Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) to długo oczekiwany, długo oczekiwany teleskop „następnej generacji”, który, mamy nadzieję, spojrzy w przeszłość i głębiej w zakurzone obszary formowania się gwiazd, wykorzystując dłuższe fale i większą czułość niż jakikolwiek poprzedni teleskop kosmiczny . Aby przenieść nas na kolejny poziom, pomyślałbyś, że trzeba będzie opracować nowe technologie, aby zbudować ten przełomowy, bardzo ogromny teleskop. Miałbyś rację.
W rzeczywistości inżynierowie musieli użyć małego unobtainium, aby zbudować jedyne w swoim rodzaju podwozie, kręgosłup, który utrzyma statek kosmiczny razem.
Unobtainium to nie tylko nazwa materiału wydobytego w filmie Jamesa Camerona „Avatar”. Jest to słowo używane w inżynierii - a czasem w fikcji - do opisu każdego niezwykle rzadkiego, kosztownego lub fizycznie niemożliwego materiału lub urządzenia potrzebnego do spełnienia danego projektu dla danego zastosowania.
Podwozie dla JWST - zwane modułem zintegrowanego instrumentu naukowego ISIM - jest wykonane z nigdy wcześniej nie wyprodukowanego materiału kompozytowego, który musiał wytrzymać bardzo niskie temperatury, jakie napotka, gdy obserwatorium osiągnie swoją orbitę 1,5 miliona kilometrów (930 000 mil) ) z ziemi.
ISIM właśnie przeszedł niezwykle ważny test, który przetrwał temperatury, które spadły nawet do 27 kelwinów (-411 stopni Fahrenheita), zimniejsze niż powierzchnia Plutona podczas cyklu testów w Goddard's Space Environment Simulator - trzypiętrowej komorze termiczno-próżniowej który symuluje warunki temperaturowe i próżniowe występujące w kosmosie.
Zespół Goddard Space Flight Center, którego zadaniem było zbudowanie podwozia, potrzebował materiału, który zapewniłby, że różne instrumenty na JWST utrzymałyby precyzyjne wyrównanie kriogeniczne i stabilność, a jednocześnie przetrwałyby ekstremalne siły grawitacyjne występujące podczas startu.
Test został przeprowadzony w celu ustalenia, czy struktura wielkości samochodu skurczyła się i zniekształciła zgodnie z przewidywaniami, gdy ostygnie od temperatury pokojowej do oziębłej - bardzo ważne, ponieważ instrumenty naukowe muszą utrzymywać określone położenie na konstrukcji, aby otrzymywać światło zebrane przez teleskop 6.5 -metrowe (21,3 stopy) lusterko główne. Jeśli struktura skurczy się lub zniekształci w nieprzewidziany sposób z powodu zimna, instrumenty nie będą już w stanie zebrać danych o wszystkim, od pierwszych świecących blasków po Wielkim Wybuchu do formowania się układów gwiezdnych zdolnych do podtrzymywania życia.
Kiedy zaczynali, nie było nic, co zdalnie odpowiadałoby opisowi tego, co było potrzebne. Pozostała więc jedna alternatywa: opracowanie własnego, jeszcze nie wyprodukowanego materiału, który członkowie zespołu żartobliwie nazywali „unobtainium”. Dzięki modelowaniu matematycznemu zespół odkrył, że łącząc dwa materiały kompozytowe, może stworzyć system z włókna węglowego / cyjanianu i żywicy estrowej, który byłby idealny do wytwarzania kwadratowych rur o strukturze o średnicy 75 mm (3 cale).
Podczas ostatniego 26-dniowego testu i przy powtarzających się cyklach testowania, podobny do kratownicy zespół zaprojektowany przez inżynierów Goddarda nie pękł. Struktura skurczyła się, jak przewidywano tylko 170 mikronów - szerokość igły - gdy osiągnęła 27 kelwinów (-411 stopni Fahrenheita), znacznie przekraczając wymagania projektowe wynoszące około 500 mikronów. „Z pewnością nie bylibyśmy w stanie wyrównać instrumentów na orbicie, gdyby struktura poruszała się za bardzo” - powiedział Eric Johnson, kierownik projektu ISIM Structure. „Dlatego musieliśmy się upewnić, że zaprojektowaliśmy właściwą strukturę”.
Ten rodzaj konstrukcji może służyć NASA w przyszłości dla następnej generacji poza JWST, a także może być „spinoffem”, który producenci mogą uznać za przydatny w projektowaniu struktur wymagających wysokiej tolerancji w warunkach.
Źródło: NASA Goddard
