Նկարչի հայեցակարգը (2015), թե ինչպիսին կլինի Webեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակը, երբ լիարժեք և հաջողությամբ տեղակայվի: Պատկերային վարկ. Northrop Grumman.

Կուլիսային հայացք `բոլորի ամենամեծ աստղադիտակի կառուցմանը

Ինչպես է ստեղծվել Webեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակը:

«Այս կամ այն ​​կերպ առաջին աստղերը պետք է ազդեին մեր սեփական պատմության վրա` սկսած ամեն ինչով խառնելով և ջրածնից և հելիումից բացի այլ քիմիական տարրեր արտադրել: Այնպես որ, եթե մենք իսկապես ուզում ենք իմանալ, թե որտեղից են եկել մեր ատոմները, և ինչպես Երկիր մոլորակը փոքրացել է կյանքն աջակցելու հնարավորություն, մենք պետք է չափենք այն, ինչ տեղի է ունեցել սկզբում »: -Jոն Մաթեր

Այսպիսով, դուք ուզում եք տեսնել ավելի հեռու դեպի Տիեզերք, քան երբևէ: Պարզել, թե ինչպես է այն մեծացել; չափել առաջին աստղերն ու գալակտիկաները. դիտել այն նոր ձևով և ավելի բարձր ճշգրտությամբ, քան երբևէ: Սկզբունքորեն, դա պարզ մարտահրավեր է: Պարզապես կառուցեք ավելի մեծ առաջնային հայելի, որպեսզի հավաքեք ավելի շատ լույս, քան երբևէ, զգայուն լինելով ավելի երկար ալիքի երկարության լույսի վրա, քան Հաբլը `տեսնել ընդլայնվող տիեզերքի կողմից ձգվող ամենավաղ լույսը, մի շարք առաջադեմ գործիքներով` լույսից հանված տեղեկատվությունը առավելագույնի հասցնելու համար, սառեցվել կրիոգեն ջերմաստիճանի պայմաններում աղտոտումը նվազագույնի հասցնելու համար: Օ,, և արա դա ամեն ինչ տարածության մեջ, այն մասշտաբով, որը նախկինում երբևէ չեք արել: Դա ոչ միայն գիտությունն ու գիտական ​​գործիքներն են, որոնք ձեզ կհասնեն այնտեղ, այլ մի ուշագրավ ինժեներական պատմություն, թե ինչպես կարելի է կանխատեսել անծանոթը և բարձրանալ մարտահրավեր: Այնտեղ հասնելու համար հարկավոր է տարբեր բաներ դիտել, քան նույնիսկ գիտնականներն են դիտելու դրանք: Ես առիթ ունեցա նստել Northոն Արենբերգի հետ, Northrup Grummon- ի Webեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտարանի գլխավոր ինժեները և ակնարկ ունենալ այն մասին, թե ինչպես է դա գործում իր աչքերով:

1999-ին STS-93- ի ՝ Կոլումբիայի տիեզերանավային օդանավակայանի գործարկումը: Պատկերային վարկ.

Նայեք վերը նշված նկարին, և ի՞նչ եք տեսնում: Գուցե դուք տեսնում եք տիեզերական բեռնափոխադրումներ: Գուցե դուք տեսնում եք, որ տիեզերական օդանավը Կոլումբիա է, որը մեկնարկում է գիշերը: Բայց Jonոնի համար նա տեսնում է մի այլ բան. Տիեզերանավը, որը մեկնարկում է իր արբանյակով: Նախքան beganեյմս Ուեբի վրա աշխատանքը սկսելը, Jonոնը օգնեց կառուցել Chandra X-ray աստղադիտարանը, որը հաջողությամբ գործում է արդեն 18 տարի: Տիեզերական աստղադիտակի հետ չմտածված մարտահրավերներից մեկն այն է, որ այն պետք է տեղավորվի գործարկիչի ներսում, որը լրացուցիչ սահմանափակումներ է դնում արտադրության, մոնտաժի, պարիսպի ձևավորման և օդանավակայանի ամեն ինչի վրա: Դուք պետք է պլանավորեք յուրաքանչյուր փուլի համար `սկզբնական տարում` ընդարձակ դիզայն, գործարկում, տեղազերծում, տեղակայում, տիեզերքի վակուումի և գործողությունների կյանքի տևողություն: Եվ յուրաքանչյուր նախագիծ ունի իր ուրույն մարտահրավերները:

Տեխնիկներն ու գիտնականները ստուգում են «Նեբա» աստղադիտակի առաջին երկու երկու թռիչքային հայելիներից մեկը ՝ ՆԱՍԱ-ի Գոդարդի տիեզերական թռիչքային կենտրոնի մաքուր սենյակում: Պատկերային վարկ. NASA / Chris Gunn.

