제임스 웹 우주 망원경 선실드

James Webb Space Telescope sunshield
햇빛으로부터 주광학계를 보호하는 선실드가 있는 제임스우주 망원경의 전개된 "핫" 측면의 그림

James Web Space Telescope(JWST) 선실드는 태양, 지구, 로부터 망원경과 계측기를 보호하기 위해 발사 후 배치된 수동형제어 시스템입니다.망원경과 계측기를 영구 그늘에서 유지함으로써 설계 온도 40 켈빈(-233 °C; -388 °F)까지 냉각할 수 있습니다.그것의 복잡한 배치는 발사 열흘 후인 2022년 1월 4일 성공적으로 완료되었고,[1][2] 그 때 그것은 지구에서 80만 킬로미터 이상 떨어져 있었다.

JWST 선실드는 약 21m × 14m(69ft × 46ft)로 테니스 코트 크기 정도이며 기존 로켓에 장착하기에는 너무 크다.따라서, 그것은 발사 로켓의 페어링에 맞도록 접혀져 발사 후에 배치되었고, 금속 코팅된 플라스틱을 다섯 겹 펼쳤습니다.첫 번째 레이어가 가장 크고 연속되는 각 레이어의 크기가 줄어듭니다.각 층은 반사율을 위해 알루미늄으로 코팅된 얇은 카프톤 막(1층은 50미크론, 다른 층은 25미크론)으로 구성되어 있습니다.가장 바깥쪽에 있는 태양 방향 층은 도프 실리콘 코팅으로 되어 있어 보라색이며, 차폐가 강화되어 [3]열을 반사하는 데 도움이 됩니다.알루미늄 코팅 두께는 약 100나노미터,[4] 실리콘 코팅 두께는 약 50나노미터로 더욱 얇습니다.선실드 세그먼트에는 레이어 및 전개 메커니즘(트림 [5][6]플랩 포함)이 포함됩니다.

개요

이 아티스트 뷰에서는, 망원경의 방향을 스타일화한 그림으로, 햇빛 차폐가 어떻게 주 거울에 열을 가하는지를 보여줍니다.(확장 불가)

근적외선 스펙트럼과 중간적외선 스펙트럼에서 관측하려면 JWST를 매우 차갑게 유지해야 한다(40K 미만(-233°C; -388°F)). 그렇지 않으면 망원경 자체의 적외선 방사선이 기기를 압도할 수 있다.따라서, 그것은 태양, 지구, 달로부터의 빛과 열을 차단하기 위해 큰 차폐를 사용하며, 태양-지구2 L 라그랑주 지점 근처의 위치는 세 물체 모두를 항상 [7]우주선의 같은 쪽에 있게 한다.L 주위의2 후광 궤도는 지구와 달의 그림자를 피하며, 태양 차폐와 태양 [8]어레이를 위한 환경을 일정하게 유지합니다.

JWST 선실드는 비치 우산에 비유할 수 있습니다.그것은 발사하는 동안 접혔지만,[9] 우주공간에서 확장되었다.

적외선은 방열이다.먼 별과 은하에서 나오는 적외선의 희미한 빛을 보기 위해서는 망원경이 매우 차가워야 합니다.만약 태양빛이나 지구의 따뜻한 빛이 망원경을 달구었다면, 망원경에 의해 방출된 적외선은 목표물보다 더 빛날 것이고, 그것은 아무것도 볼 수 없을 것이다.

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제임스 웹 우주 망원경의 5층 선실드의 뜨거운 면과 차가운 면 사이의 온도 차이.

선실드는 대형 파라솔 역할을 하여 메인 미러, 광학 및 계측기를 40 켈빈(-233°C; -388°F) 또는 냉각기[6]수동 냉각할 수 있으며, [11]JWST를 작동시킬 수 있는 기술 중 하나입니다.연 모양의 차폐는 크기가 약 21x14m(69x46ft)[12]로 메인 미러와 보조 미러를 가릴 수 있을 만큼 크며,[6] MIRI(중적외선 기구) 한 개만 추가 냉각이 필요합니다.선실드는 V홈 라디에이터 역할을 하며 전방에서 [12]후방으로 318K(318°C, 604°F)[13]의 온도 강하를 일으킵니다.이 보호막은 작동 시 약 200 킬로와트의 태양 복사를 받지만, 23 밀리와트만 [14][12]다른 쪽으로 통과한다.

