迄今最昂贵、最复杂的航天器升空:韦伯望远镜探索星辰之旅开启

卫星与网络

共 3495字,需浏览 7分钟

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2021-12-26 14:18

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詹姆斯·韦伯望远镜艺术概念图

发射时间:2021年12月25日20:20(BJT)

发射地点:法属圭亚那库鲁航天发射中心

发射火箭:阿里安5火箭

发射载荷:詹姆斯·韦伯望远镜

韦伯望远镜是一项跨越一代人的任务,研制成本约为97亿美元,是迄今为止发射的最昂贵的航天器。一旦进入太空,它的可折叠镜片的跨度将超过6.5米,使韦伯成为历史上最大的太空天文台。

欧洲阿里安5号火箭将把这个6161.4公斤的天文台送入日地系拉格朗日点L2点的轨道,这个位置的位置比月球离地球的距离4倍还远



复杂的部署过程

詹姆斯·韦伯望远镜望远镜展开过程详解

1)韦伯望远镜的遮光罩的大小为一个网球场的大小,为了将韦伯放入阿里安5火箭的整流罩,在发射前,韦伯望远镜需要折叠起来。

2)韦伯是一项跨国跨组织的合作项目,ESA将提供阿里安5运载火箭进行发射,以此来换取部分观测时间和分享观测成果。

3)在发射27min后,韦伯望远镜与阿里安5火箭上面级分离;韦伯望远镜被送入直接飞往日地系统L2点的轨道。

4)发射后33min,韦伯望远镜的第一个动作是展开太阳能帆板,该动作是自动化的,无需地面人员控制。

5)发射后12.5小时,韦伯望远镜视入轨情况进行一次轨道修正。按照计划,韦伯最多进行三次轨道修正,其中第一次是最为关键的一次。之所以关键,是因为本次轨道修正需要韦伯根据导航、制导和控制设备自行计算,考验自主能力。【最新设计状态中,该动作由地面人员发送指令控制

6)发射后一天内,韦伯望远镜高增益天线展开,该动作也为自动化进行的。此后,韦伯就可以收到地面人员的控制指令,此后的动作都是由地面人员发送指令控制的。【最新的设计状态:该动作在发射后2小时进行,提前到步骤5)之前

7)发射后两天,视情况进行第二次轨道修正任务。

8)接下来就是遮阳罩展开阶段了。发射后三天,韦伯开始展开遮阳罩托盘框架(UPS)前部。

9)发射后三天,韦伯开始展开遮阳罩托盘框架(UPS)后部。

10)发射后四天,望远镜的镜面和仪器即主镜塔和主体分离提升,这种分离可以减少镜面的震动;

11)发射后5天,打开配平片。配平片的主要作用是抵消太阳光压照射在遮阳罩上造成的扰动力矩,减少姿态平衡所需的燃料消耗;

12)发射后5天,展开遮光罩保护层。

13)发射后第6天,遮光罩中撑杆伸出。

14)发射后第7天,遮光罩绷紧,持续2天。

15)发射后第8天,遮光罩展开完毕。此时,遮光罩的正面温度达到110摄氏度左右;背面温度约为-237摄氏度;

16)发射后第10天,副镜架展开。


17)发射后第11天,仪表散热器展开。

18)发射后12天,主镜左侧3瓣开始展开;

19)发射后第13天,主镜右侧三瓣镜片开始展开;

20)发射后第13天,韦伯完全展开部署完毕;

接下来的几个月,韦伯望远镜开始降温。进行镜片微调,仪器校准等;

21)发射后第15-24天,激活各镜面,对18个镜面进行微调;

22)发射后的第29天,韦伯最后一次轨道修正,使韦伯进入最终飞向L2点Halo轨道的轨迹;

23)发射后29.5天,韦伯进入日地系统L2点的Halo轨道。

24)接下来的几个月,韦伯望远镜开始降温。进行镜片微调,仪器校准等工作,整个过程持续5个月左右。

以上过程参考:https://jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/deploymentExplorer.html



探索星辰、寻找系外宜居行星


天文学家们在1996年构想了这个后来成为韦伯的任务,当时官员们希望这个任务可以在2007年发射升空。到2003年,发射日期推迟到2011年,然后推迟到2014年、2018年、2019年和2020年。

20世纪90年代,当科学家们开始设计韦伯望远镜时,天文学家们只探测到太阳系外的少数几颗行星。很大程度上要感谢NASA退休的开普勒行星搜寻天文台,现在目录中有超过4800颗已确认的系外行星都是它发现的。

自20世纪90年代以来,天文学领域发生了重大变化。随着更强大的地面望远镜的建造,以及31年来哈勃望远镜的观测结果,越来越多的系外行星被发现。2009年,随着NASA开普勒望远镜的发射,寻找系外行星的研究进入了高潮。今天已知的已确认的系外行星中,有一半以上是被开普勒望远镜发现的。

从明年开始,詹姆斯·韦伯望远镜将扫描在其他恒星周围发现的近5000个外星世界的样本,以帮助天文学家确定哪些岩石行星可能具有维持生命的大气层。

詹姆斯·韦伯望远镜主镜完全展开

哈勃望远镜的继任者韦伯望远镜将是历史上最大的太空望远镜,主镜直径达6.5米。发射后的第一周,一个五层遮阳罩将展开,面积相当于一个网球场。随后,韦伯的望远镜和四台科学仪器开始降温,温度达到零下230多摄氏度。

哈勃对紫外线、可见光和近红外波长的宇宙光源非常敏感。而韦伯直接聚焦于红外谱段这个新的望远镜比哈勃望远镜强100倍。虽然韦伯望远镜比许多地面天文台要小,但它将不会受地球大气层的微光效应的影响。地球大气层会吸收来自遥远恒星和星系的微弱红外线。

由于视场角相对狭窄,韦伯不会增加已确认的系外行星名单。它将继续对开普勒和美国宇航局的系外行星掩星任务卫星TESS所取得的发现进行核查和确认。TESS 任务在整个天空中寻找相对明亮的恒星附近的行星,这些行星是韦伯观测的完美候选者。

由地面的 W.M Keck 天文台捕捉到的合成图像中,可以看到四颗比木星质量更大的行星围绕着年轻的恒星 HR 8799旋转

如果我们仰望夜空,每颗恒星都有一个像太阳系一样的系统围绕着它。

韦伯计划在发射六个月后开始科学实验,新天文台的首要观测目标将是39光年外的 TRAPPIST-1行星系统,那里至少有7个已证实的岩石行星,大小与地球相当。其中三颗行星围绕着它们的主恒星运行,主恒星是一颗比太阳还小的红矮星,那里可能存在液态水。

这幅艺术概念图展示了TRAPPIST-1行星可能的样子,基于现有观测数据绘制它们的大小、质量等参数。





本文转载自“国际航天爱好者”,原标题《迄今最昂贵、最复杂的航天器即将升空:韦伯望远镜探索星辰之旅开启》,文 | zhangran

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