于1996年立项，耗资百亿美元，被无数网友戏称为“鸽王”的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）在“鸽”了全人类14年之后，终于在法属圭亚那库鲁基地成功发射升空奔向了宇宙。作为下一代空间天文台， 同“哈勃”相比，“詹姆斯-韦伯”更大、更精密，能勘测到更远的太空！它口径是“哈勃太空望远镜”的三倍，但质量只有哈勃的一半左右。 ▲詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST） 詹姆斯·韦伯不会像哈勃一样在地球轨道运行，它将发射到距离地球150万公里的拉格朗日点L2。之所以将韦伯定点在这里，其一是因为在L2点的卫星消耗很少的燃料即可长期驻留，是探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置，其二是詹姆斯·韦伯望远镜的工作性质要求。 韦伯的主镜由18个由镀金铍制成的六边形镜段组成，这些镜段结合在一起形成了一个直径达6.5 米的镜子。这使韦伯望远镜的光收集面积比哈勃望远镜的2.4m (7.9 ft)反射镜大5.6倍。与在近紫外、可见光和近红外（0.1-1.0 μm）光谱中观测的哈勃不同，韦伯将在较低的频率范围内观测。  ▲詹姆斯·韦伯空间望远镜18面镜子中的其中6面正在进行温度浸渍测试 韦伯望远镜必须在不受任何其它热源干扰的情况下保持在-223 °C以下才能观察红外线中的微弱信号。如果没有办法阻挡来自太阳光的热量，韦伯就会被烧焦。为了防止热传递，NASA工程师们开发了由Kapton材料组成的五层遮阳板，遮阳板的每一层都非常薄，面向太阳光的第1层厚度仅为0.05毫米，其它四层为0.025毫米。 并且每层遮阳板之间都存有间隙，热量从这些间隙中向外辐射，为了确保韦伯望远镜元件保持一个恒定温度，以免材料收缩和膨胀影响光学元件，面向太阳光的第1层和第2层遮阳板还涂有50纳米厚的特殊硅涂层，可以将太阳光的热量反射回太空。 Kapton 是一种聚酰亚胺薄膜，由杜邦公司于 1960 年代后期开发，它具有高耐热性，可以在-269°C 到400°C的广泛温度范围内保持稳定。此外，遮阳板还涂有铝和掺杂硅，以提高韦伯在太空环境中的光学性能和使用寿命。  ▲遮阳板的薄膜层，每一层都像头发一样薄，由Kapton制成，Kapton 是一种坚韧的高性能塑料，涂有反射金属。 遮阳板是韦伯望远镜的重要组成部分，因为机上的红外摄像机和仪器必须保持非常冷且远离太阳的热量和光线才能正常工作。但阻挡太阳光的热量只是韦伯望远镜中诸多难题之一。望远镜的核心，位于望远镜中心的中红外探测器需要在-266.15℃的温度下工作，这与绝对零度-273.15℃仅相差7℃。 为使中红外探测器达到此温度，NASA耗资1.5亿美元研发了一个低温冷却器，在NASA的网站上我找到了低温冷却器的解读，冷却器具有一个两缸水平对置泵，并使用脉冲管冷却氦气，脉冲管与蓄热器进行声学交换。  ▲低温冷却器压缩机组件。 以下是哈勃望远镜拍摄宇宙的早期图像，很模糊，原因就出在哈勃没有达到最佳的聚焦状态，这使拍摄的宇宙图像品质远低于当时的期望，直到哈勃经历了第一次维修之后，哈勃的影像才获得大幅改善。  ▲左维修前。右维修后 韦伯望远镜的定点在距离地球150万公里的拉格朗日点L2，超过了目前任何载人航天器的范围，这迫使詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的设计制造必须完美无缺，否则任何一个环节出现问题都将功亏一篑！ 为了避免出现哈勃望远镜的问题， NASA为此专门设计了一个能够自行调整焦点的系统，18个独立的镜子中的每一个都可以扭曲其形状并调整其相对于位于主镜焦点的次镜的位置，铍镜的减重等格板背面装配有一个由背板、支柱和电机组成的系统，这些系统不仅可以调整镜子的旋转，而且通过中央电机和这些支柱，镜子可以改变它们的曲率来调整焦点，  一旦完成部署，韦伯望远镜将进入校准阶段，每个反射镜都会自行调整，直到18个部分中的每一个都与副镜正确对齐，副镜是一个0.74米的凸面镜，它本身有6个电机来调整其位置，这是一个极其精确的电机系统。 为了确保万无一失，韦伯望远镜的工程师在地球上使用真空室进行了校准测试，该真空室可以模拟望远镜工作环境的温度，确保韦伯可以实现完美的聚焦。 目前，詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）已进行第二次轨迹修正，预计在2022年1月25日再次进行修正，以确保将其送达拉格朗日点L2。之后，再有计划地进行仪器调整。发射6个月后，韦伯望远镜将开始其科学使命并进行常规科学操作，预计詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）将在2022年6月底前正式向地球发回第一批观测到的宇宙图像，让我们拭目以待吧。 |
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