James Webb-romteleskopet (JWST) er det etterlengtede, etterlengtede “neste generasjons” teleskopet, som vi håper vil se lenger tilbake i tid, og dypere innenfor støvete stjernedannende regioner, bruker lengre bølgelengder og mer følsomhet enn noen tidligere romteleskop . For å ta oss til dette neste nivået, ville du tenke at nye teknologier måtte utvikles for at dette banebrytende, supergamle teleskopet skal kunne bygges. Du hadde rett.
Faktisk måtte ingeniører bruke et lite unobtainium for å bygge det en-til-en-type chassiset, ryggraden som vil holde romfartøyet sammen.
Unobtainium er ikke bare navnet på materialet som er utvunnet i James Camerons film "Avatar." Det er et ord som brukes i prosjektering - og noen ganger fiksjon - for å beskrive ekstremt sjeldent, kostbart eller fysisk umulig materiale eller enhet som er nødvendig for å oppfylle en gitt design for en gitt applikasjon.
Chassiset for JWST - kalt Integrated Science Instrument Module Module ISIM - er laget av et aldri før produsert komposittmateriale som måtte tåle de superkalte temperaturene det vil møte når observatoriet når sin bane 1,5 millioner kilometer (930.000 miles) ) fra Jorden.
ISIM passerte nettopp en ekstremt viktig test, og overlevde temperaturer som stupte så lavt som 27 Kelvin (-411 grader Fahrenheit), kaldere enn overflaten til Pluto under en testsyklus i Goddards Space Environment Simulator - et tre-etasjers termisk vakuumkammer som simulerer temperatur- og vakuumforholdene som finnes i rommet.
Teamet på Goddard Space Flight Center som ble siktet for å bygge chassiset, trengte et materiale som ville forsikre de forskjellige instrumentene på JWST ville opprettholde en presis kryogen justering og stabilitet, men likevel overleve de ekstreme gravitasjonskreftene som ble opplevd under oppskytningen.
Testen ble gjort for å finne ut om konstruksjonen i bilstørrelse sammentrykket og forvrengt som forutsagt da den avkjølte seg fra romtemperatur til det stive - veldig viktig siden vitenskapsinstrumentene må opprettholde et spesifikt sted på strukturen for å motta lys samlet av teleskopets 6,5 -måler (21,3 fot) primærspeil. Hvis strukturen krympet eller forvrengt på en uforutsigbar måte på grunn av kulden, ville instrumentene ikke lenger være i posisjon til å samle data om alt fra de første lysende glødene etter Big Bang til dannelsen av stjernesystemer som kan støtte livet.
Da de først begynte, var det ikke noe der som eksternt passet med beskrivelsen av hva som trengtes. Så det forlot ett alternativ: å utvikle sitt eget materiale som ennå ikke skal produseres, som teammedlemmer spøkefullt omtalte “unobtainium.” Gjennom matematisk modellering oppdaget teamet at ved å kombinere to komposittmaterialer, kunne det lage et karbonfiber / cyanat-ester-harpikssystem som ville være ideelt for å fremstille strukturens firkantede rør som måler 75 mm (3-tommer) i diameter.
Under den nylige 26-dagers testen, og med gjentatte testsykluser, sprakk ikke den fagverkslignende monteringen designet av Goddard ingeniører. Strukturen krympet som forutsagt av bare 170 mikrometer - bredden på en nål - da den nådde 27 Kelvin (-411 grader Fahrenheit), langt over det designkravet på rundt 500 mikron. "Vi hadde absolutt ikke vært i stand til å justere instrumentene i bane hvis strukturen beveget seg for mye," sa ISIM Structure Project Manager Eric Johnson. "Derfor trengte vi å sørge for at vi hadde designet riktig struktur."
Denne typen struktur kan tjene NASA i fremtiden for neste generasjon utover JWST, og kan også være en "spinoff" som produsentene kan finne nyttige i å utforme strukturer som krever høy toleranse under forhold.
Kilde: NASA Goddard
