NASA’nın DART Misyonu Dünyayı Kurtarmayı Amaçlıyor


James Webb Uzay Teleskobu çalışacaksa – o kadar uzağa ve dolayısıyla büyük patlamadan sonra oluşan ilk galaksileri görebilecek kadar zamanda geriye bakıyorsa – nesneleri soğuktan zar zor ayırt edilebilecek kadar soluk görüntülemesi gerekecek. çevrelerinde. Dünya, gözlemevinin ne kadar iyi çalıştığını keşfetmeye başlayacak en kısa sürede gelecek haftaJWST’nin ilk bilimsel görüntü ve spektroskopik veri hazinesini yayınlaması beklendiğinde.

Yani, tartışmanın hatırına, varsayalım şimdiye kadar tüm göstergeler aslında Webb’in misyonunun (umarım uzun ve hikayeli) bilimsel veri toplama aşamasının başarılı bir başlangıcına işaret ediyor. O zaman bu devasa teleskopun mühendisleri ve tasarımcıları, teleskopu yeterince soğutmayı nasıl mümkün kıldılar – hepsi Dünya’dan aya olan mesafenin yaklaşık dört katı uzaklıkta – muhtemelen işini yapmak için?

25 yılı aşkın bir çalışmadan ve sayılamayacak kadar çok teknolojik engellerden sonra, Webb ekibi devasa gözlemevini güneş yörüngesine yerleştirdi ve cihazlarını 40 kelvin’in (-233 °C) altına, erken evreni görmek için yeterince soğuk hale getirdi. 13,5 milyar yıl önce. Dikkat çekici bir şekilde, soğutmanın çoğu pasif olarak, teleskopu güneşten koruyarak ve gerisini fiziğin halletmesine izin vererek yapıldı.

“Webb sadece bir grup insanın ürünü değil. Bu, bazı akıllı gökbilimcilerin ürünü değil – Webb gerçekten de tüm dünyamızın kapasitesinin bir ürünü” diyor. keith parrishNASA’nın Webb ekibinde bir lider Goddard Uzay Uçuş Merkezi Maryland’de. “Bir bütün olarak ele alındığında, Webb gerçekten karmaşık makinelerin nasıl oluşturulacağına dair tüm bilgi birikimimizin bir sonucudur.”

Parrish projeye 1997’de katıldı ve yıllar süren tasarım, montaj, test, gecikme ve nihayet 25 Aralık 2021’de lansmanı sonunda devreye alma müdürü oldu. Neredeyse her şeyi söylüyor – şekli, konumu, yapıldığı malzemeler. Yapıldı – aşırı soğuk sıcaklıklarda yıllarca hayatta kalacak bir gözlemevine sahip olma ihtiyacı tarafından belirlendi.

Üst üste yığılmış beş dev folyo benzeri levha ile temiz oda fotoğrafı, uzakta üç bilim adamı ile güneşliği teftiş ediyorBu fotoğrafta, beş katmanlı JWST güneşlik temiz bir odada açılmakta ve incelenmektedir. Kapton E’nin katmanları asla birbirine değmez ve bir katmandan diğerine ısı iletimini en aza indirir. Alex Evers/Northrop Grumman

Webb, birçok nedenden dolayı bir kızılötesi gözlemevidir; bunlardan en azı, evren genişledikçe, uzaktaki nesnelerden gelen ışığın dalga boyunun uzaması ve dramatik kırmızıya kaymaya neden olmasıdır. Kızılötesi ayrıca kozmik toz ve gazın ötesini görmek ve kuyruklu yıldızlar, Kuiper Kuşağı nesneleri ve belki de diğer yıldızların yörüngesindeki gezegenler gibi soğuk şeyleri görüntülemek için de iyidir.

Ancak kızılötesi radyasyon genellikle en iyi ısı olarak ölçülür, bu nedenle Webb’in bu kadar soğuk olması önemlidir. Hubble Teleskobu gibi, düşük Dünya yörüngesinde olsaydı ve güneşten koruması olmasaydı, hedeflerinin çoğu güneş, yer ve teleskopun içindeki ısı tarafından boğulurdu.

“Sinyatim ısıysa – ve kızılötesi ısıysa – o zaman sahip olamayacağım şey sistemdeki gürültü olan diğer ısı kaynaklarıdır” diyor. Jim Flynngüneşlik yöneticisi Northrop GrummanWebb’in ana yüklenicisi.

Böylece Webb uzayda adı verilen bir noktayı daire içine almak için gönderildi. L2, 1,5 milyon kilometre uzakta, güneşin karşısında, Lagrange noktaları olarak bilinen yerlerden biri. Bu “L” noktaları, Dünya’nın ve güneşin yerçekiminin, Güneş’in etrafındaki 365.256 günlük rotasında yol alırken, onu Dünya’ya göre istikrarlı ve nispeten “sabit” bir yörüngede tutmak için tam olarak bir araya geldiği yerlerdir. Bu iyi bir uzlaşma: Dünya, gözlemleri engellemeyecek kadar uzak, ancak uzay aracıyla iletişimin nispeten hızlı olabileceği kadar yakın. Ve gemi her yörüngede gündüzden geceye uçmadığı için sıcaklığı nispeten sabittir. Tek ihtiyacı olan gerçekten çok iyi bir güneşlik.

“dört [layers of sunshield] muhtemelen işini görürdü. Beş bize biraz sigorta poliçesi verdi. Bundan çok daha karmaşık olduğunu söylemek isterdim, ama gerçekte olan bu değildi.”
—Keith Parrish, NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

“Mühendislik, bilimsel hedeflere ulaşmak için çok daha ileriye götürüldü” diyor. Alexandra Lockwoodbir proje bilimcisi Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü, Webb’i çalıştıran. “Yoğun kızılötesi bilim yapmak istedikleri için özel olarak tasarlandı.”