James Webb տիեզերական աստղանի համար, կարծես, յուրաքանչյուր մարտահրավեր յուրահատուկ է: Հեռադիտակի ճարտարապետությունը ամբողջովին նոր է տիեզերական թռիչքի համար: Սառեցման համար բաց ճարտարապետությունը, որտեղ արհեստը պասիվորեն սառչում և արևից պաշտպանվում է, նոր է: Հինգ շերտով արևապաշտակը նոր է, և այն պետք է նախագծված լիներ զրոյից: Սա տիեզերքում առաջին բազմաշերտ հայելին է, ինչը նշանակում է, որ դիզայնը ոչ միայն յուրահատուկ է, այլև տեղակայումը պահանջում էր բոլորովին նոր դիզայն: Եվ աստղադիտակի գործածումը `բացահայտվող հաջորդականությունը, ինքնին հրաշագործ տեխնիկայի է:

Նմանատիպ աստղադիտակի ձևավորումն ու կառուցումը, որը մարդկության առաջ երբեք բախվել է նոր մարտահրավերների հետ, մարտահրավեր է ոչ ավելին, քան ինժեներական իմաստով: Դուք պետք է գնահատեք, թե որքան ժամանակ, գումար և ռեսուրսներ եք պահանջում այն ​​կառուցելու համար: Դուք չեք կարող հույս դնել այն գործերի վրա, որոնք առաջին անգամ նախագծել են: Դուք չեք կարող հույս դնել ձեր սթրեսային բոլոր թեստերի վրա ՝ անցնելով ձեր նախնական աշխատանքը: Դուք չեք կարող հույս դնել սահուն ինտեգրման համակարգի հետ, որը դեռ պետք է մշակված լինի: Անհրաժեշտ է գնահատել «անծանոթ անհայտները», երբ առաջին անգամ ձեր բյուջեն մշակեք, և դուք պետք է կազմեք մի թիմ, որը ոչ միայն գերազանց է իրենց կատարած գործի վրա, այլ նաև գերազանցում է այն խնդիրները հայտնաբերելու և լուծելու համար, որոնք նրանք չէին կարող կանխատեսել: .

Գիտական ​​գործիքները ՝ ISIM մոդուլի տակ, իջեցվել և տեղադրվել են JWST- ի հիմնական հավաքույթում 2016 թվականին: Պատկերային վարկ. NASA / Chris Gunn.

Բացի այդ, տարբեր բաղադրիչները բոլորը հասնում են իրենց ավարտի փուլին տարբեր ժամանակներում: Գիտական ​​չորս հիմնական գործիքները բոլորն էլ կառուցվել են ինքնուրույն ՝ ամերիկյան, կանադացի, եվրոպական և այլ միջազգային գործընկերների կողմից: ISIM մոդուլը կառուցվել է Goddard- ում և բոլոր գործիքները ինտեգրում է տիեզերանավի մնացած մասի հետ: Մոտ ինֆրակարմիրի, սպեկտրոսկոպիայի, գիտական ​​առատաձեռնության գիտական ​​առատաձեռնությունը, երբևէ ավելի լավ մատնանշելու ունակության մեջ (ավելի լավ, քան մեկ աստիճանի աստիճանը), և զգայունության մեջ անզուգական կլինեն: Բայց մյուս բաղադրիչները `հայելիները, արևապաշտպանը և հավաքը, բոլորն էլ ունեն յուրահատուկ մարտահրավերներ, որոնք դուք երբեք չէիք մտածի առերեսվելու մասին:

JWST առաջնային հայելիի 18-րդ և վերջին հատվածի տեղադրումը: Սև ծածկոցները պաշտպանում են ոսկուց պատված հայելի հատվածները: Պատկերային վարկ. NASA / Chris Gunn.

