“詹姆斯·韦伯”镜面系统剖析

“詹姆斯·韦伯”镜面系统剖析



2014-04-03


国外国防科技文献资料快报[据本站2014年4月3日综合报道]NASA的“詹姆斯·韦伯”望远镜的镜面系统包括主镜、次镜和三镜。虽然尺寸相对较小的次镜和三镜也都很有特色，但昂贵的主镜却是结构最复杂的，由许多个子镜拼接而成的。
镜面系统和精密偏转镜（FSM）是由鲍尔航空航天技术公司研制的，该公司是诺·格公司“光学技术和轻质镜面系统”的主承包商。
任何望远镜的性能都与镜面的尺寸相关，镜面的尺寸越大，望远镜的性能越高。“韦伯”的主镜直径高达6.5米，在天基望远镜中绝对算得上是巨大的。
这样巨大的镜面虽然能够满足收集宇宙中来自遥远的星系和恒星光线的需要，但若为一整块，很难搭载火箭升空。因此，“韦伯”主镜被设计为由18块小型轻质的“子镜”所组成的结构，可在火箭内部呈折叠状态。
每块六角形子镜的直径1.3m，质量约为40kg。目前，18块子镜已全部制造完毕并交付到哥达德航天飞行中心。
通过复杂的装配技术，18块子镜可像一面整镜一样工作。每块子镜由镀金的铍衬底、铍“传力部件”和“三角构架”、精密作动器组成。
负责JWST的李·范伯格（Lee Feinberg）表示，如此复杂的结构可确保镜面系统具备轻质、可在零下240℃环境工作、可承受发射震动的能力，还可使其通过作动器在轨展开成一面镜子。
铍镜衬底
铍镜衬底使所有子镜可拼接成传统意义上的一面镜子。衬底厚度约为5cm，“前”反射面被高度抛光，“后”面被精密加工成比实心结构更轻的“蛋架型”结构。
反射面的表面粗糙度小于20nm，镀上的一层纯金薄膜也是为了提高其反射红外光线的能力。选择铍材料是因其极高的刚性和轻质特性，在“韦伯”极寒的运行温度下不易发生形变。
铍传力部件（Whiffles）
铍衬底的另一面被安装在三角形、蛋架型的铍传力部件上。每个传力部件长约60cm、宽30cm，可用于分担来自底层结构的负载，来减少镜面失真。
铍三角构架
铍三角构架（BDF）是18块子镜的主要中间结构，三角形的构架宽约76.2cm，连接在作动器与反射镜、衬底或传力部件之间。
作动器
作动器是由精密马达和齿轮构成的精细结构，用于移动和调整反射镜表面形状。作动器可使18块子镜精确排布，像一面整镜一样对宇宙中的某一物体进行会聚成像。
18块子镜各含6台用于移动和转动作动器，全部子镜可利用作动器排布成一面巨大的整镜。另外，每块子镜都搭载一台特殊的作动器，一边直接连接镜背面中心，另一边通过长、薄的铍结构连接镜边缘。每台作动器可使18块子镜拥有完全相同的“曲率中心”，确保它们的焦点重合。
这些镜面作动器是“韦伯”众多新发明中的一个。它们能够通过纳米尺度的微小位移使镜面具备最佳的光学性能。另外，这些作动器必须在只比绝对零度高几十度的极端“制冷”温度下运行。
当“韦伯”在太空展开并冷却到运行温度后，地面站的工程师们将向所有作动器发送指令来调整所有的镜面，这一过程耗时两个月。随后，一旦“韦伯”开始全面运行并进行科学观测，每10到14天就要进行一次镜面调校工作。借助这项新技术，“韦伯”将成为首台采用主动控制拼接主镜的天基天文台。
底板接口柔性部件
底板接口柔性部件（BIF）接口将主镜连接到望远镜底板上，该底板支撑主镜全部的18块子镜。精密加工而成的柔性部件像精致的弹簧一样，可承受从室温到零下390度的温度变化引起的热胀冷缩。
除了这些连接到底板上的，每块子镜上的还有很多这种柔性部件。（中国航天系统科学与工程研究院 李金钊）






