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总预算直逼100亿美元的詹姆斯韦伯太空望远镜有多厉害_[寻医问药6喷涂材料.9]喷涂材料

2021-06-09 17:32:13  中润机械网

就在刚刚过去的2018年3月27日,预算已经高达88亿美元的詹姆斯韦伯太空望远镜又宣布延期到2020年5月才可能发射。

考虑到期间的天价延期成本和可能的改进测试,估计总预算直逼100亿美元。

这比起它在1997年被批准的5亿美元预算、2007年发射的初步版本,已经相距甚远,从一个不起眼的小望远镜完全变成了一个载入人类史册的重大项目!

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▲詹姆斯韦伯看起来犹如太空中的一艘巨型战舰(假想图)

这几年内,詹姆斯韦伯项目组开了无数次新闻发布会,而所有的新闻发布会如果总结为15个字的话,总是下面这五个部分:

大家好,有进展,要延期,没钱了,快打钱。

当然,NASA出现罕见的慎之又慎也有几个重要原因:

? 它是人类有史以来最高大上的太空望远镜!

它的最核心任务是:寻找宇宙的边界,也就是宇宙最初期大爆炸后残留的微波背景辐射。

? 它是目前仅次于阿波罗登月、航天飞机、国际空间站和GPS项目的美国/人类第五大航天项目,且它只有一个航天器,造价已经逼近100亿美元;比起之前这四个任务数十次到数百次发射分摊风险,但依然存在不可避免的发射失败,对詹姆斯韦伯而言基本意味着必须成功,否则就亏的太大了。

? 而且它飞在距离地球过远的位置,最远是月球距离地球的近四倍,出现问题是不可能营救的。

▲詹姆斯韦伯与哈勃望远镜的位置关系

由于理论上说它任何一个部件都会辐射出红外信号产生干扰,所以这个望远镜必须温度极低以减少影响,低到接近绝对温度(-273摄氏度)的零下220度。

▲低温测试中的詹姆斯韦伯

同时为了最大限度的收集红外信息,就需要超高反射率和超大的“镜子”,还需要尽量回避宇宙中干扰的热源,比如地球和太阳。也要回避地球附近的宇宙尘埃。

因此,詹姆斯韦伯的最佳观测点是处于日地引力平衡的拉格朗日2点,距离地球150万公里(月球距离地球不过38万公里),躲在地球背后,这个引力平衡点轨道稳定,也远离热源太阳和地球。

▲詹姆斯韦伯位置示意图

但这也意味着任务必须一次成功,不存在修理的可能性,像哈勃望远镜那种本来不能用慢慢修好的可能性也是不存在的。

而且,它还有两大绝活:

1、超级精密的镜子

▲这是哈勃望远镜的主镜和詹姆斯韦伯主镜的大小对比

由于詹姆斯韦伯镜面设计要求是6.5米口径,而这个大小超过了火箭发射的尺寸限制,所以选择方案是加工成18面一模一样的六边形,折叠起来再展开。

▲折叠在阿里亚娜火箭中的詹姆斯韦伯望远镜

普通镜面材料根本不行,因为温度变化导致变形,更何况零下220度。而且在反射电磁波的时候材料都会吸收掉一些能量(例如黑衣服白衣服区别),必须用抗弯刚度高、热稳定性好、热导率高、密度低的材料。 最后选择了碱土金属铍,这是军工行业极为重要的金属,是洲际导弹的导航设备等核心原料。 镜面的加工精度要求是:抛光误差不超过10纳米,每块镜片还能随意调整角度,调整精度不超过10纳米!!! 10纳米大概相当于几十个铍原子摆在一起的宽度。。。

▲主镜面

2、遮阳板

尽管已经远离热源,但还要尽力遮住可能的外界能量,比如地球辐射。然后詹姆斯韦伯就要打着这么一把五层的“遮阳伞”。 在测试中,这把伞从正面到背面,可以将辐射温度降低300摄氏度以上。 它完全展开时长宽占地大小有300平米左右,但即便这么大,每层的厚度其实才25微米或50微米(第一层),这已经包括了镀的硅膜和铝膜。

▲遮阳板实际大小

要知道,人的头发直径还有80-100微米,而考虑到这么薄的一层要做到这么大,真是不可思议。这恐怕也是人类历史上最牛的一个遮阳板了。 但你别忘了,无论是镜子还是遮阳板,都是需要先窝在一起塞进火箭里,然后进入太空后才慢慢展开的。也就是说经历了剧烈的火箭发射和非常大的温度变化后,它们要在太空中实现刚才我说到的10纳米和25微米精度,这就非常难了。 它的遮阳伞打开机构共计有100个,它们负责在经历剧烈火箭震动和恶劣太空环境后,将这把打伞打开,实现那么夸张的精度。

▲在地面上通过庞大的机械臂吊装测试

它到了太空中可没有这些大型机械臂辅助,就得靠自带器件缓慢展开这一层层庞然大物,

▲某结构测试

类似于在上面绑了100个小型拖车,把这庞然大物缓缓拖开。

所以目前大家觉得,还是在地面上使劲儿测试测试吧,再测试一年看看千万不能出问题啊。毕竟出一点差错就是100亿美元预算+几千个研究员参与项目+上百位博士的毕业问题啊。这个项目先后有欧美十几个国家参与,国际影响力也要求它必须慎重。

而且,对于大型任务而言,任务延期是太正常的事情了,延期3年5年都不是事儿。罗塞塔号当年本来计划探测的根本就不是那颗彗星,纯粹因为被各种延期而不断修改探测目标。毕竟彗星可不等你啊,人家该飞飞的,谁鸟你,错过了就换一颗吧。

詹姆斯韦伯自然也早不是第一次延期,按照原计划它现在应该已经接近结束任务了。

说实话,它延期发射并不担心,还是希望欧空局的阿里亚娜5火箭一定要给力,千万别出幺蛾子,因为这完全就是一锤子买卖!

一锤子100亿美元,这可真够刺激的说。

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