Հայելիները: Երկրագնդի վրա աստղադիտակի հայելին պատրաստելիս այն կարող եք պատրաստել այն նույն պայմաններով, որոնք դուք կօգտագործեք այն: Բայց տիեզերքում, ինֆրակարմիր ալիքի երկարություններում, դուք պետք է պատրաստեք հատվածավորված կառուցվածք, որը գործում է որպես հարթ, մեկ մակերևույթ, 20 նանոմետրերի հանդուրժողականության նկատմամբ: Գործարկման համար այն պետք է լինի թեթև քաշ, և այն պետք է լինի կառուցվածքային առողջ: Այս հայելիները պատրաստելու համար նրանք սահուն մակերես են ստեղծում սենյակային ջերմաստիճանում, բայց նախագծում են, որ անհրաժեշտ հատկությունները ունենան հեղուկ-ազոտի ցածր ջերմաստիճանում: Նրանք այն արտադրում են Երկրի ծանրության ներքո, բայց այս մասշտաբներում նույնիսկ ծանրության դեֆորմացումը կարևոր է. հայելիները գործելու են տարածության զրոյական ծանրության միջավայրում: Դրանք ստեղծում են առջևի հարթ, հղկված, պատված մակերևույթ, բայց մեքենայացնում են հետևի 92% -ը ՝ ստեղծելով 25 քառակուսի մետր մակերես ՝ ընդամենը 6,25 մետր տոննա նյութերով. Հաբլից յոթ անգամ ավելի մեծ, բայց Հաբլոնի ընդամենը 55% -ը: զանգված: Հիմնարար մարտահրավերն այն է, որ դուք կարող եք չափումներ կատարել միայն ձեր սեփական վերահսկվող միջավայրում և կողմնորոշումներում, բայց հարկավոր է հայելիներ պատրաստել `տիեզերական թռիչքի պայմաններում աշխատելու համար: Առաջին հաջող հայելիները պատրաստելուց հետո `նրանք, ովքեր անցնում են բոլոր թեստերը աշխատանքային պայմաններում, հայելիները պատվում են զարմանալի օրինաչափությամբ:

Բոլոր հինգ շերտերի առաջին հաջող բացահայտման թեստը անցկացվել է 2014 թ., Եւ տրամադրվել է արժեքավոր դասեր, որոնք կօգնեն ապահովել JWST- ի հաջողությունը գործարկման և տեղակայման ընթացքում: Պատկերի վարկ. Northrop Grumman / Alex Evers.

Արևի վահան: Միանգամայն նոր ճարտարապետական ​​տարր զարգացնելը միշտ էլ մարտահրավեր է: Մինչև JWST, բոլոր ինֆրակարմիր տիեզերական աստղերը ակտիվորեն սառչել են. Դուք մի քանի հովացուցիչ նյութ եք դաստիարակում և ձեր աստղադիտակը դնում բրիոգեն հովացուցիչի մեջ: Բայց այդ աստղադիտակը դրա համար չափազանց մեծ է: Այսպիսով, նրանք փոխարենը նախագծեցին և կառուցեցին մի շարք շերտավորված վահաններ, որպեսզի մշտապես պաշտպանեն աստղադիտակը Արևից. JWST- ը կունենա «արևի կողմ», որի առջև կանգնած են արևի վահաններն ու արևային վահանակները, և «ստվերային կողմը», որը պարունակում է բոլոր գործիքներն ու հայելիները: Տաք կողմի տաք վերջը 350º C է (662º F) կամ բավականաչափ տաք է կապարի հալման համար, մինչդեռ սառը կողմը, հինգ շերտերի մյուս ծայրում, պետք է լինի ավելի ցուրտ, քան հեղուկ ազոտը (77 Կ): Հուշարձանային մարտահրավերները ներառում էին, թե ինչպես պետք է ջեռուցել ջերմությունը (կողմերից դուրս), ինչպես վարակել բոլոր օդը գործարկման ընթացքում, առանց վահանը փչացնելուն, ինչպես կատարել անցքեր, որոնք հավասարեցված են, մինչ այն պահվում են, բայց չեն համընկնում, երբ այն տեղակայված է, և ինչպես ծալել: տեղակայման ընթացքում խայթոցի հավանականությունը վերացնելու համար արևապաշտպանիչը: Վերջիվերջո հաջողված դիզայնը գագաթնակետն էր և ժամանակակից սիմուլյացիաների / հաշվարկների և հնամաշ ձևի / առագաստանավի / հագուստի պատրաստման տեխնիկայի համադրություն; դա հոյակապ տեխնոլոգիայի և նկարչության յուրօրինակ խառնուրդ էր: Ի վերջո, դա ընդամենը հինգ շերտով պատված պլաստիկ է, բայց եթե այն աշխատում է այնպես, ինչպես նախագծված է, այն կպահպանի Jamesեյմս Ուեբին գործածված հնգամյա ժամկետից շատ հեռու:

Անցյալ տարի ավարտված ISIM ֆիքսված ռադիատորը ջերմություն է ճառագում գործիքային մոդուլից (ISIM), գիտական ​​գործիքներից և ջերմային ժապավեններից: Պատկերային վարկ. NASA / Northrop Grumman.