http://www.dsti.net/Information/News/87813“詹姆斯·韦伯”镜面系统剖析



2014-04-03


国外国防科技文献资料快报[据本站2014年4月3日综合报道]NASA的“詹姆斯·韦伯”望远镜的镜面系统包括主镜、次镜和三镜。虽然尺寸相对较小的次镜和三镜也都很有特色，但昂贵的主镜却是结构最复杂的，由许多个子镜拼接而成的。
镜面系统和精密偏转镜（FSM）是由鲍尔航空航天技术公司研制的，该公司是诺·格公司“光学技术和轻质镜面系统”的主承包商。
任何望远镜的性能都与镜面的尺寸相关，镜面的尺寸越大，望远镜的性能越高。“韦伯”的主镜直径高达6.5米，在天基望远镜中绝对算得上是巨大的。
这样巨大的镜面虽然能够满足收集宇宙中来自遥远的星系和恒星光线的需要，但若为一整块，很难搭载火箭升空。因此，“韦伯”主镜被设计为由18块小型轻质的“子镜”所组成的结构，可在火箭内部呈折叠状态。
每块六角形子镜的直径1.3m，质量约为40kg。目前，18块子镜已全部制造完毕并交付到哥达德航天飞行中心。
通过复杂的装配技术，18块子镜可像一面整镜一样工作。每块子镜由镀金的铍衬底、铍“传力部件”和“三角构架”、精密作动器组成。
负责JWST的李·范伯格（Lee Feinberg）表示，如此复杂的结构可确保镜面系统具备轻质、可在零下240℃环境工作、可承受发射震动的能力，还可使其通过作动器在轨展开成一面镜子。
铍镜衬底
铍镜衬底使所有子镜可拼接成传统意义上的一面镜子。衬底厚度约为5cm，“前”反射面被高度抛光，“后”面被精密加工成比实心结构更轻的“蛋架型”结构。
反射面的表面粗糙度小于20nm，镀上的一层纯金薄膜也是为了提高其反射红外光线的能力。选择铍材料是因其极高的刚性和轻质特性，在“韦伯”极寒的运行温度下不易发生形变。
铍传力部件（Whiffles）
铍衬底的另一面被安装在三角形、蛋架型的铍传力部件上。每个传力部件长约60cm、宽30cm，可用于分担来自底层结构的负载，来减少镜面失真。
铍三角构架
铍三角构架（BDF）是18块子镜的主要中间结构，三角形的构架宽约76.2cm，连接在作动器与反射镜、衬底或传力部件之间。
作动器
作动器是由精密马达和齿轮构成的精细结构，用于移动和调整反射镜表面形状。作动器可使18块子镜精确排布，像一面整镜一样对宇宙中的某一物体进行会聚成像。
18块子镜各含6台用于移动和转动作动器，全部子镜可利用作动器排布成一面巨大的整镜。另外，每块子镜都搭载一台特殊的作动器，一边直接连接镜背面中心，另一边通过长、薄的铍结构连接镜边缘。每台作动器可使18块子镜拥有完全相同的“曲率中心”，确保它们的焦点重合。
这些镜面作动器是“韦伯”众多新发明中的一个。它们能够通过纳米尺度的微小位移使镜面具备最佳的光学性能。另外，这些作动器必须在只比绝对零度高几十度的极端“制冷”温度下运行。
当“韦伯”在太空展开并冷却到运行温度后，地面站的工程师们将向所有作动器发送指令来调整所有的镜面，这一过程耗时两个月。随后，一旦“韦伯”开始全面运行并进行科学观测，每10到14天就要进行一次镜面调校工作。借助这项新技术，“韦伯”将成为首台采用主动控制拼接主镜的天基天文台。
底板接口柔性部件
底板接口柔性部件（BIF）接口将主镜连接到望远镜底板上，该底板支撑主镜全部的18块子镜。精密加工而成的柔性部件像精致的弹簧一样，可承受从室温到零下390度的温度变化引起的热胀冷缩。
除了这些连接到底板上的，每块子镜上的还有很多这种柔性部件。（中国航天系统科学与工程研究院 李金钊）






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