Teleskop düzeneğiyle, ısı birikimini önlemek için kasıtlı olarak uzaya açık olan, gümüş rengi güneş korumasına takılmış, yaklaşık 14 metre genişliğinde ve 21 metre uzunluğunda, beş kat yalıtım filmi ile birçok işlemede hantal görünümlü bir gemi yapar. neredeyse tamamen karanlıkta teleskop.

Güneşli tarafından, güneşlik kabaca bir uçurtmayı andırıyor. Mühendislerin bulduğu uzun şekil, Webb’in optiklerini güneşten uzak tutmanın en etkili yolu olurdu. Bir kare veya sekizgen olarak kabul ettiler, ancak son versiyon çok daha fazla kütle olmadan daha fazla alanı kapsıyor.

Parrish, “Bilimsel görüş alanı gereksinimlerini karşılamak için olması gerekenden daha büyük değil ve sonuç bu benzersiz uçurtma şekli” diyor. “Şimdi olduğundan daha büyük, her şeyi daha karmaşık hale getiriyor.”

Kalkanın beş katmanı şunlardan yapılmıştır: Kapton E, ilk olarak 1960’larda DuPont tarafından geliştirilen ve uzay aracı yalıtımı ve baskılı devreler için kullanılan plastik bir film. Katmanlar alüminyum ve silikon ile kaplanmıştır. Her biri bir insan saçından daha incedir. Ancak mühendisler, birlikte güneşin ısısını engellemede çok etkili olduklarını söylüyorlar. İlk katman gücünü yaklaşık bir büyüklük sırası (veya yüzde 90) kadar azaltır, ikinci katman başka bir büyüklük sırasını kaldırır ve bu böyle devam eder. Katmanlar asla birbirine değmez ve kalkanın merkezinden uzaklaştıkça hafifçe alevlenirler, böylece ısı kenarlardan dışarı çıkar.

Sonuç: Kalkanın güneşli tarafındaki sıcaklıklar 360 K’ye (87 °C) yaklaşıyor, ancak karanlık tarafta çok önemli olan 40 K’nin (-233 °C) altında. Veya başka bir deyişle: 200 kilovattan fazla Güneş enerjisi ilk katmana düşer, ancak yalnızca 23 miliwatt beşinci katmana kadar gidebilir.

Neden beş katman? Çok fazla bilgisayar modellemesi vardı, ancak kalkanın uçuştan önceki termal davranışını simüle etmek zordu. “Dört muhtemelen işi yapardı. Five bize biraz sigorta poliçesi verdi” diyor Parrish. “Bundan çok daha karmaşık olduğunu söylemek isterdim, ama gerçekte olan bu değildi.”

yeteneği teleskopu doğal olarak soğutunİlk olarak 1980’lerde mümkün olduğu hesaplanan büyük bir ilerlemeydi. Bu, Webb’in sızabilecek ve görevi kısaltabilecek soğutucu akışkanlara sahip ağır, karmaşık bir kriyojenik cihaza güvenmek zorunda kalmayacağı anlamına geliyordu. Dört ana bilimsel cihazından yalnızca birinin, MIRI adlı bir orta kızılötesi dedektörün 6,7 K’ye soğutulması gerekir. Cihazın sensöründen ısıyı uzaklaştırmak için soğuk helyum gazını darbe tüplerinden pompalayan çok aşamalı bir kriyo soğutucu tarafından soğutulur. kullanır Joule-Thomson etkisi, helyum 1 milimetrelik bir valften geçtikten sonra genleşmesini sağlayarak sıcaklığını düşürür. Basınç, kriyo-soğutucu sisteminin tek hareketli parçası olan ve zıt yönlere bakan iki pistondan gelir, böylece hareketleri birbirini iptal eder ve gözlemleri rahatsız etmez.

Teleskopu inşa etmek son derece karmaşıktı; bütçesi 10 milyar ABD dolarına yükselirken yıllar geride kaldı. Testten sonra, Kapton yırtıldığında ve bağlantı elemanları gevşediğinde, güneşlik uzun süre yeniden tasarlanmaya ihtiyaç duydu.

Parrish şimdi, “Çiğneyebileceğimizden çok daha fazlasını ısırdık” diyor. “NASA’nın yapması gereken tam olarak bu. Zarfı zorluyor olmalı. Sorun şu ki, sonunda Webb başarısız olamayacak kadar büyüdü.”

Ama sonunda devreye girdi, veri gönderdi ve çalışmaya başlarken en azından bazı arızalar bekleyen mühendisleri şaşırttı. Yaptığı iş olan Keith Parrish, Goddard’daki diğer projelere geçiyor.

“Bence Webb,” diyor, “gelişmiş bir uygarlık olmanın ne anlama geldiğinin harika bir ürünü.”

Güncelleme: 26 Temmuz 2022: Hikaye, Lagrange L2 noktasındaki yerçekiminin (hikayenin daha önce belirttiği gibi) “iptal etmediğini” açıklığa kavuşturmak için güncellendi, ancak aslında L2’deki bir nesnenin bu durumda olduğu gibi tam olarak aynı yörünge periyodunda yörüngede kalmasına katkıda bulunuyor. Dünya—yani 365.256 günde.

Sitenizdeki Makalelerden

Web Çevresindeki İlgili Makaleler


Kaynak : https://spectrum.ieee.org/planetary-protection-nasa-dart

Yorum yapın