Ժողովը: Սա այն է, ինչի մասին սովորաբար մտածում ես որպես տիեզերանավ ինքն իրեն: Ժողովը գործարկման ընթացքում պահում է ամբողջ աստղադիտարանը, այն վերահսկում և մատնանշում է տարբեր գործիքներ, հայելիներ, ալեհավաքներ և այլն: Դա պատասխանատու է հավաքված, ստացված և փոխանցված տվյալների համար. դա պատասխանատու է տիեզերանավը կառավարելու և մատնանշելու համար: Բայց առջև ծառացած եզակի մարտահրավերն այն է, որ հավաքի միջոցով էլեկտրաէներգիա վարելը և տիեզերանավի տարբեր մասեր տեղափոխելը ջերմություն է առաջացնում և արևի վահանի սխալ կողմում ջերմություն է առաջացնում: Հեռադիտակը նետվում է Արեգակից, այնպես որ դուք չեք կարող այնտեղ թափել ձեր թափոնների ջերմությունը, մինչդեռ Արևի երեսպատման կողմում չկա ստվեր (և ջերմություն թափելու տեղ): Լուծումը ենթադրում էր աստղադիտարանի կրիտիկական մասերը պաշտպանելու համար աստղադիտարանի կրիտիկական մասերը `այն մասերը, որոնք պետք է սառը պահվեն տիեզերանավի մյուս մասերից: Վերջնական լուծումը հաջողությամբ գտնելը, դիզայնը և կատարումը հաջողակ փորձերից մեկը էր, որը ինժեները կարող է զգալ իրենց կարիերայում:

Գույնի, ձևաբանական, տարիքի և բնածին աստղային բնակչության գալակտիկաների մեծ բազմազանություն կարելի է տեսնել այս խորքային դաշտում: Պատկերային վարկ ՝ NASA, ESA, R. Windhort, S. Cohen, M. Mechtley և M. Rutkowski (Arizona State University, Tempe), R. O'Connell (Virginia of University), P. McCarthy (Carnegie Observatories), Ն.Հատին (Կալիֆոռնիայի համալսարան, Ռիվերսայդ), Ռ. Ռայանը (Կալիֆորնիայի համալսարան, Դեյվիս), Հ.Յանը (Օհայոյի նահանգային համալսարան) և Ա. Կոեկեմերը (Տիեզերական աստղադիտակի գիտության ինստիտուտ):

Այո, գիտությունը անհավատալի կլինի: Ինչպես այս աստղադիտակի մասին ասաց Գարթ Իլինսվորթը, «մենք մեկ օրվա ընթացքում ավելի շատ բաներ կսովորենք Jamesեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակից, քան մարդկությունը ներկայումս գիտի» տիեզերքի առաջին գալակտիկաների մասին: Likeիշտ այնպես, ինչպես «Hubble Key Project» - ը նույնիսկ ամենամեծ գտածոն չէր, որ արեց Hubble տիեզերական աստղադիտակը, թերևս իր եզակի հնարավորություններով, JWST- ը կբացահայտի նույնիսկ ավելի խորը գաղտնիքներ Տիեզերքի մասին, քան այն, ինչ մենք գիտենք որոնել: Երկու տարուց պակաս ժամանակ մենք կսկսենք պարզել: Բայց առանց ճարտարագետների այն թիմի, ովքեր նախագծել, կառուցել և իրականացրել են այս ամենը նրբագեղ ճշգրտությամբ, մենք դա բոլորովին էլ չենք ունենա: Եվ ահա 2018-ի հոկտեմբերից հետո Jonոն Արենբերգը և բոլոր նրանք, ովքեր աշխատել են Webեյմս Ուեբում, կունենան նոր պատկեր `կիսելու:

Արիանա 5 հրթիռը նետաձիգի վրա, 2014-ի հոկտեմբերից անմիջապես առաջ, շատ նման կլինի Jamesեյմս Ուեբի գործարկմանը 2018-ի հոկտեմբերին: Պատկերի վարկը `ESA / CNES / Arianespace - Optique Video du CSG - P. Piron:

Արիանա 5 հրթիռը, որը գործարկվում է լուսաբացին, ամբողջ արևի լույսով կբերի Webեյմս Ուեբին դեպի իր նպատակակետ ՝ L2 Lagrange կետը ՝ Երկրի և Լուսնի ստվերից այն կողմ: Միայն 32 րոպեով Webեյմս Ուեբը մարտկոցի տակ կլինի: Դրանից հետո արևային զանգվածները տեղակայվում են, և այն ընդմիշտ կլինի արևի ուղիղ ճառագայթների ներքո: Տիեզերքը բացահայտելու նրա առաքելությունը կսկսվի, և յուրաքանչյուր գիտնական և ինժեներ, ովքեր օգնեցին նախագծել և կառուցել այն, կստանան իրենց կյանքի տօնային պահը:

Այս գրառումը առաջին անգամ հայտնվեց Forbes- ում և մեր Patreon- ի կողմնակիցների կողմից անվճար է բերվում ձեզ: Մեկնաբանեք մեր ֆորումի մասին և գնեք մեր առաջին գիրքը ՝ Beyond the Galaxy!