차광판에는 [6]열전도를 완화하기 위한 다섯 개의 층이 있다.이러한 층은 폴리이미드 필름 Kapton E로 구성되어 있으며, -269 ~ 400 °C(-450 ~ 750 °F)[3][6]에서 안정적입니다.그러나 박막은 섬세하여 2018년 JWST 프로젝트를 [15]지연시키는 요인 중 하나이며, Kapton은 지구 조건에 [16]장기간 노출되면 분해되는 것으로 알려져 있습니다.태양 방향 층의 두께는 0.05mm(0.002인치)이고, 다른 층의 [3]두께는 0.025mm(0.001인치)입니다.모든 층의 양쪽에 100 nm의 알루미늄이 코팅되어 있으며, 가장 바깥쪽 두 층의 태양 방향 측면에도 50 nm의 실리콘이 "도핑"[6][3]되어 있습니다.이것은 물질이 우주에서 생존하고, 여분의 열을 방출하고, 전기를 전도하는 데 도움이 되기 때문에 [6]층에 정전하가 쌓이지 않습니다.

2014년 캘리포니아 Northrop Grumman 시설에서 쌓고 확장한 선실드 테스트 유닛

각 층은 약간 다른 [6]모양과 크기를 가지고 있습니다.레이어 5는 프라이머리 미러에 가장 가깝고 가장 작습니다.레이어 1은 태양에 가장 가깝고 더 크고 [6]평평합니다.첫 번째 층은 열의 90%를 차단하고 연속되는 각 층은 더 많은 열을 차단하며,[6][17] 이는 측면에서 반사됩니다.선실드를 사용하면 +5° ~ -45°의 피치 각도와 +5° ~ -5°[11]의 롤링 각도에 대해 광학계가 그늘에 남아 있을 수 있습니다.레이어는 TSB(Thermal Spot Bond)로 설계되어 있으며,[6] 그리드 패턴이 각 레이어에 일정 간격으로 접합되어 있습니다.이렇게 하면 찢어진 곳이나 구멍이 [6]생겼을 때 크기가 커지는 것을 막을 수 있습니다.

설계 및 제조

성능을 확인하기 위해 테스트 중인 Sunshield 테스트 패브릭 쿠폰, 2012년

Northrop Grumman은 NASA의 [18]선실드를 디자인했다.선실드는 12번 접히도록 설계되어 있어 아리안 5 로켓의 지름 4.57m, 지름 16.19m의 장막 안에 들어갈 수 있다.L2 지점에 전개했을 때, 21.197 m × 14.162 m(69.54 ft × 46.46 ft)로 전개되었다.이 선실드는 [19]앨라배마주 헌츠빌의 맨테크(NeXolve)에서 수작업으로 조립된 후 캘리포니아 레돈도 비치의 노스롭 그루먼에 납품되어 테스트를 받았습니다.발사하는 동안 그것은 광학 망원경 소자에 감겨 있다가 나중에 [12]펼쳐졌다.선실드는 발사 [20]후 약 1주일 후에 펼쳐질 예정이었다.개발 중에 차폐층 재료는 열, 냉, 방사선 및 고속 마이크로 [10]충격으로 테스트되었습니다.

선실드의 구성 요소는 다음과 같습니다.[21]

  • 핵심
  • 전면 및 후면 4바 링크
  • 후방 구조 조립체
    • 운동량 트림 탭(탭은 후부 구조 어셈블리에 부착됨)
    • 후방 스프레더 바(후방에 레이어를 펼칩니다)
  • 전방 구조 어셈블리
    • 전방 스프레더 바
  • 미드붐(양쪽에 하나씩)
    • 미드 스프레더 바 (5층 간격으로 펼쳐짐)
  • 정방향 2중대 및 후방향 2중대 발사 잠금

두 개의 발사 잠금 어셈블리는 [21]발사 중 선실드 세그먼트가 접혔을 때 OTE에 연결된 위치입니다.대략 [21]6개의 면이 있는 선실드의 층을 분리하기 위해 확장한 6개의 스프레더 바가 있다.

트림 플랩/모멘텀 트림 탭

롤 한계 및 롤 한계선이 포인팅에 미치는 영향도

또한 선실드 세그먼트는 선실드 전개 [5]붐 끝에 트림 플랩을 포함합니다.이를 운동량 트림 [21]탭이라고도 합니다.트림 탭은 햇빛 가리개에 부딪히는 광자에 의해 발생하는 태양 압력의 균형을 잡는 데 도움이 됩니다.압력이 균일하지 않으면 우주선은 회전하는 경향이 있으며, 우주선에서 JWST의 방향을 보정하고 유지하기 위해 반응 휠(우주선 버스에 위치)이 필요합니다.반응 바퀴는 결국 포화 상태가 되어 연료를 필요로 하며, 잠재적으로 우주선의 수명을 제한할 수 있습니다.트림 탭은 압력의 균형을 유지하여 연료 사용을 제한함으로써 [22][21][5][23]망원경의 수명을 연장합니다.

