
http://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope
Poznámka redakce. Autor poslal příspěvek s Brisbane. Prý to je hodně daleko. Doufáme, že nám časem napíše i něco o tamní přírodě a jak se jim tam s hlavama dolů žije.
Diskuze:
