詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，缩写JWST）是美国航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航空航天局（CSA）联合研发的红外线观测用太空望远镜，以作为哈勃望远镜（HST）的继任者。詹姆斯·韦伯望远镜取名自NASA第二任局长——詹姆斯·韦伯，以纪念在他在任期内所领导的诸多历史性的航天任务。 12月25日，韦伯望远镜成功搭乘欧洲航天局的阿丽亚娜5号火箭从法属圭亚那基地发射升空，将在未来13天内在轨道飞行期间逐渐展开，这将开启一个备受期待的天文探索新时期。  video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2198146099348078596Source: https://www.jwst.nasa.gov/ 铍镜  韦伯望远镜是目前全球已建成性能最强大、也是造价最高的太空望远镜。韦伯望远镜最亮眼的是那18面金光闪闪的六边形主镜，这是一面直径6.5米的镀金铍质反射镜，由18片巨大六边形子镜构成，总面积达到25.4平方米，是哈勃的6倍以上。韦伯望远镜的灵敏度大大提高，综合能力超过哈勃一百倍。  数据来源：https://www.jwst.nasa.gov/ 韦伯选用了元素周期表里第四个元素——金属铍作为主镜的材质，因为：
韦伯望远镜的铍镜表面利用气相沉积技术喷涂了100纳米厚的金层，因为金可以很好地提高红外光反射率，起到更好的成像效果。最后，工程师在金层外面又喷涂了一层极薄的二氧化硅，以防止柔软的金层被划伤。  Brush Wellman公司 单晶态铍是一种高活性的密排六方（HCP）结构金属，基面方向的热膨胀系数（CTE）比轴向要高出37%。由于热膨胀系数各向异性过高会导致反射镜在小的温度变化下尺寸稳定性下降，使得光电系统成像质量下降。因此铍反射镜和大多数铍材料部件必须通过粉末冶金技术来制造，以使颗粒方向尽可能的随机化，达到宏观特性的各向同性。因此，制造高性能的铍反射镜基底有两个关键技术：一是制备出高质量的铍粉末；二是采用先进的成形与固结工艺。 Brush Wellman公司被认为是美国唯一可靠的反射镜用铍材生产企业。韦伯望远镜的主镜、次镜和三镜都是用的Brush Wellman公司所研制的O-30L铍粉为原料制造的。 Brush Wellman公司开发并生产了O-30L铍粉，该铍粉是通过气体雾化法制备的。20世纪90年代，Brush Wellman公司研制出气体雾化法制备铍粉，这种方法制备的球形铍粉的形状规则，能显著减少或消除制坯的各向异性，同时具有很好的流动性和较高的充填能力，特别适合于热等静压（HIP）。   ↑ The Brush Wellman team and the mirror blanks. （Source: https://www.jwst.nasa.gov/） Brush Wellman公司以O-30L铍粉为原料，通过热等静压技术制出各向同性和均匀性优异的镜坯，之后AXSYS公司对镜坯进行轻量化加工，加工率约为95%。加工过程中首先切掉铍镜坯的背面的大部分，只留下一个薄的“肋”结构，“肋”结构仅约 1 毫米（约 1/25 英寸）厚，加工后的单个六边形反射镜质量仅为20 kg左右。前两个镜坯早在2004年3月就加工完成了。  数据来源：https://www.nasa.gov/ 由于BeO含量仅为0.3%，使用该铍粉生产的反射镜基底可以直接抛光，反射镜的抛光由L-3 Communications - Tinsley公司负责，抛光后主镜镜面的平均加工精度为13.5nm，次镜镜面平均加工精度为5.9nm，三镜镜面的平均加工精度为4.3nm。 由于铍在低温下具有很好的稳定性，韦伯望远镜的近红外相机的光学支撑结构也选择使用铍材。 结语 詹姆斯·韦伯太空望远镜历时20余年研发，由美国NASA主导，从设计、原材料制备到零部件加工、再到总装、发射、最后在太空中打开，设计寿命10年，这是一个异常复杂又精密的庞大工程。韦伯太空望远镜使用环境和要求促使了新的铍材料的研究与开发。 参考资料 1.石磊, 许永森, 刘福贺. 光电系统中铍反射镜的发展与应用[J]. 中国光学, 2014, 7(5): 749-758. doi: 10.3788/CO.20140705.0749 2.价值约100亿美元、史上最强望远镜升空，一文读懂“詹姆斯·韦伯”：https://finance.sina.com.cn/tech/2021-12-25/doc-ikyamrmz1211496.shtml 3.Mirrors Webb/NASA: https://www.jwst.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html 4.Mirror Production Begins on Webb Telescope: https://www.nasa.gov/vision/universe/watchtheskies/jwst_mirror.html 相关阅读 1. 星辰大海 || 火星上的人造物合影 (1971-2021) 2. 天问一号背后的新材料 3. “中国天眼FAST”牵引新材料的发展与应用 4. 从近年工信部发布的示范应用指导目录看新材料发展方向 5. 新华社专访谢建新院士：中国新材料产业，三大问题和三条路径 |
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