레이어

2013년에 테스트된 JWST 선실드의 5개 층

층은 태양, 지구, 달이 거의 독점적으로 1층을 비추도록 설계되었으며, 때로는 2층의 아주 작은 부분이고, 다른 측면에서는 망원경 요소가 5층, 때로는 [21]4층만 보도록 설계되어 있습니다.공간 진공에서 층간 분리는 전도에 의한 열 전달을 방지하고 열을 [24]방출하는 데 도움이 됩니다.소재의 실리콘 도핑이 보라색 [24]색조의 원인이 됩니다.

도입

선실드 부품은 주 우주선에 부착되며, 그 붐은 바깥쪽으로 확장되어 방열판을 펴고 [25]층을 분리한다.발사 중에는 차폐가 접히고, 나중에 우주에 있을 때는 조심스럽게 [25]펴집니다.차폐가 완전히 펼쳐졌을 때 가로 14.6m, [21]세로 21.1m이다.층이 완전히 열리면 가장자리가 더 넓게 열리기 때문에 열을 [21]반사하는 데 도움이 됩니다.

Sunshield 도입 구조/[24]디바이스는 다음과 같습니다.

  • 신축 붐
    • 스템 디플로이더
  • 스프레더 바
  • 케이블 드라이브

텔레스코핑 [24]붐 안에는 두 개의 줄기 전개기가 있다.이 모터는 특수 전기 모터로 작동 시 텔레스코픽 붐을 확장하여 접힌 [24]선실드를 끌어냅니다.망원경 붐은 MBA 또는 중간 붐 어셈블리라고 불립니다.[21]각 MBA의 마지막에는 스프레더 바가 있습니다.

2021년 12월 25일 기아나 우주센터에서 성공적으로 발사된 후, JWST 선실드의 발사 후 전개는 다음과 같이 진행되었다.

2021년 12월 31일 메릴랜드주 볼티모어에 있는 우주망원경 과학연구소의 지상팀은 전망대 좌우에서 두 개의 망원경 "미드붐"을 배치하기 시작했고, 3일 [26]전에 내려진 선실드막 5개를 앞뒤 팔레트의 접힌 보관함에서 꺼냈다.(메인 미러의 방향과 관련하여) 좌측 붐의 전개가 지연된 것은 선실드 커버가 완전히 감겼다는 것을 관제 센터가 처음에 확인하지 못했기 때문입니다.그 팀은 확인을 위해 추가 자료를 검토한 후 [27]호황을 이어갔다.왼쪽은 3시간 19분,[27][26] 오른쪽은 3시간 42분이 소요됐다.그 스텝으로 웹의 차폐는 완전한 연 모양의 형태와 비슷했고 전체 너비 47피트까지 확장되었다.막을 분리하고 팽팽하게 하는 명령이 따라야 했다.[26]

설날 휴무 후 지상팀은 관측소의 태양전지판 배열의 출력을 최적화하고 전망대의 방향을 조정하여 예상보다 약간 뜨거운 태양전지판 전개 [28]모터를 식히기 위해 차폐 텐션을 하루 늦췄다.태양에 가장 가깝고 차양에 있는 5개 층 중 가장 큰 1층의 장력은 2022년 1월 3일에 시작되었고 동부 [29]표준시로 오후 3시 48분에 완료되었다.2, 3층의 텐션은 동부 표준시로 오후 4시 9분에 시작되어 2시간 25분이 [30]걸렸다.2022년 1월 4일 관제사들은 마지막 두 층인 4층과 5층을 성공적으로 긴장시켜 동부 [31]표준시로 오전 11시 59분에 JWST 선실드 전개 작업을 완료했다.

타임라인

  • 2007년 또는 그 이전에는 차광막의 [11]기술 준비 수준(TRL) 6이 달성되었습니다.
  • 2016년 9월 11일, 선실드 1단 완성.[13]
  • 2016년 11월 2일, 최종 5층이 [32]완성됩니다.
  • 2018년 3월 27일, NASA는 선글라스에 눈물의 존재를 발표하여 발사 [33]지연의 원인이 되었다.
  • 2021년 12월 25일, 기아나 우주 [34]센터에서 제임스 우주 망원경 발사 성공.
  • 2021년 12월 31일, 선실드를 [35]지지하고 펼치기 위한 망원경 붐의 초기 전개.
  • 2022년 1월 3일, 선실드의 [36]처음 세 층의 장력과 분리.
  • 2022년 1월 4일 발사 10일 후 지구로부터 [1][36][35]080만km(50만 mi) 이상 떨어진 JWST 선실드의 성공적인 전개와 5개 층의 텐션/분리 완료.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크